CN115935129B

CN115935129B - 一种土壤分尺度重金属浓度值确定方法和装置

Info

Publication number: CN115935129B
Application number: CN202211554850.7A
Authority: CN
Inventors: 徐成东; 沈峰北
Original assignee: Institute of Geographic Sciences and Natural Resources of CAS
Current assignee: Institute of Geographic Sciences and Natural Resources of CAS
Priority date: 2022-12-06
Filing date: 2022-12-06
Publication date: 2023-08-22
Anticipated expiration: 2042-12-06
Also published as: CN115935129A

Abstract

本申请实施例公开了一种土壤分尺度重金属浓度值确定方法和装置，包括：采集多个样本点的重金属浓度值；确定人为分尺度值和自然分尺度值；确定初始多尺度半变异函数，对初始多尺度半变异函数进行拟合，得到多尺度半变异函数；对多个待测点进行遍历，确定第一协方差矩阵和第二协方差矩阵；根据第一协方差矩阵和第二协方差矩阵确定第一拉格朗日参数；确定第三协方差矩阵和第四协方差矩阵；根据第一协方差矩阵、第一拉格朗日参数、第三协方差矩阵和第四协方差矩阵确定人为分尺度权重矩阵和自然分尺度权重矩阵；根据每个样本点的重金属浓度值、人为分尺度权重矩阵和自然分尺度权重矩阵确定当前待测点的人为分尺度和自然分尺度重金属浓度值。

Description

一种土壤分尺度重金属浓度值确定方法和装置

技术领域

本申请涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种土壤分尺度重金属浓度值确定方法和装置。

背景技术

目前对土壤中的重金属浓度值进行确定的方法有反距离加权、样条函数、普通克里金等。而土壤中的重金属浓度值会受到人为和自然等多种不同分尺度下的影响，而目前这些检测方法只能在综合尺度下对重金属浓度值进行确定，无法检测人为和自然分尺度下的重金属浓度值。

发明内容

本申请提供一种土壤分尺度重金属浓度值方法和装置，以解决上述的技术问题。

为此，本申请实施例一方面提供一种土壤分尺度重金属浓度值方法，所述方法包括：

采集目标区域中多个样本点的重金属浓度值；

根据预设的多个范围值、每两个样本点之间的距离、每个样本点的重金属浓度值和半变异函数绘制半变异函数曲线；

确定所述半变异函数曲线的第一预设范围值区间中存在第一变程点，则在第二预设范围值区间中确定出第二变程点，并将第一变程点对应的范围值确定为人为分尺度值，第二变程点对应的范围值确定为自然分尺度值；

根据第一预设值、第二预设值、第三预设值、人为分尺度值、自然分尺度值、多尺度半变异模型和基础半变异函数模型确定初始多尺度半变异函数，并对所述初始多尺度半变异函数进行拟合，得到多尺度半变异函数；

从所述多尺度半变异函数中提取出块金效应值、人为分尺度半变异函数和自然分尺度半变异函数；

对多个待测点进行遍历，根据每两个样本点之间的距离和半变异函数曲线确定第一协方差矩阵，并根据当前待测点与每个样本点之间的距离和半变异函数曲线确定第二协方差矩阵；

根据所述第一协方差矩阵和第二协方差矩阵确定第一拉格朗日参数，并基于所述块金效应值对所述第一拉格朗日参数进行调整，得到调整后的第一拉格朗日参数；

根据当前待测点与每个样本点之间的距离和人为分尺度半变异函数确定第三协方差矩阵，并根据当前待测点与每个样本点之间的距离和自然分尺度半变异函数确定第四协方差矩阵；

根据所述第一协方差矩阵、第一拉格朗日参数、第三协方差矩阵和第四协方差矩阵确定人为分尺度权重矩阵和自然分尺度权重矩阵，所述人为分尺度权重矩阵中包含每个样本点对于当前待测点在人为分尺度上的重金属浓度权重，所述自然分尺度权重矩阵中包含每个样本点对于当前待测点在自然分尺度上的重金属浓度权重；

