基于MATLAB的土壤化學(xué)數(shù)據(jù)處理方法的應(yīng)用研究

陳國強 姚上琴

摘要：將多元統(tǒng)計方法中的典型方法實現(xiàn)Matlab編程，并與Matlab中的三維圖形相匹配，實現(xiàn)多元典型統(tǒng)計方法處理與趨勢面分析，最終對淺層地下水、水中的元素和土壤建立組合求異模型，其分析結(jié)果可在趨勢面顯示，為研究農(nóng)業(yè)地質(zhì)區(qū)域化學(xué)元素提供更快捷方便的方法和工作思路。

關(guān)鍵詞：典型相關(guān)，多元序列，數(shù)據(jù)處理

農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查在近年來越來越受到重視，其對區(qū)域農(nóng)業(yè)環(huán)境的結(jié)構(gòu)調(diào)整、農(nóng)產(chǎn)品選種、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境改善等方面均有貢獻，土壤化學(xué)元素數(shù)據(jù)分析是農(nóng)業(yè)地質(zhì)研究中的重要內(nèi)容。然而隨著當代各方面理論與技術(shù)手段的發(fā)展，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查研究方法已無法滿足當下研究的需求。近年來，區(qū)域地球化學(xué)元素求異分析將數(shù)學(xué)方法、計算機技術(shù)相結(jié)合，極大改進了地球化學(xué)元素求異分析體系，已取得了一些成果[1]。本文提出一種土壤數(shù)據(jù)元素的優(yōu)化分析方法。即利用多元統(tǒng)計中的典型相關(guān)分析方法與趨勢面分析方法相結(jié)合，建立一個非線性數(shù)學(xué)空間分析模型，并基于Matlab語言實現(xiàn)，通過對土壤地球化學(xué)元素處理與分析，判斷區(qū)域土壤化學(xué)元素空間分布特征。

1基本原理

首先將土壤地球化學(xué)數(shù)據(jù)樣品矩陣與坐標矩陣構(gòu)成增廣陣，并進行標準化。構(gòu)建地球化學(xué)元素變量線性組合作為典型變量一，用來表達主礦化因子;同時構(gòu)建平面直角坐標對的多項式，將多項式中各項作為原始變量，作為典型變量二，用以表達元素空間分布結(jié)構(gòu)性。將兩個典型變量在最大相關(guān)原則下求取其典型系數(shù)。 具體公式：

令：研究區(qū)內(nèi)共獲得個樣品，，對于第個樣品（），測得它在某平面直角坐標系中的坐標（），并對每個樣品考察個變量，變量值為（），

對個變量構(gòu)建成線性組合：代表主礦化因子。

用次多項式來刻畫維變量數(shù)據(jù)，對坐標（）進行多項式趨勢面模擬空間展布趨

勢。 用表示各項：

則構(gòu)造典型多項式：

;其中，為待定系數(shù)

（4）基于上述厘定結(jié)果可知，、均為維向量，現(xiàn)應(yīng)對兩類典型多項式組合的最大相關(guān)性進行研究，即需求得兩類典型多項式組合的相關(guān)系數(shù)：

其中：向量與向量之間的相關(guān)系數(shù)

根據(jù)實際需要，可以確定個為典型系數(shù)，選取前個特征值的算數(shù)平方根：

即可得：

為使對擬合得更好，在二者相關(guān)的條件下對作變換：

求得：

其中，考慮，若? ，，則認為是一個礦化因子，主要以元素為主。

因此，主因子表達式為： 為剩余

對每一進行上述計算，可得到個剩余系列，即為個組合異常，為主礦化因子組數(shù)。

2研究區(qū)土壤化學(xué)數(shù)據(jù)處理分析

本文選取3320個土壤化學(xué)樣品，每個樣品含有Cu、Ag、Pb、Zn、Mo共6個元素變量，應(yīng)用基于多元序列典型趨勢面數(shù)據(jù)處理方法，對其進行分析計算。綜合考慮特征值突變點及累計方差貢獻大小選取了2個特征值，確定2個主礦化因子，極大地簡化了原來6個變量計算的繁冗。對元素組合在各個變量上的因子載荷，也就是元素變量線性組合系數(shù)取絕對值后進行排序，選取組合系數(shù)較大的元素作為主礦化因子的主要元素，形成兩個元素組合（F1，F(xiàn)2），并給出解釋。

F1：Cu-Zn-Pb-Mo元素組合：該組合主要出現(xiàn)在華力西期花崗巖區(qū)內(nèi)出現(xiàn)，在侏羅紀火山巖中發(fā)育，在巖漿活動中后期演化過程中分離出來，又經(jīng)火山噴發(fā)作用形成的產(chǎn)物，具有中高溫組合特征。

F2：Mo-Pb-Ag元素組合：該組合主要出現(xiàn)在在華力西期花崗巖與燕山期花崗巖、華力西期花崗巖與侏羅紀火山巖的接觸帶上，部分分布在更新統(tǒng)火山巖區(qū)，是巖漿活動中后期演化產(chǎn)物，屬于典型的中低溫組元素組合。

3結(jié)束語

研究區(qū)主要形成Cu-Zn-Pb-Mo元素組合及Mo-Pb-Ag元素組合，其二者在空間分布上存在差異性特征，說明基于MATLAB的多元序列典型趨勢面數(shù)據(jù)處理方法求得的化學(xué)元素分布信息具有較明顯差異性，反映了該方法對土壤化學(xué)的分布信息具有明顯的分解功能，這是傳統(tǒng)處理方法欠缺的。

參考文獻

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