[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

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• 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

本發(fā)明提供一種采用無人機和XRF技術(shù)對土壤重金屬污染的檢測方法，屬于土壤重金屬污染檢測技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明，基于無人機、XRF分析儀、嵌入式設(shè)備及其它傳感器等硬件設(shè)備，研制系統(tǒng)定高模塊和觸地監(jiān)測模塊，輔助無人機實現(xiàn)安全精確的定點懸停；研制數(shù)據(jù)采集的驅(qū)動裝置從而替代手動控制，實現(xiàn)XRF數(shù)據(jù)自動采集；使用嵌入式設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)反演方法，在近地面使用便攜式XRF分析儀采集數(shù)據(jù)后，進行土壤內(nèi)重金屬元素含量反演處理的算法研究實現(xiàn)，使得便攜式XRF分析儀能夠在一定距離下自動準確檢測土壤內(nèi)重金屬含量；進一步完成無人機協(xié)同控制與自動飛行的關(guān)鍵算法設(shè)計與實現(xiàn)，實現(xiàn)飛行任務(wù)規(guī)劃與任務(wù)隊列構(gòu)建、飛行高度及速度自動控制等功能。發(fā)明一種采用無人機和XRF技術(shù)對土壤重金屬污染的快速檢測軟硬件系統(tǒng)，實現(xiàn)區(qū)域化、快速化、便捷化的土壤重金屬污染檢測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于土壤重金屬污染檢測領(lǐng)域，具體涉及一種基于無人機技術(shù)與XRF(X-Ray?Fluorescence，X射線熒光)技術(shù)相結(jié)合用于較大區(qū)域范圍內(nèi)土壤重金屬污染快速檢測的方法。

背景技術(shù)

土壤作為人類生存發(fā)展最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類所有活動的基本保證。近年來嚴重的土壤重金屬污染使得動植物的生長質(zhì)量受到嚴重威脅，土壤重金屬污染的防治問題一直以來都是一個研究熱點，黨和國家高度重視生態(tài)文明建設(shè)和食品糧食安全。土壤重金屬污染防治的前提條件是對污染情況進行檢測評估，開展土壤污染防治工作的一個必要前提是必須查清土壤中重金屬元素種類和含量，只有對土壤重金屬污染現(xiàn)狀有清晰的認識才能針對性的開展污染治理工作，但是土壤重金屬污染具有長期隱蔽、難治理、周期長等特點，難以做到早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)防、早治理。在實際應(yīng)用中通常需要對較大范圍區(qū)域內(nèi)土壤整體進行快速全面的重金屬污染狀況檢測與風(fēng)險評估。

土壤重金屬污染檢測長期以來都是一個重要的研究領(lǐng)域，土壤中的重金屬檢測方法常見的有化學(xué)分析技術(shù)方法、高光譜技術(shù)方法、XRF技術(shù)方法等。采用化學(xué)方法測定精度較高，能準確反映土壤中絕大多數(shù)重金屬元素的種類與含量，但是化學(xué)方法需要從實地獲取土壤樣本后在實驗室中開展對應(yīng)的化學(xué)分析，整個過程耗時較長，不能快速得出結(jié)果。運用高光譜檢測的重金屬光譜范圍廣，能夠迅速獲取較大范圍區(qū)域的光譜數(shù)據(jù)，但該技術(shù)方法反演精度通常較低，同時需要一系列精密的設(shè)備，分析一個區(qū)域內(nèi)土壤重金屬含量實際的工序比較復(fù)雜，檢測成本也較高。XRF技術(shù)能夠快速有效的檢測土壤中重金屬含量，可以被應(yīng)用在土壤重金屬污染監(jiān)測及污染修復(fù)評估等，并且因為其顯著的優(yōu)勢，XRF技術(shù)有在一定條件下替代傳統(tǒng)實驗室分析方法的潛力。

X射線是一種波長介于紫外光與γ射線之間的電磁輻射，具有極強的穿透能力。經(jīng)過近十幾年的不斷發(fā)展，XRF(X-Ray?Fluorescence，X射線熒光)光譜分析元素種類及含量成為了一種被廣泛應(yīng)用的分析技術(shù)，例如在地礦、建材、冶金、環(huán)保、食品衛(wèi)生及有色金屬等多個領(lǐng)域，XRF技術(shù)都正在發(fā)揮重要作用。XRF技術(shù)具有很多的獨特優(yōu)點，它能夠在不破壞樣品屬性的情況下實現(xiàn)對多種金屬元素同時進行分析，分析過程快速便捷、檢測結(jié)果穩(wěn)定可靠。當(dāng)前XRF分析儀通常需要手持進行檢測，它能夠?qū)崿F(xiàn)對野外某一點進行土壤重金屬污染快速準確檢測，但是難以快速完成對較大范圍區(qū)域內(nèi)土壤重金屬污染情況的整體檢測。

無人機(Unmanned?Aerial?Vehicle，UAV)技術(shù)近年來得到了高速的發(fā)展，因其成本較低、飛行靈活而且受地形約束小等特點，無人機的應(yīng)用領(lǐng)域正在被不斷擴展，例如在搶險救災(zāi)、社會安保、環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)植保等各學(xué)科領(lǐng)域它都正在扮演越來越重要的角色。通過無人機搭載嵌入式設(shè)備作為無人機的自主控制及數(shù)據(jù)處理中心，能夠進一步提高無人機的應(yīng)用能力。運用無人機的土壤監(jiān)測已在農(nóng)業(yè)研究中顯現(xiàn)出數(shù)據(jù)質(zhì)量高、采集便捷快速等優(yōu)勢，因此值得考慮將無人機運用在土壤重金屬污染檢測領(lǐng)域的作用。