基于高光譜的煤矸石充填復(fù)墾地土壤重金屬含量估算研究.pdf

1、煤矸石是煤炭開采和加工利用過程中排放量最大的固體廢棄物，利用煤矸石充填復(fù)墾不僅可以消解煤矸石還能節(jié)約大量土地資源，但是煤矸石所攜帶的重金屬元素會影響土壤的安全性，因此對煤矸石充填復(fù)墾地土壤重金屬污染的定量監(jiān)測非常有必要;煤矸石中重金屬對土壤的污染是一個長期的過程，故對土壤重金屬含量監(jiān)測的周期長。由于用傳統(tǒng)的室內(nèi)化學(xué)分析方法來檢測土壤重金屬含量費時費力且成本高，不利于長期監(jiān)測，而高光譜技術(shù)的發(fā)展為煤矸石充填復(fù)墾地土壤重金屬污染檢測提供了新

2、的方法和手段。
　　本文以淮南創(chuàng)大煤矸石充填復(fù)墾試驗小區(qū)為研究對象，采用實驗室獲取的土壤重金屬(Cu、Cr、As)含量數(shù)據(jù)和美國ASD FieldSpec4型高光譜儀測量的土壤樣品反射率光譜數(shù)據(jù);為凸顯土壤樣品的特征光譜信息，減少背景、噪聲對目標(biāo)光譜的影響，對原始光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行微分變換和倒數(shù)對數(shù)變換;其后運用統(tǒng)計分析方法，在分析土壤光譜與重金屬含量之間的相關(guān)性基礎(chǔ)上，選擇具有顯著相關(guān)的波段作為相關(guān)因子，建立了重金屬含量的逐步回歸模型

3、、偏最小二乘回歸模型和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并對模型進(jìn)行了驗證對比找到了適合估算各重金屬元素含量的最優(yōu)模型。
　　實驗結(jié)果表明:在相關(guān)性分析中，原始光譜、倒數(shù)對數(shù)光譜與Cu含量、As含量的相關(guān)程度極弱，均未達(dá)到顯著相關(guān)水平，與Cr含量在個別波段達(dá)到中度相關(guān)。土壤微分光譜數(shù)據(jù)與Cu含量、As含量及Cr含量大部分波段達(dá)到顯著相關(guān)水平;微分光譜與Cr含量在個別波段達(dá)到高度相關(guān)，在波段379nm處，相關(guān)系數(shù)為-0.919。在對三種重金屬分別進(jìn)