一种金属尾矿库区域空间重金属反演计算方法

：本发明涉及一种采用偏最小二乘融合多因子的重金属反演方法，具体涉及一种基于gf2号影像在金属尾矿库局部区域重金属反演方法。

背景技术

0、
背景技术：

1、随着社会经济的快速发展，工业化进程不断加快，人们对资源的利用日益增多，资源的开采给生态环境造成的影响逐渐增大。工矿企业资源开采对土壤造成的影响不容忽视，其中土壤重金属污染最为突出。工矿企业通过“三废”排放了大量含有重金属的污染物，由于重金属一般不溶于水，也很难被土壤中的微生物所分解，会不断积累而超标。土壤重金属还会在风力和水力的作用下进入大气和水体中，导致大气污染、地下水污染甚至是生态系统的退化。土壤重金属污染严重制约着自然环境和社会经济的可持续发展，甚至通过食物链富集到人体中，引发癌症以及其他各种疾病，严重威胁着人类的健康与安全。

2、近些年，随着现代遥感技术的飞速发展，利用遥感手段开展对土壤重金属含量的调查和分析越来越受到重视，因其快速、高效、成本低、可进行大范围的动态监测等优点，目前已成为对土壤重金属含量进行估计的首选技术方法。尾矿库不同于其他研究区，由于常年堆存了大量尾矿和工业废渣，重金属含量高，与周边环境差异明显。但是由于土壤是一种复杂的混合物，由很多物理和化学性质不同的物质组成，如有机质、水等组成，这些因素都影响着土壤的光谱特征。土壤中重金属的光谱反应非常微弱，仅仅利用遥感影像固有波段的反射率进行重金属含量的估算，可能无法达到理想的精度。大量研究表明土壤中的重金属含量可以通过研究植被及土壤成分受重金属胁迫的情况进行间接反演，这是由于植被在生长期间受到土壤中重金属的影响使得反射光谱发生显著变化。通过添加利用不同波段组合得到的植被指数、土壤指数等作为额外的反演因子，提高模型精度得到更加准确预算结果。

3、但是，由于不同重金属之间具有很大的差异性，部分重金属甚至与光谱指数相关性极弱，这为其估算模型的建立带来了很大难度，这也是目前有待解决的问题。由于尾矿库排放尾砂中重金属之间具有特殊性的同源性，故利用已进行建模的重金属作为额外的反演因子间接估算与之相关的其他重金属，为估算这类不敏感的重金属提供了可能性，可以有效解决矿山的实际监测需要。针对常用的偏最小二乘回归模型进行优化，将光谱指数、植被指数和重金属估算关系模型进行逐次实验，将前序实验得到的重金属模型作为后序实验的建模因子，此方法不仅提高了估算模型的精度，并且绘制了局部区域重金属空间含量分布图，为局部区域分析土壤重金属提供了新的方法。

技术实现思路

0、
技术实现要素：

1、一种金属尾矿库区域空间重金属反演计算方法，包括：首先根据所在尾矿库周边采集的23个土壤样本(1)，进行前期处理通过化验监测出铜锌镍三种金属(2)；其次，选取gf2号影像的b1至b4四个波段(3)、6个遥感植被因子(4)及过度金属作为重金属反演因子，通过皮尔逊模型进行分析各反演因子之间的相关性(5)；然后选取合适的反演因子作为金属的反演参数；接着对偏最小二乘模型进行优化(6)，构建拟合优度回归模型(7)检验模型精度，将优化后的反演模型和反演因子进行结合进行反演；最后将模型应用到尾矿库局部区域重金属反演中，并采用6个误差模型进行了分析确定此方法的可行性。

2、优选的，一种金属尾矿库区域空间重金属反演计算方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

3、a、首先根据所在尾矿库周边采集的23个土壤样本(1)，获取实地样本数据；

4、b、根据土壤样本数据(1)，通过原子吸收的方法测定cu、ni和zn三种金属；

5、c、通过gf2号影像的b1至b4四个波段(3)计算6个遥感植被因子(4)，结合过度金属因子，总体作为反演因子；通过皮尔逊模型进行分析各反演因子之间的相关性(5)；

6、d、选取合适的反演因子作为金属的反演参数，接着对偏最小二乘模型进行优化(6)，构建拟合优度回归模型(7)检验模型精度；

7、e、将模型应用到尾矿库局部区域重金属反演中，并采用6个误差模型进行了分析确定此方法的可行性。

8、优选的，所述根据所在尾矿库周边采用四分法采集的23个土壤样本(1)，获取实地样本数据。现场采集数据如图1所示。

9、优选的，通过gf2号影像的b1至b4四个波段(3)计算6个遥感植被因子(4)，结合过度金属因子，总体作为反演因子；通过皮尔逊模型进行分析各反演因子之间的相关性(5)，采用多因子模型可以更加精确地反演重金属。

