(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210699037.2 (22)申请日 2022.06.20 (71)申请人 三峡大学 地址 443002 湖北省宜昌市西陵区大 学路8 号 (72)发明人 肖敏　李泽宇　任东　任顺　熊彪　 孙正　 (74)专利代理 机构 宜昌市三峡专利事务所 42103 专利代理师 易书玄 (51)Int.Cl. G06V 10/44(2022.01) G06V 10/34(2022.01) G06V 10/30(2022.01) G06F 17/16(2006.01)G06F 17/18(2006.01) G06K 9/62(2022.01) G06F 16/29(2019.01) G01N 33/24(2006.01) (54)发明名称 一种农田土壤重金属定性源解析的联用方 法 (57)摘要 本发明公开了一种农田土壤重金属定性源 解析的联用方法， 该方法通过对研究区域内的土 壤重金属浓度数据进行采集和处理， 并分别从点 位超标率计算、 元素同源相关性分析、 主污染源 因子定性以及空间分布多个方向联合进行研究， 从而可以准确实现土壤重金属在空间尺度上的 定性源解析， 便于为定性污染源以及后续防治提 供数据参考。 权利要求书2页 说明书8页 附图4页 CN 115170822 A 2022.10.11 CN 115170822 A 1.一种农田土壤重金属定性源解析的联用方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： S1： 对原始数据进行 预处理， 并进行描述 性统计分析： S101， 划定研究区域， 在研究区域中选择多个采样点进行土壤采样并检测， 获取原始土 壤重金属浓度数据； 通过EXCEL软件对 数据集进 行预处理， 其中缺 失值通过平均值来进 行补 充； S102， 将预处理完成后的数据集导入SPSS软件， 对预处理好的研究区域农田土壤中各 重金属元素的PH值数据和浓度值数据进行描述性统计分析， 计算出各重金属元素的最大 值、 最小值、 平均值、 变异系数、 偏度值和峰度值； S103， 通过历史资料获取研究区域的土壤重金属背景值， 结合研究区域土壤重金属元 素背景值， 计算出各重金属元素的点位超标率， 将各结果数据在Excel软件中进 行汇总并制 成描述性统计分析结果表进行直观展示通过点位超标率反 映研究区域农田土壤受污染程 度以及人为干扰程度； S2： 对数据进行相关性分析： S201， 根据步骤S1中获取的各元素的偏度值和峰度值， 判断数据是否符合正态分布特 征： 若符合正态分布特征， 直接采用Pearson相关性分析法进行相关性分析； 若不符合正态 分布特征， 使用Spearman相关性分析法进行相关性分析； S202， 生成相关系数矩阵， 根据相关系数来判断各重金属元素之间的相 关性并进一步 追溯它们的同源性； S3： 对数据进行主成分 分析： S301， 将步骤S1预处理后的各重金属元素的浓度数据输入到SPSS软件中， 先对数据进 行KMO检验和Bar tlett球形检验， 判断输入的原 始数据是否适 合做因子分析； S302， 判定合格后， 将重金属浓度数据输入SPSS软件进行主成分分析， 经方差最大正交 旋转后， 生成土壤重金属特征值和方差累积贡献率结果表， 定性解析出研究区域主要存在 的污染源因子， 以及每 个污染源因子对不同重金属元 素的贡献值； S4： 进行空间插值并生成重金属元 素空间分布图： S401， 将各土壤样点的经纬度数据以及所对应的各重金属元素的浓度数据输入到 Arcgis软件中， 并利用普通克里金插值法来对研究区域的土壤重金属浓度数据进 行空间插 值并生成土壤重金属元素的空间分布图， 通过空间分布图分析研究区域土壤重金属含量分 布状况； S402， 通过地图软件定位研究区域内主 要潜在污染源的坐标： 对公示的企业生产排放信息进行查询， 对研究区域进行实地调研， 根据企业的生产类 别和生产原料预测其主要排放的重金属种类； 然后借助地图软件获取研究区域内可能造成 重金属污染的工厂、 矿区、 农场和主干道路一类潜在污染源的地理位置信息， 利用Arcgis软 件生成这些潜在污染源的分布图； 并建立对应的潜在污染源与预测的排放重金属种类的数 据库DB1； S5： 结合步骤S1~S4的分析结果， 从数据之间的内在关联、 变异程度和空间分布的角度 联合分析研究区域的土壤重金属污染情况， 并结合当地实地情况， 分析判断出可能的污染 来源， 为研究区域的土壤重金属污染防治提供有效的依据和参 考。 2.根据权利要求1所述的一种农田土壤重金属定性源解析的联用方法， 其特征在于： 步权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115170822 A 2骤S5的具体方法如下： S501， 通过S1中统计的各重金属元素的背景值信息， 与S401中生成的空间插值分布图 进行对比， 判定区域内人为干扰严重的热点区域： 当某重金属元素的空间插值分布图显示其分布并不平缓， 表明该元素在研究区域的空 间变异性较强、 人为干扰较为严重； 将该热点区域与步骤一中变异系 数的分析结果进行对 比验证， 提高结果的准确性； S502， 比对不同元 素的空间插值分布图的热点区域， 选 定同源重金属： 比对不同元素的空间插值分布图的热点区域， 当多种元素在同一片区域呈现出高值 时， 再结合S2~S3中的相关性分析和主成分分析的结果对这些元素进 行比对； 若显示这些元 素之间具有较强的相关性， 且在空间分布上重合度较高， 则利用 “相关性越高， 同源性越强 ” 这一原则， 可以推测 这些元素源自于同一类污染源， 且该类污染源就位于空间插值分布图 所显示的这片高值区域； S503， 结合热点区域与S402的潜在污染源分布图， 进行污染源定位： a. 过图像处理软件， 将S502中选定的同源重金属的热点区域进行重合处理， 得到热点 区域的并集； b. 通过图像处理技术对热点区域进行色块识别和轮廓线绘制， 得到该热点区域在地 图上的轮廓线； c. 通过图像处理软件将轮廓线与S402生成的潜在污染源地理位置分布图进行图层重 叠， 定位该区域内标记的主要潜在污染源的位置及信息， 查询数据库DB1进行分析， 比对潜 在污染源的预测排放重金属与热点区域 实际的重金属元素分布情况， 即可找出该片区域内 针对这些重金属元 素的具有代 表性的污染源； d.结合主成分分析结果显示的可能的污染源因子数， 按照上述方法找出整个研究区域 相应数目的各主 要污染源， 实现对研究区域土壤重金属污染的定性源解析。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115170822 A 3