[发明专利]基于空间耦合模型的土壤重金属含量检测系统及检测方法

说明书

本发明公开了基于空间耦合模型的土壤重金属含量检测系统，包括箱体和箱体中设置的可旋转的土壤样品盛放台，土壤样品盛放台的土壤样品接触面设有水分传感器，箱体内设有微处理器以及分别与其连接的X射线管、探测器、定位模块、存储器和显示屏，X射线管、探测器分别对准土壤样品盛放台，存储器中存有不同地理位置对应的光谱定量分析模型，水分传感器的输出端与微处理器连接。本发明还公开了一种土壤重金属含量检测方法。本发明的检测系统针对峰值漂移现象进行刻度校正，针对不同的土壤质地和湿润程度进行补偿，且根据土壤样本地理位置挑选相对应的光谱定量分析模型，提高了土壤重金属含量检测的精度。

技术领域

本发明属于农业环境重金属检测领域，具体涉及一种基于空间耦合模型的土壤重金属含量检测系统。

背景技术

近年来，有毒重金属对我国土壤环境质量危害日益严重，耕地、农产品等污染问题亟待解决。因此，农田重金属监测已成为农产品保护和安全生产的重要任务。目前，土壤重金属污染检测方法有传统实验室检测法与速测法，其中传统实验室检测方法主要有原子吸收与原子荧光光谱法、电感耦合等离子质谱法等，检测结果准确度、精确度高，但存在仪器运行条件要求高且不适用于现场快速判断；重金属快速检测方法有X射线荧光光谱法(X-ray fluorescence,XRF)、生物传感器技术和激光诱导击穿光谱法等。其中，X射线荧光光谱仪具有检测速度快、成本低且具备多种元素同时检测等优点，已被广泛应用于土壤重金属污染和农产品检测分析中。相比实验室测定方法，XRF法前期处理简单，对主要的重金属浓度可以进行有效监测和快速筛查，对农田和农作物重金属污染的监测和防控、制定合理的农业发展规划提供科学依据，但缺少能够精准定位和准确预测浓度的XRF重金属分析仪。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种基于空间耦合模型的土壤重金属含量检测系统，针对不同的土壤质地和湿润程度进行补偿，针对峰值漂移现象进行刻度校正，对土壤样本的光谱的波长区间进行优化，对光谱的波长进行精简，提高土壤重金属含量检测的精度。

本发明的技术方案是基于空间耦合模型的土壤重金属含量检测系统，包括箱体和箱体中设置的可旋转的土壤样品盛放台，土壤样品盛放台的土壤样品接触面设有水分传感器，箱体内设有微处理器以及分别与其连接的X射线管、探测器、定位模块、存储器、无线通讯模块和显示屏，X射线管、探测器分别对准土壤样品盛放台，存储器中存有不同地理位置对应的光谱定量分析模型，水分传感器的输出端与微处理器连接；无线通讯模块与云服务器通讯连接。

进一步地，所述土壤重金属含量检测系统还包括微处理器上运行的光谱刻度校正模块和光谱定量分析模块。光谱刻度校正模块，针对光谱的峰位置漂移的现象，重新确定峰位置，计算能量刻度系数，对光谱进行刻度校正。光谱分析模块，根据定位模块获得的地理位置信息，选择该地理位置对应的光谱定量分析模型，针对土壤样品的光谱进行分析，得到土壤重金属含量。

优选地，基于空间耦合模型的土壤重金属含量检测系统还包括在微处理器上运行的土壤类型校正模块，土壤类型校正模块根据水分传感器获得的土壤样品的湿润状况以及操作人员输入的土壤质地，选择当前检测的土壤样品的补偿系数。

优选地，基于空间耦合模型的土壤重金属含量检测系统还包括在微处理器上运行的生成报告模块，生成报告模块根据当前检测的土壤样品的各重金属元素浓度、经纬度、时间、光谱数据，生成分析报告。

优选地，基于空间耦合模型的土壤重金属含量检测系统还包括在微处理器上运行的波长区间优化模块，波长区间优化模块采用区间组合优化算法，排除光谱的无用信息和噪声波长点，得到一组位置、组合、宽度都经过优化的有效波长区间。

优选地，基于空间耦合模型的土壤重金属含量检测系统还包括在微处理器上运行的波长精简模块，波长精简模块采用连续投影算法，利用向量的投影分析，找到含有最低限度冗余信息的变量组，消除波长之间的共线性，对光谱的波长进行精简。