基于双层神经网络与gis可视化的土壤重金属污染评价

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1、第26卷第4期农业工程学报Vol.26No.41622010年4月TransactionsoftheCSAEApr.2010基于双层神经网络与GIS可视化的土壤重金属污染评价1,21※34王芬，彭国照，蒋锦刚，孔维娟（1．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—都江堰、崇州、新都等15地土壤的重金属元素取样检

2、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

3、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可视化的土壤重金属污染评价[J].农业工程学报，2010，26(4)：162－168.WangFen,PengGuozhao,JiangJin’gang,etal.Pollutionassessmentofheavymetalsbasedondouble-layerBPNNandGISvisualization[J].TransactionsoftheCSAE,2010,26(4):16

4、2－168.(inChinesewithEnglishabstract)文在野外系统采样和测试分析的基础上，通过BP（back0引言propagation）神经网络对分析数据加密插值，采用双层组川芎是知名的四川名贵中药材之一，川西平原的都合神经网络和GIS空间分析技术综合评价川芎主产区土江堰市、崇州等地是川芎的主产区。随着中药产业化步壤重金属污染情况，降低成本，提高评价准确度，旨在伐加快，川芎的国内外需求逐年增加，具有较高的经济为川芎主产区的污染防治提供依据。价值。但是近年来各国出台严格的生药重金属许可标准，1材料与方法对

5、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1.1材料来源[1]含量直接与产品中的重金属含量密切相关。但是目前在成都平原川芎主产区的都江堰、崇州、新都、彭对川芎产区土壤中重金属污染研究还很少，在一定程度州等地选择不同土壤点15个，结合地形图和川芎产地分上影响了优质川芎的生产布局，也影响了川芎产业的布信息进行均匀布点。实际采样时用GPS确定各取样点发展。的经纬度和海拔位置，土样送四川省农业厅土肥站进行随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质种类、对川芎品质有重要影响的Pb、As、

6、Cr、Hg、Cu和Cd[9-11]数量的增加，土壤重金属污染日益严重。土壤中有害重6个元素的化验分析。利用GIS系统的空间分析技术金属积累到一定程度，不仅会导致土壤退化，农作物产分析6个元素的分布特征。量和品质下降，而且还能直接毒害植物或通过食物链途15个实际采样点不足以进行准确的空间分析，为了径危害人体健康。近几年国内外学者针对不同地区已进有效提高分析数据的信息量，提高重金属综合评价及其[2-8]行了很多土壤环境调查及质量评价方面的研究工作。空间分析精度，本文采用BP神经网络的方法对数据进行主要研究方法为有针对性的从野外采

7、集样品，实验室分加密插值。析重金属含量的基础上，采用污染指数等方法进行土壤1.2方法环境评价，分析土壤环境污染状况和可能的污染源。本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，包括单因子污染指收稿日期：2009-03-02修订日期：2010-2-28[12][13]基金项目：四川省气象局重点科研课题（2008-07）数法和多因子污染指数法。内梅罗指数法是用得较作者简介：王芬（1982－），女，福建浦城人，研究方向为气候与生态环多的多因子指数法。由于地域差异等各种因素的影响

8、，境。成都成都市温江区气象局，611130。Email:wangfen909@chinaren.com污染指数法没有统一的评价标准。通常进行土壤环境质※通信作者：彭国照（1958－），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量评价