[发明专利]一种联合土壤室内外光谱的重金属含量反演方法

权利要求书

1.一种联合土壤室内外光谱的重金属含量反演方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在需要进行土壤重金属含量检测的污染土壤调查区采集土壤样本，并在室外采集土壤样本的室外光谱数据，然后将土壤样本送至实验室内进行重金属含量检测，并在室内采集土壤样本的室内光谱数据，最后基于采样点土壤重金属含量实测数据与土壤室内光谱数据，构建基于室内光谱的土壤重金属含量反演的全要素主成分逐步回归模型，并提取特征波段主成分；

步骤2：选取合适的转换样本集构建土壤室内、室外光谱的关联转换模型，对全部采样土壤室外光谱数据做光谱转换及系列光谱预处理；

步骤3：对步骤1中提取的特征波段主成分与步骤2中转换处理后的室外土壤光谱主成分做相关性分析，提取显著相关主成分作为解释变量，以步骤1中测定的土壤重金属含量作为因变量，构建基于土壤室外光谱的重金属含量反演的回归模型；

所述的步骤2包括以下步骤：

步骤①：删除室内、室外土壤光谱水汽影响波段，获得有效土壤光谱数据；

步骤②：利用Kennard-Stone算法通过计算采样土壤室内光谱之间的欧氏距离，选择转换集样品：

其中，r_ik与r_jk分别代表样本i和样本j的第k个波段的光谱反射率值；d_ij代表采样土壤样本i和样本j之间的欧氏距离，p为样品光谱的波长个数；

步骤③：采用直接校正算法构建步骤②选取的转换集样品的室内、室外光谱转换模型：

其中，E为残差矩阵，X_Q为分析样本室内光谱值，X_q为分析样本室外光谱值，为分析样本室内中心化处理后光谱值，为分析样本室外中心化处理后光谱值；

步骤④：采用步骤③构建的土壤室内外光谱转换模型将土壤样品室外光谱进行光谱转换，得到转换后的土壤室外光谱数据；

步骤⑤：采用光谱重采样-标准正态变换-一阶/二阶微分系列光谱预处理方法对步骤④转换后的土壤室外光谱进行系列光谱数据预处理。

2.根据权利要求1所述的一种联合土壤室内外光谱的重金属含量反演方法，其特征在于，步骤1中所述的土壤重金属含量及其室内光谱数据通过以下步骤获得：

在需要进行土壤重金属含量检测的污染土壤调查区采用格网对室外污染土壤研究靶区进行格网界定，并在格网之间形成的交点处设置土壤采样点采集不少于40个土壤样本；在实验室内对采集到的土壤样本采用三酸消化——原子吸收分光光度法化学分析测定土壤样品重金属含量，同时，使用地物光谱仪测定土壤室内光谱数据；

步骤1中所述的采样点土壤室外光谱数据通过以下步骤获得：

步骤1进行野外土壤样本采集的同时，运用地物光谱仪监测采集土壤样本的室外光谱数据。

3.根据权利要求1所述的一种联合土壤室内外光谱的重金属含量反演方法，其特征在于，步骤1中所述的构建基于土壤室内光谱的重金属含量反演的全要素主成分逐步回归模型并提取特征波段主成分，包括以下步骤：

步骤1)：采用光谱重采样、标准正态变换、一阶/二阶微分的预处理方法对土壤室内光谱数据进行预处理，构建基于土壤室内光谱的重金属含量的全要素主成分逐步回归模型；

步骤2)：将步骤1)模型的特征波段主成分值提取，作为重金属含量的土壤室外光谱回归建模自变量筛选的判定因子。