基于内梅罗指数法的污染同构评价模型建立与可视化方法技术

本发明专利技术公开了基于内梅罗指数法的污染同构评价模型建立与可视化方法，涉及土壤重金属污染技术领域，包括以下步骤：S1、通过克里金法空间插值对重金属污染同构评价模型进行计算：首先，输入原始数据，即采样点数据，根据研究区范围以及所需精度，进行格网化处理，本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术采用克里金法对采样点数据进行转化，估计其在地表上的分布，并结合内梅罗指数法，完成成果的高效可视化，利于评价整体重金属污染状况，得出面域优化评价结果，可根据不同的重金属污染指标特性选择合适的插值精度进行评价和预测，形象直观的揭示土壤重金属污染的分布特征、污染趋势预测预警，增强用户与数据、模型之间的交互能力。模型之间的交互能力。模型之间的交互能力。

【技术实现步骤摘要】
基于内梅罗指数法的污染同构评价模型建立与可视化方法


[0001]本专利技术涉及土壤重金属污染
，具体为基于内梅罗指数法的污染同构评价模型建立与可视化方法。

技术介绍

[0002]目前土壤重金属污染具有长期性、累积性、潜伏性和不可逆等特点，这对土壤、地下水、微生物、植物等生态系统构成了严重威胁，是农业可持续发展和环境质量改善面临的重要问题。因此，构建重金属污染评价模型是防治农田土壤重金属污染的重要依据和前提。
[0003]在目前的重金属污染评价模型的研究中，国内外应用较多的土壤重金属评价方法有单因子指数法、内梅罗指数法等。其中，单因子指数法只能体现单因子重金属的污染程度；内梅罗指数法是由单因子污染指数法发展而来，可以综合地反映出不同污染物在土壤中的污染程度，并可以计算得到各单个污染物的污染指数，是一种兼顾平均值或突出最大值的计权型多因子环境质量指数，适合对土壤重金属这类联合污染进行综合评价。在基于内梅罗指数法的重金属污染评价中，大多根据采集点实测数据，结合评价标准直接开展重金属污染评价，且主要对小比例尺进行评价。
[0004]在模型结果可视化方面，目前主要采用国外商业地图或分析软件。
[0005]以往调查评价工作属于小比例尺，样品采集数量有限，受数据可得性限制；由于重金属在土壤中迁移缓慢，在数据分散或难以获取目标点实测值的条件下，依据采样点数据直接开展内梅洛综合评价，无法准确、精细的评价重金属的整体影响效应；数据操作和可调整性较差，不利于评价整体重金属污染状况，也不利于得出面域优化评价结果。因此，有必要对采样点数据进行转化，通过克里金法估计其在地表上的分布，并结合内梅罗指数法，构建面域内的重金属污染同构评价模型。
[0006]在模型结果可视化方面，虽然国外商业软件成熟、优势明显，但也存在一些突出问题，比如核心技术不可控、信息数据安全存在隐患等。采用开源的WebGL技术可以实现真正跨平台，不依赖于任何操作系统，在任何兼容的Web浏览器中渲染高性能的交互式3D和2D图形。
[0007]因此针对以上问题，本专利技术需要设计基于内梅罗指数法的污染同构评价模型建立与可视化方法来解决上述出现的问题。

