專利名稱：基于x射線熒光光譜的不同區(qū)域土壤聚類分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)與環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于χ射線熒光光譜的不同區(qū)域土壤聚類分析方法。
背景技術(shù)：
土壤是一種形態(tài)和演化過(guò)程都十分復(fù)雜的歷史自然綜合體，同時(shí)是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分。土壤因成土過(guò)程中不同的氣候、物理、化學(xué)、生物、母質(zhì)、地形、成土?xí)r間甚至人類活動(dòng)等因素的影響，在空間分布上具有高度的異質(zhì)性。土壤屬性的空間分布特征是農(nóng)田土壤環(huán)境治理、農(nóng)田管理和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要依據(jù)。聚類分析法作為現(xiàn)代多元統(tǒng)計(jì)中的一種模式識(shí)別方法，由于對(duì)土壤評(píng)價(jià)提供了科學(xué)的方法，在土壤科學(xué)研究中被廣泛使用。 馮立孝等選用活性酸、代換酸、水解酸、活性鋁、陽(yáng)離子代換量和鹽基飽和度共6個(gè)因子作為聚類分析的指標(biāo)，對(duì)陜西20個(gè)黃棕壤和黃褐土進(jìn)行聚類分析，取得滿意的分類結(jié)果。吳克寧應(yīng)用模糊聚類對(duì)北亞熱帶過(guò)渡區(qū)-豫南地區(qū)的10個(gè)土壤的5項(xiàng)診斷指標(biāo)進(jìn)行了分析， 并與發(fā)生分類和診斷分類作了比較，比較結(jié)果表明，模糊聚類分析與發(fā)生分類和診斷分類基本吻合。χ射線熒光光譜技術(shù)是一種應(yīng)用廣泛、發(fā)展迅速的現(xiàn)代化儀器分析技術(shù)。其可測(cè)元素范圍廣，包括元素周期表中Z ^ 3 (Li)的所有元素，可測(cè)定濃度范圍寬，檢出限達(dá)10_5 10_9g/g的優(yōu)點(diǎn)，還具有快速準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)單、能同時(shí)測(cè)定多種元素等特點(diǎn)，適合于多種類型的固態(tài)和液態(tài)物質(zhì)的測(cè)定，并易于實(shí)現(xiàn)分析過(guò)程的自動(dòng)化。波長(zhǎng)色散型熒光光譜儀是分光晶體將熒光光速色散后，測(cè)定各種元素的特征χ射線波長(zhǎng)和強(qiáng)度，從而測(cè)定個(gè)元素的含量； 而能量色散型熒光光譜儀是借助高分辨率敏感半導(dǎo)體檢測(cè)器與多道分析器將色散的χ射線熒光按光子能量分離χ-射線光譜線，根據(jù)各元素能量的高低來(lái)測(cè)定各元素。目前，χ射線熒光光譜技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用主要集中于土壤和農(nóng)產(chǎn)品污染監(jiān)測(cè)、農(nóng)產(chǎn)品中微量元素的測(cè)定等領(lǐng)域。另外，由于此類儀器在土壤樣品檢測(cè)過(guò)程中前處理手段簡(jiǎn)單，分析檢測(cè)成本低，檢測(cè)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開發(fā)出一系列便攜式χ射線熒光光譜儀，從而提高了其應(yīng)用的便攜化和實(shí)時(shí)性，更有利于土壤科學(xué)相關(guān)研究的開展。χ射線測(cè)定土壤中金屬元素特別是重金屬元素，由于受到土壤類型、母質(zhì)等因素的影響，部分元素在測(cè)定過(guò)程可能受到干擾，導(dǎo)致對(duì)部分元素的測(cè)定不準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)X射線熒光光譜對(duì)土壤進(jìn)行聚類分析，實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域土壤的定性識(shí)別。可以此為基礎(chǔ)，根據(jù)不同土壤類型建立不同測(cè)定模型，以更利于X 射線測(cè)定土壤中金屬元素時(shí)不受到土壤類型、母質(zhì)等因素對(duì)測(cè)定過(guò)程的干擾，提高部分元素測(cè)定的準(zhǔn)確度。( 二)技術(shù)方案
