玉米叶片铜铅污染元素种类光谱判别的EC-PB规则

摘要：

随着人类生活质量的提高,农产品重金属污染问题备受关注.农作物中的重金属元素会通过食物链侵害人体健康,而不同重金属元素对人体毒害差别较大,因此农作物中含有重金属元素的类别识别至关重要.传统重金属元素检测方法存在环节多、耗时长、成本高等缺点,但高光谱遥感技术具有信息使用量大,理化反演能力强,分析速度快,无损监测等优势,逐渐成为农作物重金属污染分析的重要手段之一.以不同CuSO4·5H2 O和Pb(NO3)2浓度梯度土壤胁迫下典型农作物玉米生长的叶片光谱为研究对象,引入光谱包络线去除(CR)、光谱比值(SR)、分数阶微分(FOD)同时结合改进红边比值指数(MSR)构建铜铅元素识别指数(CLI);通过挑选与铜铅元素种类相关性最强的三个分数阶微分阶数的CLI值建立铜铅元素判别特征点(CLDFP);再利用欧式聚类(EC)将训练集样本分为铜污染与铅污染两类并结合圆心连线的垂直平分线(PB),建立基于EC-PB识别铜铅元素种类的二维坐标系下判别规则线(CLDRL)和三维坐标系下判别规则面(CLDRP),从而实现玉米叶片光谱信息的重金属铜铅元素种类准确识别.研究结果表明,CR-SR-FOD光谱变换处理增加了玉米叶片光谱信息与铜铅元素种类之间的相关性;各阶次FOD对应的CLI与铜铅元素种类相关系数各不相同,随着阶次的增加,相关性呈现先递增后递减的趋势,其中相关系数最高的三个阶次分别为1.2阶,0.7阶,1.0阶;在二维坐标系下训练集样本判别正确率为78.95％,验证集样本判别正确率为75.0％;在三维坐标系下训练集样本判别正确率为76.32％,验证集样本判别正确率为75.0％,证明了基于EC-PB构建的二维CLDRL和三维CLDRP光谱判别规则可以有效识别玉米叶片中铜铅污染元素种类.

关键词：光谱分析、玉米叶片、光谱变换、重金属元素识别、欧式聚类、垂直平分线

所属期刊栏目：42

分类号：TP75(遥感技术)

资助基金：国家自然科学基金;中央高校基本科研业务费专项

在线出版日期：2022-10-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：3256-3262