基于遙感測繪技術(shù)的土地重度污染區(qū)域檢測方法研究

孫棟

關(guān)鍵詞：遙感測繪技術(shù)；土地重度污染；污染區(qū)域檢測；檢測準確度

中圖分類號：X830.3 文獻標志碼：B

前言

土地的重度污染會嚴重影響土地資源的利用率，并會造成地下水污染，同時對人類的健康和周圍生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生危害。因此，土地重度污染區(qū)域的檢測是亟待解決的重要問題。文獻[1]提出基于決策樹模型的污染區(qū)域檢測方法，其通過圖像描述符對污染區(qū)域與良好區(qū)域進行分割，并建立識別模型，將實測污染數(shù)據(jù)輸入模型中以實現(xiàn)污染區(qū)域的劃分。但該方法無法克服區(qū)域的同分布噪聲，且檢測數(shù)據(jù)的處理分析主要依靠人工完成，導(dǎo)致最終檢測效果并不理想；文獻[2]提出基于空間聚類的污染區(qū)域識別方法，該方法通過對初步獲取的區(qū)域污染信息數(shù)據(jù)進行聚類分析，對背景電阻率差異值較大的數(shù)據(jù)進行最小二乘擬合，并結(jié)合污染指數(shù)序列的高階頻譜特征，提取污染區(qū)域邊界。但此方法具有較大的時滯性，且計算復(fù)雜度較高，分類精度還有待提高。

基于以上分析，文章以遙感測繪技術(shù)為核心，針對土地重度污染區(qū)域檢測問題，設(shè)計了一種新穎的檢測方法，以期為科學合理地制定區(qū)域土地質(zhì)量管理體系提供參考。

1土地重度污染區(qū)域檢測方法設(shè)計

綜上所述，采用遙感測繪方法搜索到土壤重度污染區(qū)域的全局最優(yōu)位置，最終求取到土壤污染區(qū)域與良好區(qū)域的邊界，至此實現(xiàn)土壤重度污染區(qū)域的準確檢測。

2實驗論證

2.1實驗準備

為了評估所提出的方法對實際污染場地的重污染區(qū)域的檢測效果，選擇某耕地區(qū)域作為案例研究。該場地由垃圾填埋場、物化處理廠以及其他附屬設(shè)施組成。填埋場位于地下3.5 m深處，占地26.3 m²，垂直高度8m。填埋區(qū)可分為三部分：重金屬污染區(qū)、兩性污染區(qū)和其他污染區(qū)。其中重金屬主要為鉻、砷、鎳和鎘。污染區(qū)質(zhì)心坐標為（28 m，1.8 m）。土壤背景電阻率為100Ω·m，污染區(qū)電阻率為20、15、25、32和18Ω·m；相應(yīng)的源區(qū)電阻率與背景電阻率的比值分別為5%、10%、45%、67%和83%。采用Landsat主題成像儀獲取研究區(qū)域影像，采集與測繪區(qū)域的污染信息，設(shè)置遙感測繪的基本參數(shù)，其中波段數(shù)量為7個，空間辨識率為120 m，掃描范圍為200 km，傳感器數(shù)量為6個，重采樣方式為16 bitGeotiff，運行周期為60 min，側(cè)視角為-27°～+30°。在其垃圾填埋場東側(cè)邊界線設(shè)置兩條測量線，并根據(jù)布設(shè)的測量線和圖像控制點，利用陸地衛(wèi)星成像設(shè)備采集和處理研究區(qū)域污染信息，具體見圖2。

為使提出的方法對于污染區(qū)域檢測具有良好的適應(yīng)能力，采用污染數(shù)據(jù)仿真方法，將實測得到的污染信息與模擬污染信息相結(jié)合，按照PAS數(shù)據(jù)集格式自建數(shù)據(jù)庫。將利用遙感測繪技術(shù)得到的326張可見光圖像與模擬數(shù)據(jù)依據(jù)1：2的比例劃分訓(xùn)練集與測試集，并將初始靜態(tài)參數(shù)范圍設(shè)置為0.8～1.5。

2.2污染區(qū)域檢測結(jié)果分析

利用文章設(shè)計的方法對研究區(qū)域的土壤重度污染區(qū)域進行識別與檢測，計算出檢測區(qū)域的橫縱坐標范圍和質(zhì)心坐標與實際值之間的誤差，由此評估所提方法的檢測效果。檢測及對比結(jié)果見表1。

由表1中數(shù)據(jù)可知，利用文章方法對污染區(qū)域進行檢測后，識別出的污染區(qū)域?qū)挾鹊淖畲笃屏繛?.28 m，高度的最大偏移量為0.27 m，質(zhì)心偏移量的范圍為0.08～0.27 m。所得結(jié)果的偏移值均在0.3以下，表明檢測出的污染區(qū)域位置與實際位置較為接近，檢測準確度較高，檢測效果較好。

2.3檢測準確度對比實驗分析

為進一步評估文章方法的檢測性能，對不同電阻率的6組仿真數(shù)據(jù)分別采用文獻[1]基于決策樹模型（方法1）、文獻[2]基于空間聚類（方法2）與文章方法進行污染區(qū)域檢測，并引入標準互信息系數(shù)來評價不同方法的檢測效果。對比結(jié)果見圖3。

如圖3所示，在區(qū)域電阻率不同條件下，分別采用對比方法與文章方法對場地重度污染區(qū)域進行檢測，其中文章方法的監(jiān)測效果最優(yōu)，通過計算得出的互信息系數(shù)始終控制在0.90以上，說明文章方法對于污染區(qū)域的檢測識別具有較高的準確度。方法1由于未考慮到地下介質(zhì)對污染擴散范圍的影響，且對于污染物的體積效應(yīng)缺少分析，使得檢測誤差較大；方法2較優(yōu)于方法1，但整體檢測準確性依舊不理想，主要是由于該方法在進行模型反演時對于差別較大的污染區(qū)域電阻率求得的門限值偏高，所以影響了最終的檢測性能。由此可以說明，文章設(shè)計的土地重度污染區(qū)域檢測方法能夠更加準確地檢測出污染區(qū)域，檢測性能更佳。

3結(jié)束語

土地污染嚴重影響土地的利用效果，為了給土地污染修復(fù)治理提供參考依據(jù)，需要對土地重度污染區(qū)域檢測。針對土地重度污染區(qū)域檢測存在的檢測偏差較大的問題，文章結(jié)合遙感測繪技術(shù)研究并設(shè)計了污染區(qū)域檢測方法，該方法通過采集污染信息數(shù)據(jù)與計算污染負荷指數(shù)，選擇合適的采樣頻率將離散的非線性污染信息數(shù)據(jù)進行歸一化處理，解決采集數(shù)據(jù)的離散問題，基于檢測區(qū)域的污染物位置和污染區(qū)域與土壤良好區(qū)域的邊界距離，獲取污染區(qū)域邊界值，實現(xiàn)對污染區(qū)域的識別與檢測。為了驗證該方法的有效性，將其與其他方法進行對比分析，經(jīng)對比實驗結(jié)果表明，所提方法的偏移值均在0.3以下，并且互信息系數(shù)始終控制在0.90以上，說明該方法具備更好的檢測準確性。