技术实现思路

[0008]鉴于现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于内梅罗指数法的污染同构评价模型建立与可视化方法，包括以下步骤：
[0009]S1、通过克里金法空间插值对重金属污染同构评价模型进行计算：
[0010]首先，输入原始数据，即采样点数据，根据研究区范围以及所需精度，进行格网化处理；
[0011]然后，进行数据分析，根据采样值是否合乎实际情况，将明显差异点剔除，并通过直方图计算，决定是否对原始数据进行转换，再利用变异函数进行变异函数计算，了解变量的空间结构；
[0012]最后，通过克里金法估计，进行空间插值，计算出规则格网中心点的各参数值；
[0013]S2、通过内梅罗指数法评价模型构建，依据计算出的研究区内各格网中心点的参数值，采用内梅洛指数法进行重金属污染评价；
[0014]S3、对土壤重金属含量进行污染趋势预测预警，包括以下具体步骤：
[0015]S301、土壤重金属含量累计预测预警，根据不同情景，预测土壤重金属含量情况，并根据超标情况做出预警；
[0016]S302、土壤重金属含量超标年限预测，对不同情景的土壤重金属含量超标年限进行预测预警；
[0017]S4、对最终结果进行成果可视化，将公式程序化，并结合开源的WebGL技术，对重金属分布情况、面域污染程度以及污染趋势预测预警情况进行分级显示，完成成果的高效可视化。
[0018]优选的，所述步骤S2中通过内梅罗指数法评价模型构建时具体步骤如下：
[0019]S201、进行单因子指数计算，以重金属含量实测值和评价标准相比除去量纲来计算单因子污染指数；
[0020]S202、进行综合污染指数计算，采用加权计算法来求综合污染指数平均值。
[0021]优选的，所述步骤S201中单因子指数计算公式如下：
[0022]式中：P
i
为重金属元素的污染指数，量纲为1；C
i
为重金属含量值，mg/L；S
I
为土壤环境质量标准值。
[0023]优选的，所述步骤S202中综合污染指数计算方法如下：
[0024][0025]式中：P
综
是综合污染指数；P
imax
为i点污染物单项污染指数中的最大值；为单因子指数平均值；
[0026]不同重金属对土壤环境、生态环境的影响不同，采用加权计算法来求平均值，公式如下：
[0027][0028]权重w按重金属对环境的影响程度分成三类，因一类、二类、三类微量元素环境重要性逐渐下降，分别赋值为3、2、1作为权重。
[0029]优选的，所述步骤S1中的克里金法具体流程如下：导入数据、数据分析、选择适宜方法、计算距离矩阵、计算属性方差、按距离分组、按组统计平均距离和对应平均方差、绘制方差半异云图、绘制经验半变异函数图、拟合理论半变异函数图、计算克里金系数、进行插
值。
[0030]优选的，所述步骤S4中的WebGL可视化渲染流程如下：
[0031](1)缓冲区对象同步向顶点着色器和片元着色器发送下一步指令；
[0032](2)顶点着色器依次按照图元装配、光栅化方向，最终发送至片元着色器；
[0033](3)片元着色器同步接收缓冲区对象和光栅化发送的指令，按照逐片元操作，通过绘图帧缓冲进行执行操作。
[0034]优选的，所述步骤S302、土壤重金属含量超标年限预测中设重金属元素超标年限为t，可得以下结论，
[0035]匀速污染超标年限预测：t＝15(c
‑
a)/(a
‑
b)；
[0036]加速污染超标年限预测：
[0037]优选的，所述步骤S301中设预警等级为Pi，预测年限为Pr，累计年限为T，c为土壤环境质量标准值，a为重金属含量值；b为元素土壤基准值。
[0038]优选的，所述步骤S302中土壤重金属含量超标年限预测时可将土壤的污染过程分为匀速和加速两种情景，并根据超标情况做出预警，通过匀速污染超标年限预测方法、加速污染超标年限预测方法进行对应预警。
[0039]本专利技术具有以下优点和有益效果：本专利技术采用克里金法对采样点数据进行转化，估计其在地表上的分布，并结合内梅罗指数法，构建面域内的重金属污染同构评价模型，可根据不同的重金属污染指标特性选择合适的插值精度进行重金属评价和预测，将公式程序化，并结合开源的WebGL技术，对重金属分布、污染评价以及污染趋势预测预警情况进行分级显示，完成成果的高效可视化，可适配国产操作系统，做到绝对保密，模型具有较高的数据可得性，利于评价整体重金属污染状况，得出面域优化评价结果，可根据不同的重本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于内梅罗指数法的污染同构评价模型建立与可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过克里金法空间插值对重金属污染同构评价模型进行计算：首先，输入原始数据，即采样点数据，根据研究区范围以及所需精度，进行格网化处理；然后，进行数据分析，根据采样值是否合乎实际情况，将明显差异点剔除，并通过直方图计算，决定是否对原始数据进行转换，再利用变异函数进行变异函数计算，了解变量的空间结构；最后，通过克里金法估计，进行空间插值，计算出规则格网中心点的各参数值；S2、通过内梅罗指数法评价模型构建，依据计算出的研究区内各格网中心点的参数值，采用内梅洛指数法进行重金属污染评价；S3、对土壤重金属含量进行污染趋势预测预警，包括以下具体步骤：S301、土壤重金属含量累计预测预警，根据不同情景，预测土壤重金属含量情况，并根据超标情况做出预警；S302、土壤重金属含量超标年限预测，对不同情景的土壤重金属含量超标年限进行预测预警；S4、对最终结果进行成果可视化，将公式程序化，并结合开源的WebGL技术，对重金属分布情况、面域污染程度以及污染趋势预测预警情况进行分级显示，完成成果的高效可视化。2.根据权利要求1所述的基于内梅罗指数法的污染同构评价模型建立与可视化方法，其特征在于，所述步骤S2中通过内梅罗指数法评价模型构建时具体步骤如下：S201、进行单因子指数计算，以重金属含量实测值和评价标准相比除去量纲来计算单因子污染指数；S202、进行综合污染指数计算，采用加权计算法来求综合污染指数平均值。3.根据权利要求2所述的基于内梅罗指数法的污染同构评价模型建立与可视化方法，其特征在于，所述步骤S201中单因子指数计算公式如下：式中：P
i
为重金属元素的污染指数，量纲为1；C
i
为重金属含量值，mg/L；S
I
为土壤环境质量标准值。4.根据权利要求2所述的基于内梅罗指数法的污染同构评价模型建立与可视化方法，其特征在于，所述步骤S202中综合污染指数计算方法如下：式中：P
综
是综合污染指...

【专利技术属性】
技术研发人员：马小计，蒋杏超，张璐，于汧卉，史江臣，张文超，邹春花，孙莎莎，王立同，王明伟，
申请(专利权)人：中色蓝图科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：