地质工程勘测中土壤污染实时监测方法研究

地质工程勘测中土壤污染实时监测方法研究

王丽欣

辽宁省物测勘查院有限责任公司 辽宁省沈阳市 110000

摘要:土壤作为农业生产的主要资源，是动植物生存的基本条件。由于地质工程勘察工作，土壤中重金属的含量逐渐升高，导致重金属污染。重金属很容易在土壤中被植物吸收，危害人类健康。在地质工程勘察中，对土壤污染进行实时监测有着非常关键的意义。利用嵌入式技术、传感器和智能芯片等技术进行土壤污染监测，在国外已获得了成功。我国也研究出相对成熟的监测技术，如基于聚类分析的优先污染物监测方法，可以及时、精准地对污染物进行监测；采用神经网络模型的监测方法，可以对土壤污染进行预测。

前言

土壤作为生态环境系统构成的关键要素之一，也是各种产业发展的重要保障，土壤系统的稳定性直接影响到人们的生产生活以及工业发展的情况，直接关系到社会的发展进程，所以，科研人员对土壤状况的分析十分重视，这是提高国民经济进步、工业发展的关键步骤，而对土壤状况进行分析是进行土壤状况监测的第一步的内容，详实、科学的土壤监测工作能够为后续土壤状况研究和资源开发提供了参考依据，为我国环境保护工作奠定了坚实的基础。针对地质工程勘察过程中监测对象多、获取土壤参数繁琐而造成勘察区域二次污染的问题，本文提出了地质工程勘察土壤污染实时监测方法研究。

1.1建立监测信道模型

地质学测量中的土壤污染实时监测是通过信道来传送监测信息，信道是传播的通道，在实际传播过程中，传播通道会受到外界的干扰，从而产生路径损耗和噪声干扰。下面给出了路径损耗的定义公式：

公式中J表示路径损耗，Jf表示有效发射路径损耗，Js表示有效接收路径损耗，Gf表示发射功率，Gs表示接收功率，d表示信号传播距离，β表示介电常数。通过式(1)可知，路径损耗与距离的平方成正比，说明减小路径损耗可通过缩短距离实现，因此在土壤污染实时监测方法中，将本地传感器尽可能部署在离信息处理中心近的位置。基于以上内容建立监测土壤污染状态的信道模型。

首先假设监测的区域中可能存在X个污染目标，X是大于等于1的值，污染目标为导致土壤污染的各个重金属及其它因素，可能监测的结果共有2X个，为方便计算，以Ｒi表示，其中i=0，1，2，…，2X－1。监测到第x个目标以Ax表示，若污染目标存在，则Ax=1，若目标没有监测到，则Ax=0。假设监测到目标的可能性为px，x=0，1，…，x－1，则实际观测情况为Ｒi的概率为:

公式中α1=bi(s)，α2=1－bi(x)，bi(x)表示在Ｒi假设下，传感器是否监测到目标Ax的情况。公式中P(Ｒi)满足下列公式。

1.2获取多目标土壤参数融合数据

当监测到的目标X大于等于2时，就是面对多目标的监测。假设Pjx表示传感器j对目标x的检测概率，P'jx表示对目标的虚警概率，检测概率和虚警概率代表的含义分别为:

令bi(x)为Ｒi的第x位二进制值，代表第x个目标是否出现在监测区域的状态，当bi(x)=1时，说明目标x出现在监测区域，反之，bi(x)=0，说明目标x未出现在监测区域。假设信道为瑞利衰落信道，计算出信道的概率密度函数为:

以上融合规则均默认传感器的性能完全一样条件下使用，利用融合规则获取土壤中多目标参数融合数据。方便从多个角度掌握土壤污染实时情况。

1.3提取土壤光谱特征波段

在地质工程勘测中，以重金属污染最为严重，上述过程中获取的融合数据不能显著地体现各重金属污染情况，因此，考虑土壤中重金属对光谱的影响，提取土壤光谱特征波段，建立土壤污染重金属含量与提取的土壤光谱特征波段之间的关系模型。关系模型建立的前提是，以高光谱监测理论为依据，利用各个重金属元素含量与Fe、Mn元素含量的相关性来判断重金属含量数据与高光谱数据关系模型建立条件。相关系数大于0.5说明两者具有强相关性，即可作为建立关系模型的依据。土壤野外实测光谱的范围在350nm～1050nm之间，将相关系数不小于0.5的波段作为关系建模的候选波段，从土壤参数融合数据中提取出土壤重金属各光谱指标特征波段，通过各光谱指标特征波段，确定相关性比较明显的特征波段和范围，再与表中重金属之间的相关系数相结合，确定引起土壤污染的重金属的来源，通过计算获得造成土壤污染的主要重金属的个数，确定主要污染源种类，进而确定土壤中是否存在多种重金属来源于同一种污染源，为地质工程勘测提供有效数据，及时发现土壤污染情况并治理，避免二次污染。至此地质工程勘测中土壤污染实时监测方法设计完成。

3实验前期准备

在土壤污染实时监测方法实验研究中，以某露天矿区为实验地点，该矿区土壤受到不同程度的污染，在实验中，利用 GPS 对土壤采集点进行坐标定位，在矿坑附近的土壤采集。采用五点混合采样法对土壤样本进行采集，以 7 天为一周期，在每个样点分三层采集，深度分别为0 cm ～ 15 cm、15 cm ～ 25 cm、25 cm ～ 40 cm。在各个采样点使用不同的监测方法监测采样点，完成一周期后，采集土壤样本，分析土壤重金属污染情况。采用内梅罗综合污染指数法对比分析不同监测方法造成的土壤污染程度

表 ¹ 基于神经网络模型的监测方法实验结果

结果：文章监测方法结果显示 Hg 在第三层有轻度污染，但是其他重金属在正常范围内。综上所述，设计的土壤污染实时监测方法不存在二次污染的问题，

4结语

在地质工程勘察中，土壤重金属污染是一种隐蔽性强、难以直接检测到的污染物，而重金属污染则是一种危害极大的污染物，并能产生具有毒性的甲基化合物。在地质工程勘察中，对土壤污染进行实时监测非常重要，要实时掌握污染程度和具体情况，及时采取合理的治理措施，避免污染加剧。

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