一种土壤重金属浓度空间分布预测准确性的定量评价方法技术

本发明专利技术实施例提供了一种土壤重金属浓度空间分布预测准确性的定量评价方法，可定量评价基于FPXRF测定数据的空间分布预测准确性。所述方法利用一致性度量CM为评价指标，以自然裂点法为预测结果的污染等级分级方法，以基于实验室测定数据的空间分布预测结果为假设真实情况，对基于FPXRF测定数据的空间分布预测结果进行分析评价，从污染物浓度总体空间分布和不同污染等级空间分布两个角度，定量评价基于FPXRF测定数据的空间分布预测准确性。本发明专利技术所述方法突破了单纯从单点样品角度评价FPXRF准确性和适用性的局限性，提供了从空间分布预测角度评价基于FPXRF测定数据的空间分布预测准确性的有效方法，为全面评价FPXRF准确性和适用性提供理论依据。

【技术实现步骤摘要】
一种土壤重金属浓度空间分布预测准确性的定量评价方法
本专利技术属于土壤污染检测
，特别涉及一种土壤重金属浓度空间分布预测准确性的定量评价方法。
技术介绍
FPXRF(便携式X射线荧光光谱仪)在土壤污染调查中的应用获得迅速发展，利用FPXRF测定土壤重金属浓度数据并进行空间分布预测是污染评价及土壤修复的前提。在土壤污染调查中，往往需要根据FPXRF测定数据分析土壤重金属总体空间分布，并识别重点区域空间位置，划分区域面积和边界，基于FPXRF获得的空间分布预测的准确性直接影响土壤污染调查工作可信度。当前由于基于FPXRF获得的空间分布预测结果与基于化学测定数据空间分布预测结果之间存在差异性，导致重金属总体空间分布及重点区域识别准确性较低。这就限制了FPXRF在土壤污染调查中的适用性。目前还没有针对基于FPXRF获得的空间分布预测准确性进行分析的研究，已有研究只涉及了分析FPXRF测定单点土壤样品重金属浓度的准确性。虽然FPXRF测定单点土壤样品重金属浓度误差是基于FPXRF获得的空间分布预测误差的根本来源，但进行空间分布预测是将样点误差转化为面误差的过程，可以放大或缩小样点误差。因此，从重金属空间分布角度分析基于FPXRF获得的空间分布预测准确性对土壤污染调查具有更深远的意义。现有的空间分布预测准确性评价指标主要有RMSE(均方根误差)、CRD(相对偏差系数)、Kappa系数和OA(总体精度)等。但RMSE、CRD和OA都难以对污染物空间分布情况和具体污染区域识别准确性做出评价，而Kappa系数在理论上存在两个反论，没有被学界完全接受。另外，在土壤污染调查和土壤修复中，往往需要将污染数据进行分级，以确定污染范围，现有空间分布预测准确性评价指标并未涉及。为解决以上问题，需要开发一种从空间分布预测角度，可定量分析基于FPXRF测定数据的空间分布预测准确性的方法，以更加全面评价FPXRF准确性和适用性。
技术实现思路
针对上述现有的土壤污染FPXRF测定数据的空间分布预测准确性评价存在的问题，本专利技术旨在提出一种土壤重金属浓度空间分布预测准确性的评价方法，可从土壤重金属浓度空间分布角度，定量评价基于FPXRF测定数据的空间分布预测准确性。本专利技术的实施例提供一种土壤重金属浓度空间分布预测准确性的定量评价方法，包括步骤如下：步骤1：分别采用实验室化学分析测定和FPXRF测定对土壤重金属浓度进行分析，得到两套土壤重金属浓度数据集；步骤2：对所述两套数据集分别进行空间插值，得到基于实验室测定数据的空间分布图和基于FPXRF测定数据的空间分布图；步骤3：采用自然裂点法将基于实验室化学分析测定数据的空间分布预测结果划分为若干污染等级，并根据各等级的等级断裂点将基于FPXRF测定数据的空间分布预测结果也对应划分出同等数目的污染等级；步骤4：分别将基于实验室测定数据和基于FPXRF测定数据的空间分布图中相同污染等级的图层进行叠加对比，根据两个图层中空间分布一致的面积，计算出各污染等级空间分布一致的程度，给出该污染等级基于FPXRF测定的土壤重金属浓度空间分布的预测准确性的定量评价；步骤5：统计全部污染等级中空间分布一致的总面积，计算出总体的空间分布一致的程度，给出基于FPXRF测定的土壤重金属浓度总体空间分布的预测准确性的定量评价。优选地，所述步骤3中，将基于实验室化学分析测定数据的空间分布预测结果按照自然裂点法分为三个污染等级，根据二个等级断裂点将基于FPXRF测定数据的空间分布预测结果也分为对应的三个污染等级。优选地，采用空间分布一致性度量(ConsistencyMeasure，CM)定量表示两个叠加对比的图层中空间分布一致的程度，CM值的计算公式为：其中：A1和A2分别表示进行叠加对比的两个图层的空间分布面积，A1∩2表示两个图层的空间分布的重叠部分的面积，CM值变化范围从0到1，CM值越大表明两个图层空间分布一致性越高。进一步优选地，设定空间分布一致性度量CM值大于0.8时，基于FPXRF测定数据的空间分布预测结果可信。本专利技术实施例的上述技术方案利用空间分布一致性度量作为评价指标，以自然裂点法作为空间分布预测结果划分方法，分别获得基于实验室测定数据和FPXRF测定数据的空间分布预测结果，从污染物总体空间分布和不同污染等级空间分布两个角度，计算实验室测定数据的预测结果与FPXRF测定数据的预测结果之间的CM值，其有益效果为：从空间分布角度对基于FPXRF测定的土壤重金属数据进行预测准确性定量评价，可以作为单点样品测定效果评价的补充，更加全面的评价FPXRF测定的准确性和适用性；同时，空间分布一致性度量CM和自然裂点法相结合的分析评价结果针对性强，对土壤污染物空间分布调查和污染修复工作具有实际指导意义。