[發(fā)明專利]一種采用無人機和XRF技術(shù)對土壤重金屬污染的檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110498045.6
• 申請日: 2021-05-08
• 公開（公告）號: CN113155880B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃方;彭書穎;楊浩;陳勝億
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01N23/223
• 分類號: G01N23/223;G05D1/10
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 陳一鑫

1.一種采用無人機和XRF技術(shù)對土壤重金屬污染的檢測方法，該方法包括：

步驟1.采用XRF分析儀在待檢測區(qū)域內(nèi)均勻選擇采樣點，每個樣點分別近地檢測和貼地檢測獲取一組待測金屬元素含量數(shù)據(jù)；

步驟2.數(shù)據(jù)檢查與數(shù)據(jù)預(yù)處理，數(shù)據(jù)采集完成后，通過由已知數(shù)據(jù)畫出散點圖進行數(shù)據(jù)檢查，將明顯錯誤的數(shù)據(jù)剔除，根據(jù)初略圖像初步確定多項式的擬合次數(shù)n；

步驟3.依次計算最高次數(shù)為n-1和n的多項式擬合函數(shù)與誤差平方和；

步驟4.如果最后一次擬合函數(shù)的誤差平方和較前一次減小量大于設(shè)定閾值，則繼續(xù)依次計算最高次大于n的擬合函數(shù)，直到最后求出的誤差平方較前一次誤差平方和減小量小于設(shè)定閾值；

步驟5.記錄并保存最小誤差平方和對應(yīng)的擬合函數(shù)，該函數(shù)為最后的反演模型；

步驟6.無人機攜帶XRF分析儀近地采集土壤數(shù)據(jù)，依據(jù)反演模型對采集到的土壤數(shù)據(jù)進行反演處理，得到精確的土壤重金屬元素含量數(shù)據(jù)，記錄并保存反演后數(shù)據(jù)；

所述步驟6中無人機攜帶的XRF分析儀采樣數(shù)據(jù)時的無人機控制方法為：

步驟1.1.系統(tǒng)各個模塊初始化以及自檢，保證系統(tǒng)各模塊工作正常；

步驟1.2.規(guī)劃土壤重金屬污染監(jiān)測的無人機飛行任務(wù)航線，并構(gòu)建任務(wù)隊列；

步驟1.3.無人機起飛，當(dāng)任務(wù)隊列有效時，無人機起飛到指定高度H，H為設(shè)定的無人機平面飛行高度；

步驟1.4.無人機平面飛行自動控制，控制無人機飛行到下一個任務(wù)點上空；無人機在作業(yè)平面飛行路徑中是一個由A點到B點的直線，高度保持為飛行高度H不變；

步驟1.5.無人機下降過程自動控制，為了采集到有效的數(shù)據(jù)，控制無人機下降到預(yù)定高度懸停，并完成數(shù)據(jù)采；

步驟1.6.無人機懸停以及數(shù)據(jù)采集，無人機保持h₂高度精確懸停直到數(shù)據(jù)采集完成；重復(fù)步驟1.4直到任務(wù)隊列中所有任務(wù)點均完成數(shù)據(jù)采集工作；

步驟1.7.無人機返航降落，自動控制無人機返航到起飛點坐標(biāo)上空并降落。

2.如權(quán)利要求1所述的一種采用無人機和XRF技術(shù)對土壤重金屬污染的檢測方法，其特征在于，所述步驟3的具體方法為：

假設(shè)有n+1個線性無關(guān)連續(xù)函數(shù)：

其中記即：p(x)＝a₀+a₁x+…+a_nx^k，則函數(shù)p(x)是關(guān)于系數(shù)a_k的線性函數(shù)，針對一組已知離散數(shù)據(jù)點(x₀,y₀),(x₁,y₁),…,(x_m,y_m)，求一組a_k滿足公式:

那么這組離散數(shù)據(jù)的最小二乘法擬合函數(shù)就是函數(shù)p(x)；求I的最小值，由多元函數(shù)求極值的條件，得到：

假定記則變換為：

化為范德蒙得矩陣得到:

簡寫為：

XA＝Y(jié)

解算系數(shù)矩陣A，也就得到了多項式最小二乘法擬合曲線。

3.如權(quán)利要求2所述的一種采用無人機和XRF技術(shù)對土壤重金屬污染的檢測方法，其特征在于，所述步驟1.2的具體方法為：

步驟1.2.1.將作業(yè)區(qū)域擬合為最接近的多邊形，獲取作業(yè)區(qū)域多邊形的各頂點坐標(biāo)；

步驟1.2.2.根據(jù)頂點坐標(biāo)信息計算作業(yè)區(qū)域最長的一條邊；

步驟1.2.3.構(gòu)建航線坐標(biāo)系，基于最長邊構(gòu)建大地坐標(biāo)系和航線坐標(biāo)系；

步驟1.2.4.坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，將頂點坐標(biāo)由大地坐標(biāo)系中轉(zhuǎn)換到航線坐標(biāo)系；

步驟1.2.5.航線規(guī)劃與任務(wù)點坐標(biāo)獲取，坐標(biāo)系建立完成后，根據(jù)實際需要規(guī)劃航線；設(shè)置航線間間距與任務(wù)點間距離，在航線坐標(biāo)系中平行于最長邊規(guī)劃無人機飛行航線并獲取所有數(shù)據(jù)采集任務(wù)點航線的坐標(biāo)；

步驟1.2.6.任務(wù)隊列構(gòu)建，從原點開始，沿航線往返遍歷所有任務(wù)點，將所有任務(wù)點的航線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為地理坐標(biāo)并依次加入任務(wù)隊列。