專利名稱：農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊土壤重金屬適宜性測試方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土壤測試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊土壤重金屬適宜性測試方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境隨著耕作模式的轉(zhuǎn)變，農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)施肥量的不斷提高。農(nóng)產(chǎn)品環(huán)境的污染狀況日益加重，尤其是重金屬污染已經(jīng)影響到農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)，對人民生活和健康會造成不可預(yù)計(jì)的嚴(yán)重影響。因此對于農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境，尤其是土壤重金屬的污染監(jiān)測和土壤適宜性測試就顯得更為重要。目前，國外和我國對于土壤測試的標(biāo)準(zhǔn)尚未制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，采用的測試過程和測試方法各種各樣。但對于土壤中重金屬的危害都有一致的共識，對于土壤內(nèi)重金屬的富集作用、空間變異以及遷移機(jī)制都做了深入的研究，這為土壤適宜性的測試奠定了理論基礎(chǔ)。由于土壤性狀和成分的復(fù)雜性，以及土壤內(nèi)相互作用機(jī)制的混沌現(xiàn)象，能夠做出合理和綜合的較好測試實(shí)屬不易。在測試方法上單因子指數(shù)法，綜合因子指數(shù)法，回歸過量分析， 人工智能，模糊數(shù)學(xué)等方法都有應(yīng)用。由于單因子指數(shù)法、綜合指數(shù)法的論斷確定性，回歸方法的簡單性以及人工智能的不可操作性，導(dǎo)致土壤重金屬適宜性的測試精度較低，已無法滿足需求。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提高土壤重金屬適應(yīng)性的測試準(zhǔn)確性。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊土壤重金屬適宜性測試方法，所述方法包括以下步驟SI :在待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍內(nèi)按照隨機(jī)采樣方式選擇預(yù)設(shè)個(gè)數(shù)的采樣節(jié)點(diǎn)，將所述采樣節(jié)點(diǎn)的耕層土壤分別均勻混合后作為各采樣節(jié)點(diǎn)的混合樣本，對所述混合樣本進(jìn)行土壤重金屬檢測，獲得各采樣節(jié)點(diǎn)的多元數(shù)據(jù)，并記錄所有采樣節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)；S2 :對所述多元數(shù)據(jù)中每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以排除異常數(shù)據(jù)；S3 :對排除了異常數(shù)據(jù)后的多元數(shù)據(jù)中每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行插值擬合，以獲得代表所述待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍的多指標(biāo)評價(jià)數(shù)據(jù)集；S4:根據(jù)所述多指標(biāo)評價(jià)數(shù)據(jù)集確定所述待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍的土壤污染程度。優(yōu)選地,步驟S2具體包括以下步驟S201 :對所述多元數(shù)據(jù)中每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行升序排列，并計(jì)算出每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差；S202 :根據(jù)預(yù)設(shè)的置信水平、以及所述平均值和標(biāo)準(zhǔn)差對所述多元數(shù)據(jù)中每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)做Grubbs數(shù)據(jù)檢驗(yàn)，以排除異常數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，所述置信水平的取值區(qū)間為(0，95)。優(yōu)選地，步驟S3具體包括以下步驟S301 :根據(jù)排除了異常數(shù)據(jù)后的多元數(shù)據(jù)中每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)、以及各采樣節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算所述待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍內(nèi)所有采樣節(jié)點(diǎn)之間的平均理論半變異值；S302 :采用半方差模型與所述平均理論半變異值進(jìn)行擬合，以獲得變程、基臺值和塊金；S303:根據(jù)所述半方差模型、變程、基臺值和塊金分別計(jì)算獲得所述待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍內(nèi)所有采樣節(jié)點(diǎn)之間擴(kuò)展協(xié)方差矩陣和估計(jì)代表點(diǎn)到每個(gè)采樣節(jié)點(diǎn)之間的擴(kuò)展協(xié)方差向量，所述估計(jì)代表點(diǎn)為待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍內(nèi)的幾何中心位置點(diǎn)；S304:根據(jù)所述擴(kuò)展協(xié)方差矩陣和擴(kuò)展協(xié)方差向量計(jì)算擴(kuò)展權(quán)重向量，通過所述擴(kuò)展權(quán)重向量、以及所述排除了異常數(shù)據(jù)后的多元數(shù)據(jù)中每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)計(jì)算獲得所述排除了異常數(shù)據(jù)后的多元數(shù)據(jù)中每項(xiàng)屬性的代表屬性值，并將所述代表屬性值構(gòu)成代表所述待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍的多指標(biāo)評價(jià)數(shù)據(jù)集。優(yōu)選地，步驟S2之前，還包括以下步驟SlOl :對所述多元數(shù)據(jù)中每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行填補(bǔ)空缺值；S102 :對所述多元數(shù)據(jù)中每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行去除重復(fù)值。優(yōu)選地,步驟S4具體包括以下步驟S401 :根據(jù)所述多指標(biāo)評價(jià)數(shù)據(jù)集建立隸屬度模糊矩陣，并通過各種重金屬的危害構(gòu)建綜合權(quán)重向量；S402 :通過所述隸屬度模糊矩陣、以及綜合權(quán)重向量確定所述待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍的土壤污染程度。