基于双层神经网络与GIS可视化的土壤重金属污染评价.pdf

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1、第26卷第4期1622010年4月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．26No．4Apr．2010基于双层神经网络与GIS可视化的土壤重金属污染评价王芬1，一，彭国照瞅，蒋锦刚3，孔维娟4(I．中国气象局成都高原气象研究所，成都610071：2。成都市温江区气象局，成都611130：3．成都信息工程学院资源环境学院，成都610225；4．南京大学地理信息科学系，南京210093)摘要；针对土壤重金属污染进行评价，以四川省川芎主产区为例，对川芎主产区一都江堰、崇州、新都等15地土壤的重金属元素取样检测分析，采用双层组合神经网络和GIS空间分析技术综合评价川芎主产区土壤

2、重金属污染。结果表明：研究区大部分区域处于轻度重金属污染状态，处于中度污染状态的区域为崇州、都江堰和彭州。基于双层组合BP神经网络和GIS的研究方法，可以在只具有少量数据的情况下对数据进行比较精确的空间分析，能够在满足一定精度分析的原则下适当的降低采样分析成本，得到比单因子指数评价准确度更高的空间分布图。关键词：神经网络，反向传播，重金属，双层组合，污染评价，川芎，GISdoi：10．3969／j．issn．1002-6819．2010．04．027中图分类号：X825文献标识码：A文章编号：1002．6819(2010)-04—0162—07王芬，彭国照，蒋锦刚，等．基于双层神经网络与GIS

3、可视化的土壤重金属污染评价[J]．农业工程学报，2010，26“)：162—168．WangFen，PengGuozhao，JiangJin’gang，eta1．Pollutionassessmentofheavymetalsbasedondouble-layerBPNNandGISvisualization[J]．TransactionsoftheCSAE，2010，26(4)：162—168．(inChinesewithEnlglisbabstract)0引言川芎是知名的四川名贵中药材之一，川西平原的都江堰市、崇州等地是川芎的主产区。随着中药产业化步伐加快，川芎的国内外需求逐年增加，具有较

4、高的经济价值。但是近年来各国出台严格的生药重金属许可标准，对川芎的出口造成十分不利的影响。中药材中重金属的含量主要来源于种植环境，特别是土壤和水中的重金属含量直接与产品中的重金属含量密切相关【l】。但是目前对川芎产区土壤中重金属污染研究还很少，在一定程度上影响了优质川芎的生产布局，也影响了川芎产业的发展。随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质种类、数量的增加，土壤重金属污染日益严重。土壤中有害重金属积累到一定程度，不仅会导致土壤退化，农作物产量和品质下降，而且还能直接毒害植物或通过食物链途径危害人体健康。近几年国内外学者针对不同地区已进行了很多土壤环境调查及质量评价方面的研究工作【2．s】。主

5、要研究方法为有针对性的从野外采集样品，实验室分析重金属含量的基础上，采用污染指数等方法进行土壤环境评价，分析土壤环境污染状况和可能的污染源。本收稿日期：2009-03-02修订日期：2010-2-28基金项目：四川省气象局重点科研课题(2008-07)作者简介：王芬(1982--)，女，福建浦城人，研究方向为气候与生态环境。成都成都市温江区气象局，611130。Email：wangfen009@chinaren．伽※通信作者：彭国照(1958一)，男，四川遂宁人。正研级高级工程师，主要从事农业环境和农业气候资源开发研究。成都中国气象局成都高原气象研究所6100／1．Email：础0567@12

6、6．嗍文在野外系统采样和测试分析的基础上，通过BP(backpropagation)神经网络对分析数据加密插值，采用双层组合神经网络和GIS空间分析技术综合评价川芎主产区土壤重金属污染情况，降低成本，提高评价准确度，旨在为川芎主产区的污染防治提供依据。1材料与方法1．1材料来源在成都平原川芎主产区的都江堰、崇州、新都、彭州等地选择不同土壤点15个，结合地形图和川芎产地分布信息进行均匀布点。实际采样时用GPS确定各取样点的经纬度和海拔位置，土样送四川I省农业厅土肥站进行对川芎品质有重要影响的Pb、缸、Cr、Hg、Cu和Cd6个元素的化验分析。利用GIS系统【9-n】的空间分析技术分析6个元素的分

7、布特征。15个实际采样点不足以进行准确的空间分析，为了有效提高分析数据的信息量，提高重金属综合评价及其空间分析精度，本文采用BP神经网络的方法对数据进行加密插值。1．2方法1．2．1传统指数评价法对土壤环境质量进行评价时所采取的评价方法较多，用的较多的主要有污染指数法，包括单因子污染指数法㈣和多因子污染指数法【13】。内梅罗指数法是用得较多的多因子指数法。由于地域差异等各种因素的影响，污染指数法没