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于χ射線熒光光譜的不同區(qū)域土壤聚類分析方法，包括以下步驟Sl 采集不同區(qū)域的土壤樣品；S2 采集所述土壤樣品的χ射線熒光光譜；S3 對(duì)所述χ射線熒光光譜進(jìn)行預(yù)處理；S4 利用模式識(shí)別法定性分析預(yù)處理后的χ射線熒光光譜，得到所述不同區(qū)域土壤樣品的相似度。其中，所述步驟S2具體包括對(duì)不同區(qū)域的土壤樣品進(jìn)行風(fēng)干、研磨、過(guò)100目尼龍篩、壓片前處理；采集前處理后的土壤樣品的χ射線熒光光譜。其中，所述步驟S3中預(yù)處理的方式包括信號(hào)校正、背景去除、平滑、噪聲去除中的一種或多種。其中，所述步驟S4中模式識(shí)別法定性分析的方式包括主成分分析法、歐氏距離法、模糊聚類分析法、Back Propagation神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的一種或多種。其中，所述S4中模糊聚類分析法具體包括S4. 1 根據(jù)土壤樣品的兩段不同的χ射線熒光光譜數(shù)據(jù)建立熒光每秒鐘計(jì)數(shù)率與能量值的二維矩陣；S4. 2 根據(jù)公式(a)對(duì)二維矩陣中數(shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；
權(quán)利要求
1.一種基于χ射線熒光光譜的不同區(qū)域土壤聚類分析方法，其特征在于，包括以下步驟51采集不同區(qū)域的土壤樣品；52采集所述土壤樣品的χ射線熒光光譜；53對(duì)所述χ射線熒光光譜進(jìn)行預(yù)處理；54利用模式識(shí)別法定性分析預(yù)處理后的χ射線熒光光譜，得到所述不同區(qū)域土壤樣品的相似度。
2.如權(quán)利要求1所述的基于χ射線熒光光譜的不同區(qū)域土壤聚類分析方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括對(duì)不同區(qū)域的土壤樣品進(jìn)行風(fēng)干、研磨、過(guò)100目尼龍篩、壓片前處理； 采集前處理后的土壤樣品的χ射線熒光光譜。
3.如權(quán)利要求1所述的基于χ射線熒光光譜的不同區(qū)域土壤聚類分析方法，其特征在于，所述步驟S3中預(yù)處理的方式包括信號(hào)校正、背景去除、平滑、噪聲去除中的一種或多種。
4.如權(quán)利要求1所述的基于χ射線熒光光譜的不同區(qū)域土壤聚類分析方法，其特征在于，所述步驟S4中模式識(shí)別法定性分析的方式包括主成分分析法、歐氏距離法、模糊聚類分析法、Back Propagation神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的一種或多種。
5.如權(quán)利要求1所述的基于χ射線熒光光譜的不同區(qū)域土壤聚類分析方法，其特征在于，所述S4中模糊聚類分析法具體包括S4. 1 根據(jù)土壤樣品的兩段不同的χ射線熒光光譜數(shù)據(jù)建立熒光每秒鐘計(jì)數(shù)率與能量值的二維矩陣；S4. 2 根據(jù)公式(a)對(duì)二維矩陣中數(shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；η_(a)，其中_Tix1J-xJ')2x ij _x, = — > Xii 5=1 —-S11 η今…\ n-\η為土壤樣品個(gè)數(shù)，i為土壤樣品編號(hào)，j為χ射線熒光光譜特征峰個(gè)數(shù)； S4. 3 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化值χ'…用公式(b)計(jì)算第i個(gè)與第k個(gè)被分類對(duì)象間的相似系數(shù) r' ik，建立相似矩陣R'，令rik = 0.5+0.5X1·' ik，建立模糊相似矩陣R ； γ、r,r, λS4. 4 計(jì)算R2 = RX R，R4 = R2 χ R2，......，一直到R2k = Rk為止，并將模糊矩陣R變換為模糊等價(jià)矩陣R* ；S4. 5 將模糊等價(jià)矩陣R*中的Zik由大到小排列，依次取λ值，如大于λ，則令Zik 為1;如Zik小于λ，則令!^為…可得到矩陣R\，在矩陣中同一行或同一列為1者應(yīng)劃為同一類；S4. 6:重復(fù)步驟S4. 5，其中取不同的λ值，逐步歸類，得到聚類結(jié)果。
6.如權(quán)利要求1 5任一項(xiàng)所述的基于χ射線熒光光譜的不同區(qū)域土壤聚類分析方法，其特征在于，所述X射線熒光光譜包括能量色散型X射線熒光光譜或波長(zhǎng)色散型X射線熒光光譜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于x射線熒光光譜的不同區(qū)域土壤聚類分析方法，涉及農(nóng)業(yè)與環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟S1采集不同區(qū)域土壤樣品；S2采集所述土壤樣品的x射線熒光光譜；S3對(duì)所述x射線熒光光譜進(jìn)行預(yù)處理；S4利用模式識(shí)別法定性分析預(yù)處理后的x射線熒光光譜，得到所述不同區(qū)域土壤樣品的相似度。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了基于x射線熒光光譜的土壤聚類分析，豐富了土壤聚類分析的研究，對(duì)于受不同區(qū)域土壤母質(zhì)影響的x射線熒光光譜測(cè)定土壤重金屬的方法具有指導(dǎo)意義。
文檔編號(hào)G06K9/62GK102254175SQ20111008669
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者潘立剛, 王紀(jì)華, 陸安祥, 韓平, 馬智宏 申請(qǐng)人:北京市農(nóng)林科學(xué)院