基于遥感测绘技术的土地重度污染区域检测方法研究

孙栋

关键词：遥感测绘技术；土地重度污染；污染区域检测；检测准确度

中图分类号：X830.3 文献标志码：B

前言

土地的重度污染会严重影响土地资源的利用率，并会造成地下水污染，同时对人类的健康和周围生态环境产生危害。因此，土地重度污染区域的检测是亟待解决的重要问题。文献[1]提出基于决策树模型的污染区域检测方法，其通过图像描述符对污染区域与良好区域进行分割，并建立识别模型，将实测污染数据输入模型中以实现污染区域的划分。但该方法无法克服区域的同分布噪声，且检测数据的处理分析主要依靠人工完成，导致最终检测效果并不理想；文献[2]提出基于空间聚类的污染区域识别方法，该方法通过对初步获取的区域污染信息数据进行聚类分析，对背景电阻率差异值较大的数据进行最小二乘拟合，并结合污染指数序列的高阶频谱特征，提取污染区域边界。但此方法具有较大的时滞性，且计算复杂度较高，分类精度还有待提高。

基于以上分析，文章以遥感测绘技术为核心，针对土地重度污染区域检测问题，设计了一种新颖的检测方法，以期为科学合理地制定区域土地质量管理体系提供参考。

1土地重度污染区域检测方法设计

综上所述，采用遥感测绘方法搜索到土壤重度污染区域的全局最优位置，最终求取到土壤污染区域与良好区域的边界，至此实现土壤重度污染区域的准确检测。

2实验论证

2.1实验准备

为了评估所提出的方法对实际污染场地的重污染区域的检测效果，选择某耕地区域作为案例研究。该场地由垃圾填埋场、物化处理厂以及其他附属设施组成。填埋场位于地下3.5 m深处，占地26.3 m²，垂直高度8m。填埋区可分为三部分：重金属污染区、两性污染区和其他污染区。其中重金属主要为铬、砷、镍和镉。污染区质心坐标为（28 m，1.8 m）。土壤背景电阻率为100Ω·m，污染区电阻率为20、15、25、32和18Ω·m；相应的源区电阻率与背景电阻率的比值分别为5%、10%、45%、67%和83%。采用Landsat主题成像仪获取研究区域影像，采集与测绘区域的污染信息，设置遥感测绘的基本参数，其中波段数量为7个，空间辨识率为120 m，扫描范围为200 km，传感器数量为6个，重采样方式为16 bitGeotiff，运行周期为60 min，侧视角为-27°～+30°。在其垃圾填埋场东侧边界线设置两条测量线，并根据布设的测量线和图像控制点，利用陆地卫星成像设备采集和处理研究区域污染信息，具体见图2。

为使提出的方法对于污染区域检测具有良好的适应能力，采用污染数据仿真方法，将实测得到的污染信息与模拟污染信息相结合，按照PAS数据集格式自建数据库。将利用遥感测绘技术得到的326张可见光图像与模拟数据依据1：2的比例划分训练集与测试集，并将初始静态参数范围设置为0.8～1.5。

2.2污染区域检测结果分析

利用文章设计的方法对研究区域的土壤重度污染区域进行识别与检测，计算出检测区域的横纵坐标范围和质心坐标与实际值之间的误差，由此评估所提方法的检测效果。检测及对比结果见表1。

由表1中数据可知，利用文章方法对污染区域进行检测后，识别出的污染区域宽度的最大偏移量为0.28 m，高度的最大偏移量为0.27 m，质心偏移量的范围为0.08～0.27 m。所得结果的偏移值均在0.3以下，表明检测出的污染区域位置与实际位置较为接近，检测准确度较高，检测效果较好。

2.3检测准确度对比实验分析

为进一步评估文章方法的检测性能，对不同电阻率的6组仿真数据分别采用文献[1]基于决策树模型（方法1）、文献[2]基于空间聚类（方法2）与文章方法进行污染区域检测，并引入标准互信息系数来评价不同方法的检测效果。对比结果见图3。

如图3所示，在区域电阻率不同条件下，分别采用对比方法与文章方法对场地重度污染区域进行检测，其中文章方法的监测效果最优，通过计算得出的互信息系数始终控制在0.90以上，说明文章方法对于污染区域的检测识别具有较高的准确度。方法1由于未考虑到地下介质对污染扩散范围的影响，且对于污染物的体积效应缺少分析，使得检测误差较大；方法2较优于方法1，但整体检测准确性依旧不理想，主要是由于该方法在进行模型反演时对于差别较大的污染区域电阻率求得的门限值偏高，所以影响了最终的检测性能。由此可以说明，文章设计的土地重度污染区域检测方法能够更加准确地检测出污染区域，检测性能更佳。

3结束语

土地污染严重影响土地的利用效果，为了给土地污染修复治理提供参考依据，需要对土地重度污染区域检测。针对土地重度污染区域检测存在的检测偏差较大的问题，文章结合遥感测绘技术研究并设计了污染区域检测方法，该方法通过采集污染信息数据与计算污染负荷指数，选择合适的采样频率将离散的非线性污染信息数据进行归一化处理，解决采集数据的离散问题，基于检测区域的污染物位置和污染区域与土壤良好区域的边界距离，获取污染区域边界值，实现对污染区域的识别与检测。为了验证该方法的有效性，将其与其他方法进行对比分析，经对比实验结果表明，所提方法的偏移值均在0.3以下，并且互信息系数始终控制在0.90以上，说明该方法具备更好的检测准确性。