[发明专利]一种土壤重金属检测方法及系统

说明书

本发明公开了一种土壤重金属检测方法及系统，该检测方法结合近红外光谱分析与高光谱成像技术，先获取土壤的照片和光谱图像，然后从光谱图像中提取光谱特征数据，并与光谱库中的光谱特征数据计算得到光谱角，通过光谱角的大小来确定两者的相似性，从而定性分析土壤重金属的种类，再由预设的光谱特征数据与绝对浓度的线性回归方程计算程式，定量计算土壤重金属的浓度，该检测系统包括飞行装置、分析系统，以及搭载在飞行装置上的光学相机、多光谱传感器和GPS定位系统；光谱库设置在分析系统内。该检测系统配合方法具有快速、无损伤，大面积检测与监测的优势，在土壤污染检测和监测中有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及土壤重金属检测技术领域，尤其涉及一种土壤重金属检测方法及系统。

背景技术

目前，土壤重金属检测的标准方法仍以实验室确证性分析为主，如原子吸收光谱法(atomic absorption spectrometry，AAS)、原子荧光光谱法(atomic fluorescencespectrometry，AFS)、电感耦合等离子体发射光谱法(induced coupledplasma opticalemission spectrometry，ICP-OES)、电感耦合等离子体质谱法(induced coupledplasmamass spectrometry，ICP-MS)、波长色散型X射线荧光光谱法(wavelengthdispersion X-ray fluorescence，WDXRF)等。但是，上述方法需要复杂、耗时的样品制备以及消解或提取处理，或较大的仪器尺寸和复杂精密的硬件配置，无法用于土壤的现场、快速分析，从而难以从源头上及时、有效地对土壤重金属污染进行监测和预防。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种土壤重金属检测方法，通过多光谱成像和传感技术，可以检测土壤中重金属的种类，再通过设定的计算浓度关系式，从而检测到土壤中重金属的浓度；本发明的目的之二在于提供一种，土壤重金属检测系统，将多光谱传感器和光学相机搭载在飞行装置上，实现用于土壤的现场、快速分析土壤中重金属的种类和浓度。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种土壤重金属检测方法，包括以下步骤：

1)建立一个储存有已知种类和浓度重金属污染的土壤的光谱特征数据的光谱库；

2)获取待测土壤区域的土壤照片和光谱图像；

3)将步骤2)所得的光谱图像提取光谱特征数据，并与光谱库的参考光谱特征数据计算得到光谱角，比较两者的相似度，从而得到待测区域的土壤含有的重金属种类，再通过设定的线性回归方程，计算土壤中重金属的绝对浓度。

进一步，步骤2)还包括如下步骤：采集光谱图像后，分析系统利用图像分割法去除与土壤的不相关图像内容。

再进一步，步骤2)还包括如下步骤：采用标准正态变换法对每个光谱特征数据进行校正，具体步骤为：将单个原始光谱减去所有光谱的平均值，再除以单个光谱特征数据的标准差。

进一步，步骤3)还包括如下步骤：采用光谱角映射来比较步骤2)所得的光谱特征数据与光谱库的光谱特征数据的相似程度，得到相关指数。

再进一步，步骤3)还包括如下步骤：将计算得到的相关指数与预定值对比，选用大于或等于预定值的数据作为线性回归分析的数据，得到线性回归方程，计算出重金属的绝对浓度。

进一步，步骤3)中，所述预定值可以为0.9～1.0内的任一值。

再进一步，所述步骤4)为：将步骤3)所得的绝对浓度与已知的同一待测区域的某一特定点采样的浓度值对比，若误差＜0.1，则步骤3)所得的绝对浓度即为待测区域的重金属浓度。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：