[發明專利]反演土壤重金屬污染風險等級的方法

在審

• 申請號: 202111197959.5
• 申請日: 2021-10-14
• 公開（公告）號: CN114021900A
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 侯德義;賈茜越
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/26;G06N3/04;G06N20/00;G06N20/10
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 哈達

本發明涉及土壤重金屬污染檢測技術領域，具體而言，涉及一種反演土壤重金屬污染風險等級的方法。反演土壤重金屬污染風險等級的方法包括建模并利用所得模型反演未采樣點的土壤重金屬污染風險等級；建模的方法包括：構建地物特征變量；衛星多光譜指數構建；地物特征變量及多光譜指數與土壤重金屬污染相關性分析；建模，并對模型進行篩選。該方法引入了地物特征變量并結合使用衛星多光譜影像，從而能夠大范圍及實時進行采集和檢測，且具有高檢測精度。

技術領域

本發明涉及土壤重金屬污染檢測技術領域，具體而言，涉及一種反演土壤重金屬污染風險等級的方法。

背景技術

土壤污染調查是土壤污染防治相關政策體系構建的基礎，也是疑似污染地塊進入用地流程的把門人，更是污染地塊開展修復及風險管控的重要依據。然而，傳統的土壤污染調查具有人力及物力消耗大、耗時長等缺陷。同時，傳統土壤污染調查中通常使用克里金插值進行地塊尺度的土壤污染分布空間反演。但是土壤污染異質性較強，很難滿足克里金插值中的均一性假設，要求空間各點具有一致的方差及均值。此外，克里金插值本質上僅包含采樣點土壤污染物濃度及距離兩個自變量，如果要提高反演精度，僅能通過添加采樣點的方式進行，由此將增加采樣的人力、物力及時間等成本，而且無法進行實時檢測。

另外，土壤中的重金屬含量較低，遠低于氮、磷等物質，直接使用衛星或無人機光譜數據進行反演重金屬的難度較大。場地無人機或衛星多光譜數據的噪聲遠高于實驗室中獲取的光譜數據，因此需要更為復雜的降噪技術或特征處理技術去除環境噪聲的影響。

發明內容

基于此，本發明提供了一種反演土壤重金屬污染風險等級的方法，所述方法能夠進行大范圍及實時檢測。

本發明一方面，提供一種反演土壤重金屬污染風險等級的方法，包括以下步驟：

根據研究區中采樣點的相關信息建模并利用所得模型反演未采樣點的土壤重金屬污染風險等級；

所述建模的方法包括以下步驟：

獲取所述研究區內的地物的位置，通過歐氏距離及梯度計算公式構建所述采樣點與各所述地物的特征變量；

對所述研究區的衛星多光譜影像進行校正和去除噪聲后，構建單波段、雙波段及三波段多光譜指數，所述單波段光譜指數包括ln(a)、1/a、1/ln(a)和所述雙波段光譜指數包括a×b、a/b、和(a-b)/(a+b)，所述三波段光譜指數包括(a+b)/c、(a×b)/c、(a-b)/c和其中a、b、c為波段值；

根據所述特征變量及所述多光譜指數與土壤重金屬濃度之間的響應關系，提取關鍵特征變量；

將所述采樣點的土壤重金屬污染風險等級作為因變量，所述關鍵特征變量為自變量構建隨機森林模型、神經網絡模型及支持向量機模型，并根據評價指標篩選最優模型。

可選的，如上述所述的反演土壤重金屬污染風險等級的方法，選取所述采樣點的方法包括系統采樣法、對角線采樣法、梅花型采樣法、棋盤式采樣法或蛇形采樣法。

可選的，如上述所述的反演土壤重金屬污染風險等級的方法，獲取所述地物的位置所采用的方法為標注遙感圖像，獲取所述遙感圖像的工具為遙感衛星或無人機。

可選的，如上述所述的反演土壤重金屬污染風險等級的方法，獲取所述衛星多光譜影像采用的工具為Landsat系列衛星、Spot系列衛星、Sentinel系列衛星、資源系列衛星或高分辨率系列衛星。

可選的，如上述所述的反演土壤重金屬污染風險等級的方法，所述評價指標包括準確率、F1-score、低風險采樣點的F1-score、中風險采樣點的F1-score、高風險采樣點的F1-score及Kappa系數。