根据每个样本点的重金属浓度值、人为分尺度权重矩阵和自然分尺度权重矩阵确定当前待测点的人为分尺度重金属浓度值和自然分尺度重金属浓度值；

所述遍历完成后，得到每个待测点的人为分尺度重金属浓度值和自然分尺度重金属浓度值。

本申请实施例另一方面提供一种土壤分尺度重金属浓度值装置，所述装置包括：

采集模块，用于采集目标区域中多个样本点的重金属浓度值；

处理模块，用于根据预设的多个范围值、每两个样本点之间的距离、每个样本点的重金属浓度值和半变异函数绘制半变异函数曲线；

计算模块，用于确定所述半变异函数曲线的第一预设范围值区间中存在第一变程点，则在第二预设范围值区间中确定出第二变程点，并将第一变程点对应的范围值确定为人为分尺度值，第二变程点对应的范围值确定为自然分尺度值；

所述计算模块，还用于根据第一预设值、第二预设值、第三预设值、人为分尺度值、自然分尺度值、多尺度半变异模型和基础半变异函数模型确定初始多尺度半变异函数，并对所述初始多尺度半变异函数进行拟合，得到多尺度半变异函数；

所述处理模块，还用于从所述多尺度半变异函数中提取出块金效应值、人为分尺度半变异函数和自然分尺度半变异函数；

所述计算模块，还用于对多个待测点进行遍历，根据每两个样本点之间的距离和半变异函数曲线确定第一协方差矩阵，并根据当前待测点与每个样本点之间的距离和半变异函数曲线确定第二协方差矩阵；

所述计算模块，还用于根据所述第一协方差矩阵和第二协方差矩阵确定第一拉格朗日参数，并基于所述块金效应值对所述第一拉格朗日参数进行调整，得到调整后的第一拉格朗日参数；

所述计算模块，还用于根据当前待测点与每个样本点之间的距离和人为分尺度半变异函数确定第三协方差矩阵，并根据当前待测点与每个样本点之间的距离和自然分尺度半变异函数确定第四协方差矩阵；

所述计算模块，还用于根据所述第一协方差矩阵、第一拉格朗日参数、第三协方差矩阵和第四协方差矩阵确定人为分尺度权重矩阵和自然分尺度权重矩阵，所述人为分尺度权重矩阵中包含每个样本点对于当前待测点在人为分尺度上的重金属浓度权重，所述自然分尺度权重矩阵中包含每个样本点对于当前待测点在自然分尺度上的重金属浓度权重；

