[0011] 圖1是本發明的方法流程圖； 圖2是礦區復呈場地中所有樣點的表層±壤原始高光譜平均曲線圖； 圖3是礦區復呈場地表層±壤中領含量與經過平滑處理后的光譜反射率之間的關系 圖； 圖4是礦區復呈場地表層±壤中領含量與經過連續統去除后的光譜反射率之間的關 系圖； 圖5是礦區復呈場地表層±壤中領含量與經過一階導數變換后的光譜反射率之間的 關系圖； 圖6是礦區復呈場地表層±壤中領含量與經過倒數的對數變換后的光譜反射率之間 的關系圖。
[0012]
【具體實施方式】
[0013] 下面結合實施例和附圖對本發明作進一步描述。
[0014] (1)樣品采集與制備；依據混合±樣和特殊±樣的采集原則，確定建模樣品的采樣 單元、樣點數和采樣剖面。本實例中選取礦區復呈場地中20個樣點的表層±壤（0?20cm)， 將采集的±樣混勻后用四分法縮分至約lOOg。縮分后的±樣經自然風干，并除去±樣中石 子和動植物殘體等異物，經瑪瑤棒碼壓通過2mm尼龍篩（除去2mm W上的砂爍）后混勻。再 用瑪瑤研鉢將通過2mm尼龍篩的±樣研磨至全部通過100目（孔徑0. 149mm)的尼龍篩，混 勻后備用。
[0015] (2)高光譜數據暗室采集；±壤反射光譜采集采用的是美國分析光譜設備（ASD) 公司生產的FieldSpec 3型光譜儀(不僅限于本儀器)，可W獲取350?2500皿波長范圍 內地物光譜曲線，在350?lOOOnm波長范圍內光譜分辨率為3nm,米樣間隔為1. 4nm,在 1000?2500nm波長范圍內光譜分辨率為lOnm，采樣間隔為2nm。光譜采集于暗室內進行，樣 本分別放置于直徑12 cm、深118 cm的盛樣皿內。光源是功率為1000 W的團素燈，距±壤 樣品表面100 cm,天頂角30°，提供到與樣本幾乎平行的光線，用于減小粗趟度造成陰影的 影響。采用8°視場角的傳感器探頭置于離樣本表面15 cm的垂直上方。測試之前先去除 福射強度中暗電流的影響，然后W白板進行定標。每個樣本采集10條光譜曲線，算術平均 后得到該±樣的實際反射光譜數據。
[0016] (3)高光譜數據預處理；對采集的礦區復呈場地表層±壤原始光譜數據進行背景 去除、去噪聲、斷點修正、平滑處理、一階導數變換、倒數的對數、W及連續統去除處理。
[0017] (4)參考值測定；采集的礦區復呈表層±壤中領含量參考值經過樣品風干、樣品制 備、酸化消煮、樣品檢測，采用電感禪合等離子體質譜（ICP-MS)儀器檢測得到。測試得到的 參考值如表1所示。
[0018] 表1礦區復呈場地表層±壤領含量
【主權項】
1. 一種礦區復墾場地有毒有害元素室內光譜分層測量方法，其特征在于，包括以下步 驟： (1) 礦區復墾場地土壤建模樣品采集：復墾場地土壤建模樣品可以根據其復墾工藝、充 填材料的不同劃分為多個土層，針對采煤塌陷地煤礦區充填復墾場地可以劃分為〇~20cm、 20~40cm、40~60cm、60~80cm、彡80cm五個土層；依據混合土樣和特殊土樣的米集原則，分層 取樣，確定建模樣品的采樣單元、樣點數和采樣剖面，采用四分法取土，經風干、研磨、過篩 后分層裝樣； (2) 建模樣品高光譜數據采集：設置高光譜儀的波長范圍，于暗室中分層采集土壤高光 譜數據； (3) 建模樣品光譜數據預處理：對采集的原始光譜數據進行背景去除、去噪聲、斷點修 正、平滑處理、標準正態變量變換、光譜微分技術以及連續統去除處理； (4) 建模樣品有毒有害元素參考值測定：按照標準分析方法分層測定建模土壤樣品中 有毒有害元素含量； (5) 有毒有害元素脅迫敏感光譜波段選擇：將測定的建模樣品有毒有害元素參考值與 進行預處理和特征變化后的高光譜數據進行相關性分析，選取相關性最大的礦區復墾場地 土壤有毒有害元素脅迫敏感波段； (6) 模型的建立：對于提取的特征參數，為了避免特征參數自身的相關性，采用主成分 分析方法篩選出最優光譜特征參數； (7) 模型穩定性和預測能力評價：通過決定系數R2和皮爾遜相關系數p分別評價模型 的穩定性以及模型的預測能力，根據實際生產中的誤差要求，對模型進行校正； (8) 模型應用：按照步驟（2)和（3)采集高光譜數據并進行預處理，用經驗證的校正模 型對礦區復墾場地土壤有毒有害元素進行定量分層檢測。
2. 根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于，所述步驟（2)中波長范圍為 350?2500nm。
3. 根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于，所述步驟（5)中相關性分析采用單波 段統計分析或多元統計分析。
4. 根據權利要求3所述的測量方法，其特征在于，所述的單波段統計分析為原始光譜 單波段分析、連續統去除后單波段分析和標準正態變量變換后單波段分析中的一種。
5. 根據權利要求3所述的測量方法，其特征在于，所述的多元統計分析為多元線性回 歸、偏最小二乘回歸、最小二乘-支持向量機回歸及人工神經網絡方法中的一種或幾種。
【專利摘要】本發明公開了一種礦區復墾場地有毒有害元素室內光譜分層測量方法，該方法步驟包括：礦區復墾場地土壤建模樣品采集、建模樣品高光譜數據暗室采集、建模樣品高光譜數據預處理、建模樣品有毒有害元素參考值測定、有毒有害元素脅迫敏感光譜波段選擇、模型的建立、模型穩定性和預測能力評價與模型應用。本發明不僅能夠實現礦區復墾場地土壤的大面積快速測樣，而且由于該方法的分層檢測特性，可以對不同深度的礦區復墾場地土壤有毒有害元素進行室內快速測算，從而達到動態、快速、大尺度、分層測算土壤有毒有害元素的效果，為糧食生態安全評估提供有效數據。
【IPC分類】G01N21-25
【公開號】CN104596943
【申請號】CN201410842521
【發明人】董霽紅, 許吉仁, 卞正富, 程偉, 于敏
【申請人】中國礦業大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月30日