专利名称：基于x射线荧光光谱的不同区域土壤聚类分析方法
技术领域：
本发明涉及农业与环境技术领域，特别涉及一种基于χ射线荧光光谱的不同区域土壤聚类分析方法。
背景技术：
土壤是一种形态和演化过程都十分复杂的历史自然综合体，同时是农业生态系统中重要的组成部分。土壤因成土过程中不同的气候、物理、化学、生物、母质、地形、成土时间甚至人类活动等因素的影响，在空间分布上具有高度的异质性。土壤属性的空间分布特征是农田土壤环境治理、农田管理和现代农业的重要依据。聚类分析法作为现代多元统计中的一种模式识别方法，由于对土壤评价提供了科学的方法，在土壤科学研究中被广泛使用。 冯立孝等选用活性酸、代换酸、水解酸、活性铝、阳离子代换量和盐基饱和度共6个因子作为聚类分析的指标，对陕西20个黄棕壤和黄褐土进行聚类分析，取得满意的分类结果。吴克宁应用模糊聚类对北亚热带过渡区-豫南地区的10个土壤的5项诊断指标进行了分析， 并与发生分类和诊断分类作了比较，比较结果表明，模糊聚类分析与发生分类和诊断分类基本吻合。χ射线荧光光谱技术是一种应用广泛、发展迅速的现代化仪器分析技术。其可测元素范围广，包括元素周期表中Z ^ 3 (Li)的所有元素，可测定浓度范围宽，检出限达10_5 10_9g/g的优点，还具有快速准确、操作简单、能同时测定多种元素等特点，适合于多种类型的固态和液态物质的测定，并易于实现分析过程的自动化。波长色散型荧光光谱仪是分光晶体将荧光光速色散后，测定各种元素的特征χ射线波长和强度，从而测定个元素的含量； 而能量色散型荧光光谱仪是借助高分辨率敏感半导体检测器与多道分析器将色散的χ射线荧光按光子能量分离χ-射线光谱线，根据各元素能量的高低来测定各元素。目前，χ射线荧光光谱技术在农业中的应用主要集中于土壤和农产品污染监测、农产品中微量元素的测定等领域。另外，由于此类仪器在土壤样品检测过程中前处理手段简单，分析检测成本低，检测时间短等优点，国内外已经开发出一系列便携式χ射线荧光光谱仪，从而提高了其应用的便携化和实时性，更有利于土壤科学相关研究的开展。χ射线测定土壤中金属元素特别是重金属元素，由于受到土壤类型、母质等因素的影响，部分元素在测定过程可能受到干扰，导致对部分元素的测定不准确。
发明内容
(一 )要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是通过X射线荧光光谱对土壤进行聚类分析，实现不同区域土壤的定性识别。可以此为基础，根据不同土壤类型建立不同测定模型，以更利于X 射线测定土壤中金属元素时不受到土壤类型、母质等因素对测定过程的干扰，提高部分元素测定的准确度。( 二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于χ射线荧光光谱的不同区域土壤聚类分析方法，包括以下步骤Sl 采集不同区域的土壤样品；S2 采集所述土壤样品的χ射线荧光光谱；S3 对所述χ射线荧光光谱进行预处理；S4 利用模式识别法定性分析预处理后的χ射线荧光光谱，得到所述不同区域土壤样品的相似度。其中，所述步骤S2具体包括对不同区域的土壤样品进行风干、研磨、过100目尼龙筛、压片前处理；采集前处理后的土壤样品的χ射线荧光光谱。其中，所述步骤S3中预处理的方式包括信号校正、背景去除、平滑、噪声去除中的一种或多种。其中，所述步骤S4中模式识别法定性分析的方式包括主成分分析法、欧氏距离法、模糊聚类分析法、Back Propagation神经网络技术中的一种或多种。其中，所述S4中模糊聚类分析法具体包括S4. 1 根据土壤样品的两段不同的χ射线荧光光谱数据建立荧光每秒钟计数率与能量值的二维矩阵；S4. 2 根据公式(a)对二维矩阵中数值进行标准化处理；
权利要求
1.一种基于χ射线荧光光谱的不同区域土壤聚类分析方法，其特征在于，包括以下步骤51采集不同区域的土壤样品；52采集所述土壤样品的χ射线荧光光谱；53对所述χ射线荧光光谱进行预处理；54利用模式识别法定性分析预处理后的χ射线荧光光谱，得到所述不同区域土壤样品的相似度。
2.如权利要求1所述的基于χ射线荧光光谱的不同区域土壤聚类分析方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括对不同区域的土壤样品进行风干、研磨、过100目尼龙筛、压片前处理； 采集前处理后的土壤样品的χ射线荧光光谱。
3.如权利要求1所述的基于χ射线荧光光谱的不同区域土壤聚类分析方法，其特征在于，所述步骤S3中预处理的方式包括信号校正、背景去除、平滑、噪声去除中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的基于χ射线荧光光谱的不同区域土壤聚类分析方法，其特征在于，所述步骤S4中模式识别法定性分析的方式包括主成分分析法、欧氏距离法、模糊聚类分析法、Back Propagation神经网络技术中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的基于χ射线荧光光谱的不同区域土壤聚类分析方法，其特征在于，所述S4中模糊聚类分析法具体包括S4. 1 根据土壤样品的两段不同的χ射线荧光光谱数据建立荧光每秒钟计数率与能量值的二维矩阵；S4. 2 根据公式(a)对二维矩阵中数值进行标准化处理；η_(a)，其中_Tix1J-xJ')2x ij _x, = — > Xii 5=1 —-S11 η今…\ n-\η为土壤样品个数，i为土壤样品编号，j为χ射线荧光光谱特征峰个数； S4. 3 根据标准化值χ'…用公式(b)计算第i个与第k个被分类对象间的相似系数 r' ik，建立相似矩阵R'，令rik = 0.5+0.5X1·' ik，建立模糊相似矩阵R ； γ、r,r, λS4. 4 计算R2 = RX R，R4 = R2 χ R2，......，一直到R2k = Rk为止，并将模糊矩阵R变换为模糊等价矩阵R* ；S4. 5 将模糊等价矩阵R*中的Zik由大到小排列，依次取λ值，如大于λ，则令Zik 为1;如Zik小于λ，则令!^为…可得到矩阵R\，在矩阵中同一行或同一列为1者应划为同一类；S4. 6:重复步骤S4. 5，其中取不同的λ值，逐步归类，得到聚类结果。
6.如权利要求1 5任一项所述的基于χ射线荧光光谱的不同区域土壤聚类分析方法，其特征在于，所述X射线荧光光谱包括能量色散型X射线荧光光谱或波长色散型X射线荧光光谱。
全文摘要
本发明公开了一种基于x射线荧光光谱的不同区域土壤聚类分析方法，涉及农业与环境技术领域，包括以下步骤S1采集不同区域土壤样品；S2采集所述土壤样品的x射线荧光光谱；S3对所述x射线荧光光谱进行预处理；S4利用模式识别法定性分析预处理后的x射线荧光光谱，得到所述不同区域土壤样品的相似度。本发明实现了基于x射线荧光光谱的土壤聚类分析，丰富了土壤聚类分析的研究，对于受不同区域土壤母质影响的x射线荧光光谱测定土壤重金属的方法具有指导意义。
文档编号G06K9/62GK102254175SQ20111008669
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月7日 优先权日2011年4月7日
发明者潘立刚, 王纪华, 陆安祥, 韩平, 马智宏 申请人:北京市农林科学院