所述计算模块，还用于根据每个样本点的重金属浓度值、人为分尺度权重矩阵和自然分尺度权重矩阵确定当前待测点的人为分尺度重金属浓度值和自然分尺度重金属浓度值；

所述计算模块，还用于所述遍历完成后，得到每个待测点的人为分尺度重金属浓度值和自然分尺度重金属浓度值。

在上述的方案中，通过将预设的多个范围值、目标区域的多个样本点中每两个样本点之间的距离和每个样本点的重金属浓度值代入半变异函数中，绘制出半变异函数曲线。半变异函数曲线能够表征土壤综合尺度的重金属浓度。根据半变异函数曲线，找到半变异函数曲线中的第一变程点和第二变程点。在半变异函数中第一变程点对应的人为分尺度值表征土壤重金属浓度受到人为分尺度影响的范围值，第二变程点对应的自然分尺度值表征土壤重金属浓度受到自然分尺度影响的范围值。因此，根据得到的人为分尺度值、自然分尺度值和第一预设值、第二预设值、第三预设值、多尺度半变异模型、基础半变异函数模型来确定初始多尺度半变异函数，并对初始多尺度半变异函数进行拟合，得到多尺度半变异函数。从多尺度半变异函数中提取出的人为分尺度半变异函数和自然分尺度半变异函数能够准确的表征土壤重金属浓度在人为分尺度上和自然分尺度上的情况。而通过将待测点和每个样本点的数据代入半变异函数中，并将得出的函数值通过计算求解普通克里金来确定出第一拉格朗日参数。基于拟合后的块金效应值对第一拉格朗日参数进行调整，以去除第一拉格朗日参数中块金效应值的影响。将待测点和每个样本点的数据代入人为分尺度半变异函数和自然分尺度半变异函数中，并将得出的函数值通过计算求解因子克里金来确定出每个样本点的重金属浓度值在人为分尺度和自然分尺度上对于待测点的重金属浓度值所占的权重，然后通过每个样本点的重金属浓度值在人为分尺度和自然分尺度上对于待测点的重金属浓度值所占的权重和每个样本点的重金属浓度值来确定出待测点准确的人为分尺度重金属浓度值和自然分尺度重金属浓度值。使得可以通过确定出目标区域的多个待测点的人为分尺度重金属浓度值和自然分尺度重金属浓度值，用于解析目标区域土壤污染的人为成因和自然成因。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1示出了根据本申请的一个实施例的土壤分尺度重金属浓度值确定方法的流程图；

图2示出了根据本申请的一个实施例的半变异函数曲线的示意图；

图3示出了根据本申请的另一个实施例的半变异函数曲线的示意图；

图4示出了根据本申请的另一个实施例的土壤分尺度重金属浓度值确定方法的流程图；

图5示出了根据本申请的另一个实施例的土壤分尺度重金属浓度值确定方法的流程图；

图6示出了根据本申请的一个实施例的土壤分尺度重金属浓度值确定装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了检测人为和自然分尺度下的重金属浓度，本申请一实施例提供了一种土壤分尺度重金属浓度值方法，如图1所示，该方法包括：

步骤101，采集目标区域中多个样本点的重金属浓度值。

重金属的种类可以根据需求进行设置和检测。

例如，目标区域为湖南省某市，通过空间采样方法，从该市的多个样本点的表层土壤进行采集，采集后的土壤通过实验室化学分析，得到每个样本点土壤中的重金属浓度。

步骤102，根据预设的多个范围值、每两个样本点之间的距离、每个样本点的重金属浓度值和半变异函数绘制半变异函数曲线。

半变异函数(也称为半方差函数)是应用于数学建模的一种计算方法，公式为：

其中，γ₁(h)为半变异函数的函数值，h为预设的范围值，N(h)为距离小于等于范围值h的样本点对(即两个不同样本点组成的点对，距离为这两个样本点之间的距离)的数量。Z(X_α)表示在样本点X_α处的重金属浓度。

遍历每个预设的范围值，代入半变异函数中，基于每两个样本点之间的距离、每个样本点的重金属浓度值求出每个预设的范围值对应的函数值。

基于多个预设的范围值和每个预设的范围值对应的函数值绘制出半变异函数曲线。

步骤103，确定所述半变异函数曲线的第一预设范围值区间中存在第一变程点，则在第二预设范围值区间中确定出第二变程点，并将第一变程点对应的范围值确定为人为分尺度值，第二变程点对应的范围值确定为自然分尺度值。

在本实施例中，第一预设范围值区间设置为0km-20km，第二预设范围值区间为50km-100km，变程点指的是在范围值区间内曲线斜率变化最大的点。在其他实施方式中，第一预设范围值区间和第二预设范围值区间可以根据具体需求进行设置。

如图2所示，图2中的曲线为半变异函数曲线，点a为第一预设范围值区间内曲线斜率变化最大的点，说明该半变异函数曲线的第一预设范围值区间中存在第一变程点。点b为第二预设范围值区间内曲线斜率变化最大的点，则将点b确定为第二变程点。点a对应的范围值为10km，点b对应的范围值为70km，则人为分尺度值为10km，自然分尺度值为70km。