附图说明图1为本专利技术实施例提供的土壤重金属浓度空间分布预测准确性的定量评价方法的流程示意图；图2本专利技术实施例提供的评价方法的一致性度量参数CM计算原理示意图，其中，图2a中CM＝0，图2b中0<CM<1.0，图2c中CM＝1.0；图3为本专利技术实施例分别基于实验室和FPXRF测定获得的土壤As浓度空间分布对比图；图4为本专利技术实施例土壤As污染空间分布图，其中，图4a基于实验室化学分析测定，图4b基于FPXRF测定；图5为本专利技术实施例各污染等级下基于实验室和FPXRF测定数据的空间分布叠加对比图，其中，图5a所示为污染等级1的数据，图5b所示为污染等级2的数据，图5c所示为污染等级3的数据。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。针对现有技术空间分布预测准确性评价存在的不足，本专利技术提供了一种可从污染物空间分布角度定量评价FPXRF测定数据空间分布预测准确性的方法，以弥补单纯从单点样品角度评价FPXRF适用性的局限性。当前，在土壤污染调查和土壤修复中，往往需要将污染物按浓度划分为不同等级，确定修复范围和边界。常用的空间分布预测准确性评价方法难以从空间分布角度对预测准确性进行详细描述。因此，本专利技术提出利用空间分布一致性度量CM作为预测准确性定量评价指标。此外，污染物浓度等级划分方式不同，得到的预测准确性也会存在差异。因此，为分析污染总体规律，减少污染等级划分主观因素干扰，本专利技术提出按照自然裂点法对污染浓度数据进行分级。本专利技术的实施例提供一种土壤重金属浓度空间分布预测准确性的定量评价方法，对FPXRF测定数据空间分布预测准确性的定量评价从不同污染等级空间分布和污染物总体空间分布两个方面进行，图1所示为本评价方法的基本流程，具体步骤为：S1：分别采用实验室化学分析测定和FPXRF测定对土壤重金属浓度进行分析，得到两套土壤重金属浓度数据集；S2：对所述两套数据集分别进行空间插值，得到基于实验室测定数据的空间分布图和基于FPXRF测定数据的空间分布图；S3：采用自然裂点法将基于实验室化学分析测定数据的空间分布预测结果划分为若干污染等级，并根据各等级的等级断裂点将基于FPXRF测定数据的空间分布预测结果也对应划分出同等数目的污染等级；S4：分别将基于实验室测定数据和基于FPXRF测定数据的空间分布图中相同污染等级的图层进行叠加对比，根据两个图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种土壤重金属浓度空间分布预测准确性的定量评价方法，其特征在于，包括步骤如下：步骤1：分别采用实验室化学分析测定和FPXRF测定对土壤重金属浓度进行分析，得到两套土壤重金属浓度数据集；步骤2：对所述两套数据集分别进行空间插值，得到基于实验室测定数据的空间分布图和基于FPXRF测定数据的空间分布图；步骤3：采用自然裂点法将基于实验室化学分析测定数据的空间分布预测结果划分为若干污染等级，并根据各等级的等级断裂点将基于FPXRF测定数据的空间分布预测结果也对应划分出同等数目的污染等级；步骤4：分别将基于实验室测定数据和基于FPXRF测定数据的空间分布图中相同污染等级的图层进行叠加对比，根据两个图层中空间分布一致的面积，计算出各污染等级空间分布一致的程度，给出该污染等级基于FPXRF测定的土壤重金属空间分布的预测准确性的定量评价；步骤5：统计全部污染等级中空间分布一致的总面积，计算出总体的空间分布一致的程度，给出基于FPXRF测定的土壤重金属总体空间分布的预测准确性的定量评价。

【技术特征摘要】
1.一种土壤重金属浓度空间分布预测准确性的定量评价方法，其特征在于，包括步骤如下：步骤1：分别采用实验室化学分析测定和FPXRF测定对土壤重金属浓度进行分析，得到两套土壤重金属浓度数据集；步骤2：对所述两套数据集分别进行空间插值，得到基于实验室测定数据的空间分布图和基于FPXRF测定数据的空间分布图；步骤3：采用自然裂点法将基于实验室化学分析测定数据的空间分布预测结果划分为若干污染等级，并根据各等级的等级断裂点将基于FPXRF测定数据的空间分布预测结果也对应划分出同等数目的污染等级；步骤4：分别将基于实验室测定数据和基于FPXRF测定数据的空间分布图中相同污染等级的图层进行叠加对比，根据两个图层中空间分布一致的面积，计算出各污染等级空间分布一致的程度，给出该污染等级基于FPXRF测定的土壤重金属空间分布的预测准确性的定量评价；步骤5：统计全部污染等级中空间分布一...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔鹏炜，雷梅，顾闰尧，郭广慧，陈同斌，
申请(专利权)人：中国科学院地理科学与资源研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11