10、优选的，选取了合适的反演因子作为金属的反演参数，并对偏最小二乘模型进行优化(6)，构建拟合优度回归模型(7)检验模型精度。

11、优选的，一种金属尾矿库区域空间重金属反演计算方法中的土壤收集装置，包括样本箱体、防护门以及支撑架；所述样本箱体用于支撑装置组件，所述支撑架安装在样本箱体侧方，所述防护门安装在样本箱体上，其特征在于，所述样本箱体内设有取样量筒安装组件以及进料位置旋转定位组件，所述支撑架下方设有自动松土组件以及土壤取样吸附组件；

12、其中，取样量筒安装组件，包括：安装座、安装槽、旋转轴以及取样量筒；

13、所述旋转轴安装在样本箱体内部上下两侧，所述安装座套装在旋转轴上，所述安装槽开设在安装座上，所述取样量筒设置在安装槽内。

14、优选的，所述样本箱体下方设有万向轮。

15、优选的，所述进料位置旋转定位组件，包括：驱动槽、驱动器、传动轴、驱动齿轮、传动齿轮、卡块、横向卡扣槽、纵向卡扣槽、横向卡扣、纵向卡扣、卡环、弹簧以及开关按钮；

16、所述卡块设置在安装座上一周，所述驱动槽、横向卡扣槽以及纵向卡扣槽开设在样本箱体内部上方，所述驱动器安装在驱动槽内，所述传动轴安装在驱动器输出端上，所述驱动齿轮套装在传动轴上，所述传动齿轮套装在旋转轴上并与驱动齿轮相啮合，所述横向卡扣安装在横向卡扣槽内，所述纵向卡扣安装在纵向卡扣槽内，所述卡环安装在纵向卡扣上，所述弹簧套装在纵向卡扣上，所述横向卡扣以及纵向卡扣相接触处设有斜坡。

17、优选的，所述自动松土组件，包括：滑槽、滑块、支架、电动推杆、设备箱体、电机槽、旋转电机、齿轮槽、主齿轮、旋转柱、副齿轮以及钻头；

18、所述滑槽开设在支撑架内，所述滑块安装在滑槽内，所述滑槽通过支架连接在滑块上，所述电动推杆安装在滑槽内并连接滑块，所述电机槽以及齿轮槽开设在设备箱体内，所述旋转电机安装在电机槽内，所述主齿轮安装在旋转电机输出端上，所述旋转柱安装在齿轮槽内，所述副齿轮套装在旋转柱上，所述钻头连接在旋转柱下方。

19、优选的，所述土壤取样吸附组件，包括：吸附管、管孔、波纹管、气泵以及传送管；

20、所述管孔开设在设备箱体内，所述吸附管安装在下方管孔孔口处，所述气泵安装在设备箱体上，所述波纹管连接在气泵以及设备箱体上方管孔孔口处，所述传送管安装在气泵上并伸入设备箱体内设置在取样量筒上方。

21、发明目的：改变传统“外业点采样+实验室分析”对土壤重金属含量分析效率低、空间分辨率低问题。采用高分辨率多光谱遥感影像，融合多反演因子的间接偏最小二乘回归模型为矿区进行土壤重金属反演及空间侵蚀分析提供了有效的方法，也为矿区生态环境治理与评价提供了可靠技术支撑。

22、技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

23、首先根据所在尾矿库周边采集的土壤样本1，化验铜锌镍三种实验金属2；其次，选取gf2号影像的b1至b4四个波段3、6个遥感植被因子4及过度金属作为重金属反演因子，通过皮尔逊模型进行分析各反演因子之间的相关性5；然后选取合适的反演因子作为金属的反演参数；接着对偏最小二乘模型进行优化6，构建拟合优度回归模型7检验模型精度，将优化后的反演模型和反演因子进行结合进行反演；最后将模型应用到尾矿库局部区域重金属反演中，并采用6个误差模型进行了分析确定此方法的可行性。

24、优选的，具体包括以下步骤：

25、a、首先根据所在尾矿库周边采集土壤样本1，获取实地样本数据；

26、b、根据土壤样本数据1，通过原子吸收的方法测定cu、ni和zn三种实验金属；

27、c、通过gf2号影像的b1至b4四个波段3计算6个遥感植被因子4，结合过度金属因子，总体作为反演因子；通过皮尔逊模型进行分析各反演因子之间的相关性5；

28、d、选取合适的反演因子作为金属的反演参数，接着对偏最小二乘模型进行优化6，构建拟合优度回归模型7检验模型精度；

29、e、将模型应用到尾矿库局部区域重金属反演中，并采用6个误差模型进行了分析确定此方法的可行性。

30、进一步的，所述gf2号影像的b1至b4四个波段3计算6个遥感植被因子4，结合过度金属因子，总体作为反演因子，可以多因子共同反演重金属增加了反演准确度。

31、进一步的，所述通过皮尔逊模型进行分析各反演因子之间的相关性5，可以分析反演因子和反演金属的相关性。

32、进一步的，对偏最小二乘模型进行优化6，可以提高反演精度。