在本领域中，半变异函数曲线中存在第一变程点，则说明目标区域中的重金属浓度值受到了人为分尺度的影响。而第一变程点对应的范围值即为人为分尺度能够影响的范围。而第二变程点则对应的范围值为自然分尺度能够影响的范围。

步骤104，根据第一预设值、第二预设值、第三预设值、人为分尺度值、自然分尺度值、多尺度半变异模型和基础半变异函数模型确定初始多尺度半变异函数，并对所述初始多尺度半变异函数进行拟合，得到多尺度半变异函数。

第一预设值、第二预设值和第三预设值均可预先选取随机整数进行设置。

多尺度半变异模型为：

γ₂(h)＝b⁰g⁰+b¹g¹(h)+…+b^ug^u(h)，u＝1，2，...，k。

其中，b⁰g⁰为第一预设值(块金效应值)，g^u(h)表征分尺度u下的基础半变异函数(将具体数据代入基础半变异函数模型中，得到基础半变异函数)，b^u表征对应基础半变异函数的基台值。在本实施例中，存在人为和自然两个分尺度，即k＝2，b¹为第二预设值，b²为第三预设值。

基础半变异函数模型为指数模型：

球状模型：

或

高斯模型：

其中，γ₃(h)为基础半变异函数模型的函数值，C为第二预设值或第三预设值，h为范围值，a为人为分尺度值或自然分尺度值。

基础半变异函数模型可根据需求从这些模型中选取并进行设置。

例如，第一预设值为225.41，第二预设值为355.16，第三预设值为463.15，人为分尺度值为10，自然分尺度值为70，基础半变异函数模型设置为球状模型。将第二预设值和人为分尺度值代入基础半变异函数模型，得到人为分尺度基础半变异函数：

将第三预设值和自然分尺度值代入基础半变异函数模型，得到自然分尺度基础半变异函数：

最后基于第一预设值、人为分尺度基础半变异函数和自然分尺度基础半变异函数确定初始多尺度半变异函数：

其中，γ₄(h)为初始多尺度半变异函数的函数值，h为范围值。

对初始多尺度半变异函数进行拟合，可以使用R语言中RGeostats包中的model.fit函数，也可以使用其他任意拟合的方法。

需要指出的是，初始多尺度半变异函数和拟合后得到的多尺度半变异函数的区别在于函数中第一预设值和人为分尺度基础半变异函数中的基台值和自然分尺度基础半变异函数中的基台值(即初始多尺度半变异函数中的第二预设值和第三预设值)不同。

例如，对上述初始多尺度半变异函数进行拟合后得到多尺度半变异函数为：

其中，γ₅(h)为多尺度半变异函数的函数值，h为范围值。

步骤105，从所述多尺度半变异函数中提取出块金效应值、人为分尺度半变异函数和自然分尺度半变异函数。

此处提取出的块金效应值为拟合后的块金效应值。

例如，对于多尺度半变异函数：

其中，361.13为块金效应值，为人为分尺度半变异函数，/>为自然分尺度半变异函数。

步骤106，对所述多个待测点进行遍历，根据每两个样本点之间的距离和半变异函数曲线确定第一协方差矩阵，并根据当前待测点与每个样本点之间的距离和半变异函数曲线确定第二协方差矩阵。

对所有待测点进行遍历，待测点为目标区域中需要确定土壤重金属浓度值的点。在本实施例中，为了便于描述，将当前遍历到的待测点称为当前待测点。

计算所有两两样本点之间的距离，对这些距离进行遍历，将当前遍历到的两个样本点之间的距离代入半变异函数，得到当前遍历到的两个样本点之间的距离对应的函数值，遍历完成后，得到每两个样本点之间的距离对应的函数值，将这些函数值组成第一协方差矩阵。

例如，有3个样本点，分别为样本点A、样本点B和样本点C，则计算所有两两样本点之间的距离。得到距离AA、AB、AC、BA、BB、BC、CA、CB和CC，将这些距离代入半变异函数，得到这些距离对应的函数值，并将这些函数值组成第一协方差矩阵：