本發(fā)明還公開了一種農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊土壤重金屬適宜性測試系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括檢測模塊，用于在待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍內(nèi)按照隨機(jī)采樣方式選擇預(yù)設(shè)個(gè)數(shù)的采樣節(jié)點(diǎn)，將所述采樣節(jié)點(diǎn)的耕層土壤分別均勻混合后作為各采樣節(jié)點(diǎn)的混合樣本，對所述混合樣本進(jìn)行土壤重金屬檢測，獲得各采樣節(jié)點(diǎn)的多元數(shù)據(jù)，并記錄所有采樣節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理模塊，用于對所述多元數(shù)據(jù)中每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以排除異常數(shù)據(jù)；插值擬合模塊，用于對排除了異常數(shù)據(jù)后的多元數(shù)據(jù)中每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行插值擬合，以獲得代表所述待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍的多指標(biāo)評價(jià)數(shù)據(jù)集；污染程度確定模塊，用于根據(jù)所述多指標(biāo)評價(jià)數(shù)據(jù)集確定所述待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍的土壤污染程度。(三)有益效果本發(fā)明提供了一套相對于提高區(qū)域地塊土壤重金屬合理測試的數(shù)據(jù)處理流程方法，能夠有效地保證數(shù)據(jù)質(zhì)量的同時(shí)，提高數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確性從而提高了農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊重金屬土壤的測試準(zhǔn)確性。


圖I是按照本發(fā)明一種實(shí)施方式的農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊土壤重金屬適宜性測試方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。圖I是按照本發(fā)明一種實(shí)施方式的農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊土壤重金屬適宜性測試方法的流程圖；參照圖1，本實(shí)施方式的方法包括以下步驟SI :在待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍內(nèi)按照隨機(jī)采樣方式選擇預(yù)設(shè)個(gè)數(shù)的采樣節(jié)點(diǎn)，將所述采樣節(jié)點(diǎn)的耕層土壤(本實(shí)施方式中，選擇深度為O 20cm的耕層土壤)分別均勻混合后作為各采樣節(jié)點(diǎn)的混合樣本，對所述混合樣本進(jìn)行土壤重金屬檢測，獲得各采樣節(jié)點(diǎn)的多元數(shù)據(jù)，并記錄所有采樣節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)；S2 :對所述多元數(shù)據(jù)中每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以排除異常數(shù)據(jù)；各金屬元素含量和土壤理化參數(shù)數(shù)據(jù)多呈對數(shù)正態(tài)分布由于實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)是通過差值平方和進(jìn)行計(jì)算的，異常值的存在可能造成實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)的畸變，因此需要采取剔除異常值的方法排除其對實(shí)驗(yàn)變差函數(shù)穩(wěn)健性的影響。S3 :對排除了異常數(shù)據(jù)后的多元數(shù)據(jù)中每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行插值擬合，以獲得代表所述待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍的多指標(biāo)評價(jià)數(shù)據(jù)集；S4:根據(jù)所述多指標(biāo)評價(jià)數(shù)據(jù)集確定所述待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍的土壤污染程度。優(yōu)選地,步驟S2具體包括以下步驟S201 :對所述多元數(shù)據(jù)中每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行升序排列，并計(jì)算出每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差；定義所述多元數(shù)據(jù)中單項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)為序列X
權(quán)利要求
1.一種農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊土壤重金屬適宜性測試方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟51:在待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍內(nèi)按照隨機(jī)采樣方式選擇預(yù)設(shè)個(gè)數(shù)的采樣節(jié)點(diǎn)，將所述采樣節(jié)點(diǎn)的耕層土壤分別均勻混合后作為各采樣節(jié)點(diǎn)的混合樣本，對所述混合樣本進(jìn)行土壤重金屬檢測，獲得各采樣節(jié)點(diǎn)的多元數(shù)據(jù)，并記錄所有采樣節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)；52:對所述多元數(shù)據(jù)中每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以排除異常數(shù)據(jù)；53:對排除了異常數(shù)據(jù)后的多元數(shù)據(jù)中每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行插值擬合，以獲得代表所述待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍的多指標(biāo)評價(jià)數(shù)據(jù)集；S4:根據(jù)所述多指標(biāo)評價(jià)數(shù)據(jù)集確定所述待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍的土壤污染程度。