基于高光譜的煤矸石充填復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。由于用傳統的室內化學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，而高光譜技術的發(fā)展為煤矸石充填復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)含量數據和美國ASD FieldSpec4型高光譜儀測量的土壤樣品反射率光譜數據;為凸顯土壤樣品的特征光譜信息，減少背景、噪聲對目標光譜的影響，對原始光譜數據進行微分變換和倒數對數變換;其后運用統計分析方法，在分析土壤光譜與重金屬含量之間的相關性基礎上，選擇具有顯著相關的波段作為相關因子，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網絡模型，并對模型進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。
　　實驗結果表明:在相關性分析中，原始光譜、倒數對數光譜與Cu含量、As含量的相關程度極弱，均未達到顯著相關水平，與Cr含量在個別波段達到中度相關。土壤微分光譜數據與Cu含量、As含量及Cr含量大部分波段達到顯著相關水平;微分光譜與Cr含量在個別波段達到高度相關，在波段379nm處，相關系數為-0.919。在對三種重金屬分別進