再例如，有3个样本点，3个样本点的坐标分别为(112.4386。E，28.2449。N)、(112.4389。E，28.2420。N)和(112.4408。E，28.1919。N)，求出这3个样本点两两之间的距离，将这些距离分别代入半变异函数，得到这些距离对应的函数值，并将这些函数值组成第一协方差矩阵：

计算当前待测点与每个样本点之间的距离，对这些距离进行遍历，将当前遍历到的距离代入半变异函数，得到当前遍历到的距离对应的函数值，遍历完成后，得到当前待测点与每个样本点之间的距离对应的函数值，将这些函数值组成第二协方差矩阵。

例如，有3个样本点，分别为样本点A、样本点B和样本点C，当前待测点为点D，则计算当前待测点D与每个样本点之间的距离。得到距离AD、BD和CD，将这些距离代入半变异函数，得到这些距离对应的函数值，并将这些函数值组成第二协方差矩阵：

再例如，有3个样本点，3个样本点的坐标分别为(112.4386。E，28.2449。N)、(112.4389。E，28.2420。N)和(112.4408。E，28.1919。N)，当前待测点的坐标为(112.4302。E，28.2419。N)，求出当前待测点与每个样本点之间的距离，将这些距离分别代入半变异函数，得到这些距离对应的函数值，并将这些函数值组成第二协方差矩阵：

步骤107，根据所述第一协方差矩阵和第二协方差矩阵确定第一拉格朗日参数，并基于所述块金效应值对所述第一拉格朗日参数进行调整，得到调整后的第一拉格朗日参数。

将第一协方差矩阵和第二协方差矩阵代入普通克里金矩阵：确定第一拉格朗日参数μ。

其中，W为综合尺度权重矩阵，需要指出的是，在该公式中综合尺度权重矩阵W和第一拉格朗日参数μ均为未知数，C₁为第一协方差矩阵，C₀为第二协方差矩阵，综合尺度权重矩阵中包含每个样本点对于当前待测点在综合尺度上的重金属浓度值权重。

例如，有第一协方差矩阵和第二协方差矩阵/>将两者代入普通克里金矩阵，得到其中，/>为综合尺度权重矩阵W，根据上述公式确定出综合尺度权重矩阵W为/>第一拉格朗日参数μ为20.1261。

此时，得到的第一拉格朗日参数为综合尺度下的参数，是块金效应、人为尺度和自然尺度三部分的拉格朗日参数之和，因此需要去除第一拉格朗日参数中块金效应的影响，以提高后续确定重金属浓度值的准确度。在数值上，块金效应部分的拉格朗日参数等于块金效应值。当多尺度半变异函数中不含有块金效应值时，该部分为零。

例如，上述例子中，第一拉格朗日参数为20.1261，从多尺度半变异函数中提取出的块金效应值为361.13，则将第一拉格朗日参数减去块金效应值，得到调整后的第一拉格朗日参数-341.0019。

利用块金效应值对第一拉格朗日参数进行调整，可以去除第一拉格朗日参数中块金效应值的影响，提高后续确定重金属浓度值的准确度。

步骤108，根据当前待测点与每个样本点之间的距离和人为分尺度半变异函数确定第三协方差矩阵，并根据当前待测点与每个样本点之间的距离和自然分尺度半变异函数确定第四协方差矩阵。

对所有样本点进行遍历，计算当前遍历到样本点与当前待测点的距离，并将该距离代入人为分尺度半变异函数，得到该距离对应的函数值，遍历完成后，得到当前待测点与每个样本点之间的距离对应的函数值，将这些函数值组成第三协方差矩阵。

例如，有3个样本点，分别为样本点A、样本点B和样本点C，当前待测点为点D，则计算当前待测点D与每个样本点之间的距离。得到距离AD、BD和CD，将这些距离代入人为分尺度半变异函数，得到这些距离对应的函数值，并将这些函数值组成第三协方差矩阵。