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟S2具體包括以下步驟5201:對所述多元數(shù)據(jù)中每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行升序排列，并計(jì)算出每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差；5202:根據(jù)預(yù)設(shè)的置信水平、以及所述平均值和標(biāo)準(zhǔn)差對所述多元數(shù)據(jù)中每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)做Grubbs數(shù)據(jù)檢驗(yàn)，以排除異常數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述置信水平的取值區(qū)間為(0，95)。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟S3具體包括以下步驟5301:根據(jù)排除了異常數(shù)據(jù)后的多元數(shù)據(jù)中每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)、以及各采樣節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算所述待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍內(nèi)所有采樣節(jié)點(diǎn)之間的平均理論半變異值；5302:采用半方差模型與所述平均理論半變異值進(jìn)行擬合，以獲得變程、基臺值和塊金；S303:根據(jù)所述半方差模型、變程、基臺值和塊金分別計(jì)算獲得所述待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍內(nèi)所有采樣節(jié)點(diǎn)之間擴(kuò)展協(xié)方差矩陣和估計(jì)代表點(diǎn)到每個(gè)采樣節(jié)點(diǎn)之間的擴(kuò)展協(xié)方差向量，所述估計(jì)代表點(diǎn)為待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍內(nèi)的幾何中心位置點(diǎn)；S304:根據(jù)所述擴(kuò)展協(xié)方差矩陣和擴(kuò)展協(xié)方差向量計(jì)算擴(kuò)展權(quán)重向量，通過所述擴(kuò)展權(quán)重向量、以及所述排除了異常數(shù)據(jù)后的多元數(shù)據(jù)中每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)計(jì)算獲得所述排除了異常數(shù)據(jù)后的多元數(shù)據(jù)中每項(xiàng)屬性的代表屬性值，并將所述代表屬性值構(gòu)成代表所述待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍的多指標(biāo)評價(jià)數(shù)據(jù)集。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟S2之前，還包括以下步驟5101:對所述多元數(shù)據(jù)中每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行填補(bǔ)空缺值；5102:對所述多元數(shù)據(jù)中每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行去除重復(fù)值。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟S4具體包括以下步驟S401 :根據(jù)所述多指標(biāo)評價(jià)數(shù)據(jù)集建立隸屬度模糊矩陣，并通過各種重金屬的危害構(gòu)建綜合權(quán)重向量；S402 :通過所述隸屬度模糊矩陣、以及綜合權(quán)重向量確定所述待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍的土壤污染程度。
7.一種農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊土壤重金屬適宜性測試系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括檢測模塊，用于在待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍內(nèi)按照隨機(jī)采樣方式選擇預(yù)設(shè)個(gè)數(shù)的采樣節(jié)點(diǎn)，將所述采樣節(jié)點(diǎn)的耕層土壤分別均勻混合后作為各采樣節(jié)點(diǎn)的混合樣本，對所述混合樣本進(jìn)行土壤重金屬檢測，獲得各采樣節(jié)點(diǎn)的多元數(shù)據(jù)，并記錄所有采樣節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理模塊，用于對所述多元數(shù)據(jù)中每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以排除異常數(shù)據(jù)；插值擬合模塊，用于對排除了異常數(shù)據(jù)后的多元數(shù)據(jù)中每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行插值擬合，以獲得代表所述待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍的多指標(biāo)評價(jià)數(shù)據(jù)集；污染程度確定模塊，用于根據(jù)所述多指標(biāo)評價(jià)數(shù)據(jù)集確定所述待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍的土壤污染程度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊土壤重金屬適宜性測試方法及系統(tǒng)，涉及土壤測試技術(shù)領(lǐng)域，所述方法包括S1按照隨機(jī)采樣方式選擇預(yù)設(shè)個(gè)數(shù)的采樣節(jié)點(diǎn)，獲得各采樣節(jié)點(diǎn)的多元數(shù)據(jù)，并記錄所有采樣節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)；S2對多元數(shù)據(jù)中每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以排除異常數(shù)據(jù)；S3對每項(xiàng)屬性的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行插值擬合，以獲得代表待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍的多指標(biāo)評價(jià)數(shù)據(jù)集；S4根據(jù)多指標(biāo)評價(jià)數(shù)據(jù)集確定待測農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊范圍的土壤污染程度。本發(fā)明中提供了一套相對于提高區(qū)域地塊土壤重金屬合理測試的數(shù)據(jù)處理流程方法，能夠有效地保證數(shù)據(jù)質(zhì)量的同時(shí)，提高數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確性從而提高了農(nóng)業(yè)區(qū)域地塊重金屬土壤的測試準(zhǔn)確性。
文檔編號G01N33/24GK102590473SQ20121002033
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月29日
發(fā)明者馮娟, 劉剛, 詠梅, 王圣偉 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)