【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及土壤检测，特别是涉及一种土壤重金属总量和有效态融合检测方法及系统。
技术介绍
1、传统认为重金属污染安全限量值是指土壤中重金属元素总量的含量，但已有研究表明，土壤重金属总量并不能简单地代表土壤污染质量和污染水平，更不能代表被植物所吸收乃至影响动物和人体健康的风险水平，重金属生物环境毒性主要取决于其有效态而不是总量，因此，土壤重金属有效态测量已得到人们越来越多的关注，所以，土壤重金属总量检测有利于土壤重金属污染防控和治理，保护生态环境，而重金属有效态检测有利于土壤重金属污染风险评估和体系构建，保障农作物品质安全，因此，土壤重金属总量和有效态快速精准检测都十分重要。
2、激光诱导击穿光谱(laser inducedbreakdown spectroscopy，libs)技术是一种原子光谱技术，具有样本预处理简单，快速微损，多元素同时分析等优势，有望实现土壤重金属总量和有效态的融合快速精准检测，但正是因为样本预处理简单的特点，不同libs检测样本保留了其特有的元素组成种类和比例，造成了libs检测基质效应。libs检测基质效应是指不同基质中同一元素同一含量却有不同的libs谱线强度，进而降低不同基质中同一元素的libs融合检测精度。土壤物理性质、化学性质、样本预处理方式的不同等均会带来一定的基质效应。因此，在多种土壤类型重金属总量和有效态libs融合检测中，土壤类型的不同和土壤预处理方式的不同(土壤重金属总量和有效态检测有不同的土壤预处理方式)会带来基质效应。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种土壤重金属总量和有效态融合检测方法及系统，实现了土壤重金属总量和有效态的融合精准检测。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种土壤重金属总量和有效态融合检测方法，包括：
4、构建建模集；所述建模集包括多个地区的土壤样本的样本数据，所述样本数据包括输入数据和标签数据；所述输入数据为土壤压片样本的激光诱导击穿光谱时，所述标签数据为对应土壤压片样本的土壤重金属总量，所述输入数据为土壤干渍样本的激光诱导击穿光谱时，所述标签数据为对应土壤干渍样本的土壤重金属有效态含量；
5、对于所述建模集中每个样本数据，对样本数据中激光诱导击穿光谱进行加权和归一化处理，得到加权归一化后的光谱；
6、以加权归一化后的光谱为输入，以对应的标签数据为输出训练神经网络，将训练好的神经网络作为重金属检测模型；
7、将待检测土壤制作成待检测土壤样本，当待检测土壤样本为土壤压片样本时，采用所述重金属检测模型得到所述待检测土壤的土壤重金属总量，当待检测土壤样本为土壤干渍样本时，采用所述重金属检测模型得到所述待检测土壤的土壤重金属有效态含量。
8、可选地，将待检测土壤制作成待检测土壤样本，当待检测土壤样本为土壤压片样本时，采用所述重金属检测模型得到所述待检测土壤的土壤重金属总量，当待检测土壤样本为土壤干渍样本时，采用所述重金属检测模型得到所述待检测土壤的土壤重金属有效态含量，具体包括：
9、获得所述待检测土壤样本的激光诱导击穿光谱，对所述待检测土壤样本的激光诱导击穿光谱进行加权和归一化处理，将得到的加权归一化后的光谱输入所述重金属检测模型，若待检测土壤样本为土壤压片样本，所述重金属检测模型输出土壤重金属总量，若待检测土壤样本为土壤干渍样本，所述重金属检测模型输出土壤重金属有效态含量。
10、可选地，对于所述建模集中每个样本数据，对样本数据中激光诱导击穿光谱进行加权和归一化处理，得到加权归一化后的光谱，具体包括：
11、对于所述建模集中每个样本数据，根据样本数据中激光诱导击穿光谱建立土壤重金属激光诱导击穿光谱反演模型，所述反演模型为偏最小二乘回归反演模型；
12、从所述土壤重金属激光诱导击穿光谱反演模型中提取激光诱导击穿光谱权重，激光诱导击穿光谱权重包括每个激光诱导击穿光谱变量的权重；
13、将每个激光诱导击穿光谱变量的权重取绝对值后添加负号；
14、采用softmax归一化的方法将添加负号后的权重归一化到0值1之间得到加权归一化后的权重；
15、采用加权归一化后的权重对对应激光诱导击穿光谱变量进行加权归一化，得到加权归一化后的光谱。
16、可选地，采用加权归一化后的权重对对应激光诱导击穿光谱变量进行加权归一化，得到加权归一化后的光谱，具体包括：
17、采用公式
18、其中，spectrain表示样本数据i中激光诱导击穿光谱中第n个光谱变量，spectrai'n表示spectrain加权归一化后的光谱中第n个光谱变量，win表示样本数据i中激光诱导击穿光谱中第n个光谱变量的加权归一化权重。
19、可选地，所述神经网络包括依次连接的光谱波长输入层、全连接层和加权输出层，所述全连接层包括并列的五个全连接神经元，各全连接神经元的输入均与所述光谱波长输入层连接，各全连接神经元的输出均与所述加权输出层连接。
20、可选地，所述构建建模集，具体包括：
21、采集不同地区的土壤制备土壤压片样本；
