[发明专利]土壤重金属污染程度的空地一体化协同监测系统及方法

说明书

本发明公开了一种土壤重金属污染程度的空地一体化协同监测系统及方法，系统由空中高光谱面源监测端、地面LIBS点源监测端和地面监控端组成；本发明首先由空中高光谱面源监测端完成对大面积土壤重金属污染程度的粗测，给出存在土壤重金属污染的特定区域位置。同时，地面LIBS点源监测端协同完成对这些特定区域位置内土壤重金属的准确检测，包括重金属污染物的种类和含量。最后由地面监控端显示土壤重金属污染程度的三维空间分布图。本发明采用空中高光谱面源监测端和地面LIBS点源监测端，实现了大面积土壤重金属种类和含量的快速、准确检测，可减少大面积土壤重金属污染程度的评估时间和误差，从而为治理与防范土壤重金属危害提供可靠依据。

技术领域

本发明属于土壤生态环境监测技术领域，涉及一种大面积土壤重金属污染程度的空地一体化协同监测系统及方法，具体涉及一种基于高光谱面源监测和LIBS点源监测的大面积土壤重金属污染程度空地一体化协同监测方法。

背景技术

随着工业生产规模的扩大、城市环境污染的加剧以及农药和化肥的不合理使用，土壤重金属污染程度不断加剧，而且污染面积也在不断扩大。重金属污染物主要是指Hg(汞)、Cd(镉)、Pb(铅)、Cr(铬)、Cu(铜)、Ni(镍)、Co(钴)、Sn(锡)以及类金属As(砷)等。由于重金属污染物在土壤中移动差、滞留时间长、难被微生物降解，并可经水、植物等介质最终影响人体健康，因此对大面积土壤中的重金属种类和含量进行快速准确监测，进而全面评价土壤重金属的污染程度，为治理与防范土壤重金属危害提供可靠依据，具有非常重要的意义。

国内外传统的土壤重金属检测大多采用现场采样后通过实验室化学试剂和光谱仪器等方法进行分析。虽然这些检测方法的准确度较高，但其分析周期长，检测过程中容易产生二次污染，难以实现对大面积土壤重金属污染程度的快速实时检测。近年来，随着世界各国对土壤重金属检测方面的大力投入，出现了LIBS(Laser-induced break-downspectroscopy，激光诱导击穿光谱)、高光谱遥感等一系列新技术。但这些土壤重金属检测方法有优点，也存在不足，仅凭单种方法难以实现对大面积土壤中的重金属种类和含量进行快速准确监测。比如：中国发明专利201610045040.7和201610828001.4公开的LIBS装置具有现场实时检测、样品无需特殊制备、低检测限、测量精度高、操作便捷和多元素同时分析等优点，但该方法局限于小区域检测，难以获取大面积土壤重金属污染程度的监测数据。另一方面，国内外已提出将具有高光谱分辨率和连续光谱波段的高光谱遥感技术应用于土壤重金属污染程度检测，以实现大范围、非破坏性和非接触元素的快速监测。但在实际应用当中，由于被污染土壤中重金属的含量比较低，反映在光谱中的信号会比较微弱，而且土壤质地、湿度、有机质、氧化铁等的含量都会对土壤光谱特征产生影响，因此目前利用高光谱遥感技术检测土壤重金属污染程度的精度往往不高。

综上所述，如何快速准确监测大面积土壤重金属种类和含量成为迫切需要解决的技术难题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于高光谱面源监测和LIBS点源监测的大面积土壤重金属污染程度空地一体化协同监测系统及方法。采用本发明可快速、准确完成大面积土壤重金属种类和含量的检测。

本发明的系统所采用的技术方案是：1.一种土壤重金属污染程度的空地一体化协同监测系统，其特征在于：由空中高光谱面源监测端、地面LIBS点源监测端和地面监控端组成；

所述空中高光谱面源监测端包括无人机、高光谱成像仪、工业相机、激光扫描仪、精密可控转台、POS设备、智能处理器、通信设备和电源模块；所述高光谱成像仪、工业相机、激光扫描仪、精密可控转台、POS设备、智能处理器、通信设备和电源模块均集成在所述无人机上；所述智能处理器分别与所述高光谱成像仪、工业相机、激光扫描仪、精密可控转台、POS设备、通信设备连接；所述电源模块分别与所述无人机、高光谱成像仪、工业相机、激光扫描仪、精密可控转台、POS设备、智能处理器、通信设备连接；