一种面向土壤重金属含量检测的X射线荧光光谱预处理方法研究

文献类型： 中文期刊

第一作者： 任东

作者： 任东;沈俊;任顺;王纪华;陆安祥

作者机构：

关键词： XRF;预处理;土壤重金属;偏最小二乘回归;向前间隔偏最小二乘

期刊名称： 光谱学与光谱分析

ISSN： 1000-0593

年卷期： 2018 年 12 期

页码： 3934-3940

收录情况： EI ; SCI ; 北大核心 ; CSCD

摘要： 土壤重金属的污染影响着农作物的产量和质量。传统的土壤重金属检测方法步骤繁琐、检测费用高且速度慢。利用X射线荧光光谱(XRF)分析技术检测土壤中重金属含量,具有处理简单、现场、快速、无损等优点。由于土壤背景复杂,包含大量噪声和无关信息,建立XRF校正模型前,对光谱的预处理能有效的去除不相干信息,保留有用信息,对XRF预测模型的精度有重要影响。主要研究光谱预处理方法对重金属含量预测模型精度的影响。首先,采用向前间隔偏最小二乘(Fi PLS)作为校正模型,对比了无预处理、去趋势处理(DT)、标准正态变量变换(SNV)、多元散射校正(MSC)、小波去噪(WT)、SNV+DT、卷积平滑(SG)+一阶导数、卷积平滑(SG)+二阶导数等7种不同预处理条件下的土壤重金属模型的检测精度。初步结果表明,多元散射校正预处理方法效果较好,与原始光谱相比,相关系数r从原始的0. 988提高到0. 990,预测均方根误差RMSEP、相对误差平均从原来的20. 809和0. 166分别降低到19. 051和0. 121。其次,在多元散射校正预处理方法的基础上,针对多元散射校正方法以线性表达式描述非线性关系的局限性,提出了局部加权线性回归多元散射校正(LWLRMSC)和偏最小二乘多元散射校正(PLSMSC),并比较了它们的建模效果。LWLRMSC是基于加权思想,在预测一个点的值时,选择适当的核函数和权重分配策略进行预测点的线性回归,来解决简单线性回归的欠拟合状况; PLSMSC是基于PLS建模思想,考虑了自变量和因变量的最大相关性,来减少拟合误差及失真问题。结果表明,PLSMSC具有最佳的预处理效果,五种重金属Cu,Zn,As,Pb,Cr预测值和实际值的R分别为0. 989,0. 973,0. 991,0. 989和0. 986,RMSEP分别为8. 805,58. 360,7. 671,12. 549和20. 851,相比于传统的MSC方法不仅在精度方面有大幅度的提升,且具有更好的泛化性能,能消除光谱噪声,提升有效信息贡献度,为土壤重金属含量预测模型选取合适的预处理方法提供了理论支撑。

分类号： O657.34`X833

  • 相关文献

[1]能量色散X射线荧光光谱检测土壤重金属砷、锌、铅和铬（英文）. 王世芳,罗娜,韩平. 2018

[2]能量色散X射线荧光光谱检测土壤重金属砷、锌、铅和铬（英文）. 王世芳,罗娜,韩平. 2018

[3]基于光谱特征与PLSR结合的叶面积指数拟合方法的无人机画幅高光谱遥感应用. 高林,杨贵军,李长春,冯海宽,徐波,王磊,董锦绘,付奎. 2017

[4]基于高光谱的水稻土有机质含量估算研究. 卢岩,郭斗斗,孙成明,刘涛,陈瑛瑛,武威. 2014

[5]不同利用方式下土壤有机质和全磷的可见近红外高光谱反演. 薛利红,周鼎浩,李颖,杨林章. 2014

[6]应用波段深度分析和偏最小二乘回归的冬小麦生物量高光谱估算. 付元元,王纪华,杨贵军,宋晓宇,徐新刚,冯海宽. 2013

[7]基于高光谱数据的高寒草地土壤有机碳预测模型研究. 崔霞,宋清洁,张瑶瑶,胥刚,孟宝平,高金龙. 2017

[8]干贝水分含量可视化检测方法的研究. 黄慧,沈晔,郭乙陆,王杭州,詹舒越,杨萍,宋宏,何勇. 2017

[9]基于可见–近红外光谱的水稻土全磷反演研究. 周鼎浩,薛利红,李颖,杨林章. 2014

[10]胡杨叶片水分含量的近红外光谱检测. 白铁成,王亚明,张楠楠,姚娜,喻彩丽,王兴鹏. 2017

[11]基于高光谱特征参数优选的土壤盐分含量建模及其验证. 李志,苏武峥,李新国,王银方,毛东雷,麦麦提吐尔逊·艾则孜. 2021

[12]玉米子粒粗蛋白近红外模型的建立. 于翠红,樊翠芹,张丽,徐俊杰,刘朝芳,蒋春志,唐晓东. 2019

[13]‘富士’苹果品质与果实矿质元素含量的关联性分析（英文）. 张强,李兴亮,李民吉,周贝贝,张军科,魏钦平. 2017

[14]基于玉米叶片光谱特征的土壤无机氮含量估算模型的建立与验证. 张银杰,王磊,白由路,杨俐苹,卢艳丽,孙艳敏,张静静,李格. 2020

[15]基于高光谱的柑橘叶片钾含量快速诊断模型. 李勋兰,王武,杨蕾,韩国辉,杨海健,洪林. 2019

[16]基于SVR和PLSR的土壤有机质高光谱估测模型研究. 沈兰芝,高懋芳,闫敬文,姚艳敏. 2019

[17]影响普洱熟茶香气品质的关键香气成分分析. 吕海鹏,张悦,杨停,施江,林智. 2015

[18]基于小波分析的马铃薯地上生物量估算. 刘杨,孙乾,冯海宽,杨福芹. 2021

[19]利用无人机高光谱估算冬小麦叶绿素含量. 冯海宽,陶惠林,赵钰,杨福芹,樊意广,杨贵军. 2022

[20]橡胶树细胞悬浮系电激转化体系的初步研究. 肖成江,程汉,祝建顺,安泽伟,黄华孙. 2011

作者其他论文 更多>>

微信小程序