[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

说明书

本发明公开了一种联合土壤室内外光谱的重金属含量反演方法，首先，基于土壤室内光谱的系列光谱预处理，构建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；然后，采用Kennard‑Stone算法选择合适的转换集构建土壤室内、室外光谱的关联转换模型，并同样对转换后的土壤室外光谱做系列光谱预处理；最后，融合重金属含量的土壤室内光谱反演模型提取的特征波段主成分，构建基于转换处理后的土壤室外光谱的重金属含量高光谱反演的回归模型。这是当前土壤重金属含量高光谱遥感反演多局限于采样土壤室内光谱特征研究，难以有效直接应用于野外大范围土壤重金属污染调查的条件下，实现野外直接利用土壤室外光谱的大范围高效土壤重金属含量反演。

技术领域

本发明涉及环境监测领域，特别涉及一种联合土壤室内外光谱进行重金属含量反演的方法。

背景技术

利用常规的实地采样方式获取大范围高密度土壤重金属污染信息时，通常面临成本耗费巨大、效率较低的难题，且难以保证常态化快速高效动态监测得以实施，无法满足国家在广域地理空间快速高效查清重金属污染空间格局、发现重金属污染时空演化规律与形成机制、控制污染范围扩大和转移、合理规划农业生产、减少污染产品损害国民健康的重大需求。

目前，基于光谱分析技术的土壤重金属含量反演方法得到快速的发展，已经成为土壤重金属污染调查的主要手段。其主要原理是：利用地物光谱仪观测土壤样品室内光谱数据，探索土壤重金属含量与土壤全波段光谱(350– 2500nm)间的响应关系，构建土壤重金属含量高光谱反演模型。该方法相对传统地统计分析方法具有花费较少、效率较高的优势，但由于室内、室外大气等环境条件不同导致的土壤光谱差异，使得室内光谱难以有效直接应用于野外大范围土壤重金属污染调查的条件，亟需发明一种可在野外直接利用土壤室外光谱大范围高效反演土壤重金属含量的方法。

发明内容

为了有效解决传统基于土壤室内光谱反演重金属含量的局限性，以实现野外土壤重金属污染调查过程中直接利用土壤室外光谱大范围高效反演土壤重金属含量的目的，本发明提供了一种联合土壤室内外光谱的重金属含量反演方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，

一种联合土壤室内外光谱的重金属含量反演方法，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。

所述的一种联合土壤室内外光谱的重金属含量反演方法，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。