[發明專利]一種聯合土壤室內外光譜的重金屬含量反演方法

有效

• 申請號: 201810233070.X
• 申請日: 2018-03-21
• 公開（公告）號: CN108152235B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 鄒濱;姜曉璐;涂宇龍
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 歐陽迪奇

本發明公開了一種聯合土壤室內外光譜的重金屬含量反演方法，首先，基于土壤室內光譜的系列光譜預處理，構建土壤重金屬含量反演的全要素主成分逐步回歸模型，并提取特征波段主成分；然后，采用Kennard?Stone算法選擇合適的轉換集構建土壤室內、室外光譜的關聯轉換模型，并同樣對轉換后的土壤室外光譜做系列光譜預處理；最后，融合重金屬含量的土壤室內光譜反演模型提取的特征波段主成分，構建基于轉換處理后的土壤室外光譜的重金屬含量高光譜反演的回歸模型。這是當前土壤重金屬含量高光譜遙感反演多局限于采樣土壤室內光譜特征研究，難以有效直接應用于野外大范圍土壤重金屬污染調查的條件下，實現野外直接利用土壤室外光譜的大范圍高效土壤重金屬含量反演。

技術領域

本發明涉及環境監測領域，特別涉及一種聯合土壤室內外光譜進行重金屬含量反演的方法。

背景技術

利用常規的實地采樣方式獲取大范圍高密度土壤重金屬污染信息時，通常面臨成本耗費巨大、效率較低的難題，且難以保證常態化快速高效動態監測得以實施，無法滿足國家在廣域地理空間快速高效查清重金屬污染空間格局、發現重金屬污染時空演化規律與形成機制、控制污染范圍擴大和轉移、合理規劃農業生產、減少污染產品損害國民健康的重大需求。

目前，基于光譜分析技術的土壤重金屬含量反演方法得到快速的發展，已經成為土壤重金屬污染調查的主要手段。其主要原理是：利用地物光譜儀觀測土壤樣品室內光譜數據，探索土壤重金屬含量與土壤全波段光譜(350– 2500nm)間的響應關系，構建土壤重金屬含量高光譜反演模型。該方法相對傳統地統計分析方法具有花費較少、效率較高的優勢，但由于室內、室外大氣等環境條件不同導致的土壤光譜差異，使得室內光譜難以有效直接應用于野外大范圍土壤重金屬污染調查的條件，亟需發明一種可在野外直接利用土壤室外光譜大范圍高效反演土壤重金屬含量的方法。

發明內容

為了有效解決傳統基于土壤室內光譜反演重金屬含量的局限性，以實現野外土壤重金屬污染調查過程中直接利用土壤室外光譜大范圍高效反演土壤重金屬含量的目的，本發明提供了一種聯合土壤室內外光譜的重金屬含量反演方法。

為了實現上述技術目的，本發明的技術方案是，

一種聯合土壤室內外光譜的重金屬含量反演方法，包括以下步驟：

步驟1：在需要進行土壤重金屬含量檢測的污染土壤調查區采集土壤樣本，并在室外采集土壤樣本的室外光譜數據，然后將土壤樣本送至實驗室內進行重金屬含量檢測，并在室內采集土壤樣本的室內光譜數據，最后基于采樣點土壤重金屬含量實測數據與土壤室內光譜數據，構建基于室內光譜的土壤重金屬含量反演的全要素主成分逐步回歸模型，并提取特征波段主成分；

步驟2：選取合適的轉換樣本集構建土壤室內、室外光譜的關聯轉換模型，對全部采樣土壤室外光譜數據做光譜轉換及系列光譜預處理；

步驟3：對步驟1中提取的特征波段主成分與步驟2中轉換處理后的室外土壤光譜主成分做相關性分析，提取顯著相關主成分作為解釋變量，以步驟1 中測定的土壤重金屬含量作為因變量，構建基于土壤室外光譜的重金屬含量反演的回歸模型。

所述的一種聯合土壤室內外光譜的重金屬含量反演方法，步驟1中所述的土壤重金屬含量及其室內光譜數據通過以下步驟獲得：

在需要進行土壤重金屬含量檢測的污染土壤調查區采用格網對室外污染土壤研究靶區進行格網界定，并在格網之間形成的交點處設置土壤采樣點采集不少于40個土壤樣本；在實驗室內對采集到的土壤樣本采用三酸消化——原子吸收分光光度法化學分析測定土壤樣品重金屬含量，同時，使用地物光譜儀測定土壤室內光譜數據；

步驟1中所述的采樣點土壤室外光譜數據通過以下步驟獲得：

步驟1進行野外土壤樣本采集的同時，運用地物光譜儀監測采集土壤樣本的室外光譜數據。