再例如，有3个样本点，3个样本点的坐标分别为(112.4386。E，28.2449。N)、(112.4389。E，28.2420。N)和(112.4408。E，28.1919。N)，当前待测点的坐标为(112.4302。E，28.2419。N)，将当前待测点与每个样本点之间的距离分别代入人为分尺度半变异函数，得到这些距离对应的函数值，并将这些函数值组成第三协方差矩阵：

对所有样本点进行遍历，计算当前遍历到样本点与当前待测点的距离，并将该距离代入自然分尺度半变异函数，得到该距离对应的函数值，遍历完成后，得到当前待测点与每个样本点之间的距离对应的函数值，将这些函数值组成第四协方差矩阵。

例如，有3个样本点，分别为样本点A、样本点B和样本点C，当前待测点为点D，则计算当前待测点D与每个样本点之间的距离。得到距离AD、BD和CD，将这些距离代入自然分尺度半变异函数，得到这些距离对应的函数值，并将这些函数值组成第四协方差矩阵。

再例如，有3个样本点，3个样本点的坐标分别为(112.4386。E，28.2449。N)、(112.4389。E，28.2420。N)和(112.4408。E，28.1919。N)，当前待测点的坐标为(112.4302。E，28.2419。N)，将当前待测点与每个样本点之间的距离分别代入自然分尺度半变异函数，得到这些距离对应的函数值，并将这些函数值组成第四协方差矩阵：

步骤109，根据所述第一协方差矩阵、第一拉格朗日参数、第三协方差矩阵和第四协方差矩阵确定人为分尺度权重矩阵和自然分尺度权重矩阵，所述人为分尺度权重矩阵中包含每个样本点对于当前待测点在人为分尺度上的重金属浓度权重，所述自然分尺度权重矩阵中包含每个样本点对于当前待测点在自然分尺度上的重金属浓度权重。

将第一协方差矩阵、第一拉格朗日参数、第三协方差矩阵和第四协方差矩阵代入以下公式：确定人为分尺度权重矩阵W¹和自然分尺度权重矩阵W²。

其中，C₁为第一协方差矩阵，μ为第一拉格朗日参数，为第三协方差矩阵，/>为第四协方差矩阵，W¹为人为分尺度权重矩阵，W²为自然分尺度权重矩阵，μ₁为第二拉格朗日参数，μ₂为第三拉格朗日参数，需要指出的是，在该公式中，人为分尺度权重矩阵W¹、自然分尺度权重矩阵W²、第二拉格朗日参数μ₁和第三拉格朗日参数μ₂均为未知数。

例如，第一协方差矩阵为第一拉格朗日参数为-341.0019，第三协方差矩阵为/>第四协方差矩阵为/>代入上述公式得到：

确定出/>即人为分尺度权重矩阵自然分尺度权重矩阵/>

步骤110，根据每个样本点的重金属浓度值、人为分尺度权重矩阵和自然分尺度权重矩阵确定当前待测点的人为分尺度重金属浓度值和自然分尺度重金属浓度值。

将每个样本点的重金属浓度值乘以该样本点在人为分尺度权重矩阵中对应的权重，最后求和，得到当前待测点的人为分尺度重金属浓度值。

例如，对于当前待测点D，有其他三个样本点A、样本点B和样本点C，三个样本点的重金属浓度值分别为M₁、M₂和M₃，分别乘以人为分尺度权重矩阵中对应的权重和即当前待测点D的人为分尺度重金属浓度值

将每个样本点的重金属浓度值乘以该样本点在自然分尺度权重矩阵中对应的权重，最后求和，得到当前待测点的自然分尺度重金属浓度值。

例如，对于当前待测点D，有其他三个样本点A、样本点B和样本点C，三个样本点的重金属浓度值分别为M₁、M₂和M₃，分别乘以自然分尺度权重矩阵中对应的权重和即当前待测点D的自然分尺度重金属浓度值