22、采集不同地区的土壤制备土壤干渍样本；所述土壤干渍样本位于粘贴到玻片上的约束圆孔内，所述约束圆孔采集为胶；
23、将激光器设定延时时间为3μs、门宽为17μs且激光烧蚀点在所述土壤压片表面下2mm，采集所述土壤压片样本正面16个不同点位的激光诱导击穿光谱以及反面16个不同点位的激光诱导击穿光谱，得到32个不同点位的激光诱导击穿光谱；将32个不同点位的激光诱导击穿光谱取平均，得到所述土壤压片样本的激光诱导击穿光谱；
24、将激光器设定延时时间为3μs、门宽为17μs且激光烧蚀点在玻片表面下2mm，采集约束圆孔内16个不同点位的激光诱导击穿光谱；将16个不同点位的激光诱导击穿光谱取平均，得到所述土壤干渍样本的激光诱导击穿光谱。
25、可选地，所述土壤重金属总量和所述土壤重金属有效态含量中重金属为镉。
26、可选地，采集不同地区的土壤制备土壤压片样本，具体包括：
27、对于每种地区的土壤粉末：
28、采用cd(no3)2粉末配置出cd浓度为100mg/kg的cd溶液；
29、分别称取9g土壤粉末于各培养皿，得到多个培养皿土壤粉末样本；
30、将cd溶液分别加入各培养皿中，每个培养皿中加入的cd溶液的量不同；
31、将去离子加入各培养皿中，形成土壤悬浮液；
32、将装有土壤悬浮液的各培养皿置于烘箱中，干燥设定时间段，得到各培养皿中的土壤团块；
33、将各培养皿中的土壤团块刮下，放入研磨仪中在40hz下研磨1分钟，得到污染土壤粉末；
34、采用压片磨具将从各培养皿得到的所述污染土壤粉末制作成土壤压片样本。
35、可选地，采集不同地区的土壤制备土壤干渍样本，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种土壤重金属总量和有效态融合检测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的土壤重金属总量和有效态融合检测方法，其特征在于，将待检测土壤制作成待检测土壤样本，当待检测土壤样本为土壤压片样本时，采用所述重金属检测模型得到所述待检测土壤的土壤重金属总量，当待检测土壤样本为土壤干渍样本时，采用所述重金属检测模型得到所述待检测土壤的土壤重金属有效态含量，具体包括：
3.根据权利要求1所述的土壤重金属总量和有效态融合检测方法，其特征在于，对于所述建模集中每个样本数据，对样本数据中激光诱导击穿光谱进行加权和归一化处理，得到加权归一化后的光谱，具体包括：
4.根据权利要求3所述的土壤重金属总量和有效态融合检测方法，其特征在于，采用加权归一化后的权重对对应激光诱导击穿光谱变量进行加权归一化，得到加权归一化后的光谱，具体包括：
5.根据权利要求1所述的土壤重金属总量和有效态融合检测方法，其特征在于，所述神经网络包括依次连接的光谱波长输入层、全连接层和加权输出层，所述全连接层包括并列的五个全连接神经元，各全连接神经元的输入均与所述光谱波长输
6.根据权利要求1所述的土壤重金属总量和有效态融合检测方法，其特征在于，所述构建建模集，具体包括：
7.根据权利要求1所述的土壤重金属总量和有效态融合检测方法，其特征在于，所述土壤重金属总量和所述土壤重金属有效态含量中重金属为镉。
8.根据权利要求6所述的土壤重金属总量和有效态融合检测方法，其特征在于，采集不同地区的土壤制备土壤压片样本，具体包括：
9.根据权利要求6所述的土壤重金属总量和有效态融合检测方法，其特征在于，采集不同地区的土壤制备土壤干渍样本，具体包括：
10.一种土壤重金属总量和有效态融合检测系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种土壤重金属总量和有效态融合检测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的土壤重金属总量和有效态融合检测方法，其特征在于，将待检测土壤制作成待检测土壤样本，当待检测土壤样本为土壤压片样本时，采用所述重金属检测模型得到所述待检测土壤的土壤重金属总量，当待检测土壤样本为土壤干渍样本时，采用所述重金属检测模型得到所述待检测土壤的土壤重金属有效态含量，具体包括：
3.根据权利要求1所述的土壤重金属总量和有效态融合检测方法，其特征在于，对于所述建模集中每个样本数据，对样本数据中激光诱导击穿光谱进行加权和归一化处理，得到加权归一化后的光谱，具体包括：
4.根据权利要求3所述的土壤重金属总量和有效态融合检测方法，其特征在于，采用加权归一化后的权重对对应激光诱导击穿光谱变量进行加权归一化，得到加权归一化后的光谱，具体包括：
5.根据权利要求1所述的土壤重金属总量和有效...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞，李小龙，陈榕钦，游政凯，黄晶，李刚，彭继宇，孔汶汶，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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