基于遙感測繪技術的土地重度污染區域檢測方法研究

孫棟

關鍵詞：遙感測繪技術；土地重度污染；污染區域檢測；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環境產生危害。因此，土地重度污染區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域檢測方法，其通過圖像描述符對污染區域與良好區域進行分割，并建立識別模型，將實測污染數據輸入模型中以實現污染區域的劃分。但該方法無法克服區域的同分布噪聲，且檢測數據的處理分析主要依靠人工完成，導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域識別方法，該方法通過對初步獲取的區域污染信息數據進行聚類分析，對背景電阻率差異值較大的數據進行最小二乘擬合，并結合污染指數序列的高階頻譜特征，提取污染區域邊界。但此方法具有較大的時滯性，且計算復雜度較高，分類精度還有待提高。

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

1土地重度污染區域檢測方法設計

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

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域的檢測效果，選擇某耕地區域作為案例研究。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。填埋區可分為三部分：重金屬污染區、兩性污染區和其他污染區。其中重金屬主要為鉻、砷、鎳和鎘。污染區質心坐標為（28 m，1.8 m）。土壤背景電阻率為100Ω·m，污染區電阻率為20、15、25、32和18Ω·m；相應的源區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域影像，采集與測繪區域的污染信息，設置遙感測繪的基本參數，其中波段數量為7個，空間辨識率為120 m，掃描范圍為200 km，傳感器數量為6個，重采樣方式為16 bitGeotiff，運行周期為60 min，側視角為-27°～+30°。在其垃圾填埋場東側邊界線設置兩條測量線，并根據布設的測量線和圖像控制點，利用陸地衛星成像設備采集和處理研究區域污染信息，具體見圖2。

為使提出的方法對于污染區域檢測具有良好的適應能力，采用污染數據仿真方法，將實測得到的污染信息與模擬污染信息相結合，按照PAS數據集格式自建數據庫。將利用遙感測繪技術得到的326張可見光圖像與模擬數據依據1：2的比例劃分訓練集與測試集，并將初始靜態參數范圍設置為0.8～1.5。

2.2污染區域檢測結果分析

利用文章設計的方法對研究區域的土壤重度污染區域進行識別與檢測，計算出檢測區域的橫縱坐標范圍和質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。檢測及對比結果見表1。

由表1中數據可知，利用文章方法對污染區域進行檢測后，識別出的污染區域寬度的最大偏移量為0.28 m，高度的最大偏移量為0.27 m，質心偏移量的范圍為0.08～0.27 m。所得結果的偏移值均在0.3以下，表明檢測出的污染區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組仿真數據分別采用文獻[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域檢測，并引入標準互信息系數來評價不同方法的檢測效果。對比結果見圖3。

如圖3所示，在區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域進行檢測，其中文章方法的監測效果最優，通過計算得出的互信息系數始終控制在0.90以上，說明文章方法對于污染區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對污染擴散范圍的影響，且對于污染物的體積效應缺少分析，使得檢測誤差較大；方法2較優于方法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，文章設計的土地重度污染區域檢測方法能夠更加準確地檢測出污染區域，檢測性能更佳。

3結束語

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