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基于可見-近紅外光譜與化學(xué)屬性的土壤來源地判別
關(guān)鍵詞：土壤光譜 化學(xué)屬性 來源地 隨機(jī)森林
摘要：土壤是一種重要的法庭痕跡科學(xué)證據(jù),可提供有價(jià)值的信息,在案件偵破和法庭審理中發(fā)揮關(guān)鍵作用。對(duì)于一個(gè)未知的土樣,怎樣確定其來源地,是一個(gè)值得研究的問題。分別從跨省和省內(nèi)兩種尺度,基于黑龍江、安徽和江蘇三個(gè)省市的土壤可見-近紅外波段光譜以及土壤化學(xué)數(shù)據(jù),采用隨機(jī)森林模型對(duì)土壤樣本的來源地進(jìn)行判別,比較了不同土壤測(cè)定數(shù)據(jù)集及其組合方案的判別效果,并分析了土壤化學(xué)屬性和光譜數(shù)據(jù)在來源地判別中的相對(duì)重要性,以判別正確的樣點(diǎn)占總樣點(diǎn)數(shù)作為驗(yàn)證精度進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果發(fā)現(xiàn):跨省尺度下,光譜主成分和化學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)合建模判別驗(yàn)證精度最佳,為0.92;土壤光譜測(cè)量所需樣品量少,當(dāng)土壤物證材料量少,化學(xué)數(shù)據(jù)難以獲取時(shí),光譜主成分和吸收峰結(jié)合建模驗(yàn)證精度最高,為0.82。省內(nèi)尺度下,依舊是光譜主成分和化學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)合建模精度最佳,為0.83;在化學(xué)數(shù)據(jù)難以獲取時(shí),僅利用光譜主成分與吸收峰也取得了相當(dāng)?shù)木?0.82),可見在省內(nèi)尺度,可以利用光譜來替代化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模判別。計(jì)算兩種尺度下判別因子的重要性發(fā)現(xiàn),跨省尺度下,影響模型判別的化學(xué)數(shù)據(jù)主要是土壤中的全鉀、全磷,光譜數(shù)據(jù)主要是光譜第一主成分以及350~600nm與1800~2100nm波段的吸收峰;省內(nèi)化學(xué)數(shù)據(jù)主要是全磷,光譜數(shù)據(jù)主要是第七主成分與1300~1600nm以及2100~2200nm波段的吸收峰。這表明,利用土壤可見-近紅外光譜與化學(xué)數(shù)據(jù)可以有效地判別土壤的來源地。當(dāng)模型的樣點(diǎn)空間分布范圍有差異時(shí),可以考慮利用不同的判別因子建模和多個(gè)指標(biāo)來評(píng)估判別結(jié)果。
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