步骤111，所述遍历完成后，得到每个待测点的人为分尺度重金属浓度值和自然分尺度重金属浓度值。

如图2所示，在一个示例中，上述步骤102中，根据预设的多个范围值、每两个样本点之间的距离、每个样本点的重金属浓度值和半变异函数绘制半变异函数曲线，包括：

步骤201，对所述多个范围值进行遍历。

在本实施例中，可以设置初始范围值和最终范围值来确定范围值的范围，然后设置步长来确定多个范围值。

例如，设置初始范围值为20，最终范围值为50，步长为5，则得到20、25、30、35、40、45和50共7个范围值。

在本实施例中，为了便于描述，将当前遍历到的范围值称为当前范围值。

步骤202，确定两个样本点之间的距离小于等于当前范围值的至少一个当前样本点对。

例如，有样本点E、样本点F和样本点G，三个样本点形成了3个样本点对，分别为样本点对EF、样本点对FG和样本点对EG。样本点对EF对应的距离为1.11km，样本点对FG之间的距离为1.01km，样本点对EG之间的距离为0.98km。当前范围值为1km，则将样本点对EG确定为当前范围值的当前样本点对。

步骤203，根据所述至少一个当前样本点对、每个样本点的重金属浓度值和半变异函数确定所述当前范围值对应的函数值。

求出每个当前样本点对中两个样本点的重金属浓度差值的平方并求和，将求和的结果除以两倍的当前样本点数量，得到当前范围值对应的函数值。

步骤204，所述遍历完成后，得到每个范围值对应的函数值。

步骤205，根据多个范围值和每个范围值对应的函数值绘制半变异函数曲线。

如图3所示，建立以范围值为X轴，函数值为Y轴的坐标系，将范围值作为横坐标，对应的函数值作为纵坐标，生成多个坐标点，将这些坐标点绘制入坐标系中，最后将多个坐标点连线，得到半变异函数曲线。

如图4所示，在一个示例中，上述步骤203中，根据所述至少一个当前样本点对、每个样本点的重金属浓度值和半变异函数确定所述当前范围值对应的函数值，包括：

步骤301，根据每个样本点的重金属浓度值确定每个当前样本点对的重金属浓度差值的平方。

例如，当前样本点对EF中，样本点E的重金属浓度值为70，样本点F的重金属浓度值为60，则当前样本点对EF的重金属浓度差值的平方为100。

步骤302，将所有当前样本点对的重金属浓度差值的平方求和，并将求和结果除以两倍的当前样本点对总数，得到所述当前范围值对应的函数值。

例如，共有当前样本点对EF、当前样本点对FG和当前样本点对EG三个当前样本点对，重金属浓度差值的平方分别为102、124和122，则将这些重金属浓度差值的平方求和，得到求和结果348，将求和结果除以两倍的当前样本点对总数也就是6，得到当前范围值对应的函数值58。

在一个示例中，所述第一预设值设置为所述半变异函数曲线中范围值为0时的函数值。

在半变异函数中第一预设值(也就是块金效应值)代表半变异函数的误差值。由于测量误差和空间变异等原因，离得很近的两个点的半变异函数值往往不为0，为了拟合平滑的半变异函数，将第一预设值设置为最小范围值为0时对应的半变异函数值(图3中从左起第一个点)，能够显著减少拟合需要的时间，进而提高确定土壤重金属浓度值的效率。

在一个示例中，所述第二预设值设置为所述人为分尺度值在半变异函数中对应的函数值；

所述第三预设值设置为所述自然分尺度值在半变异函数中对应的函数值。

在半变异函数中第一变程点对应的人为分尺度值表征土壤重金属浓度受到人为分尺度影响的范围值，第二变程点对应的自然分尺度值表征土壤重金属浓度受到自然分尺度影响的范围值。因此，人为分尺度值和自然分尺度值在半变异函数中对应的函数值与拟合后的第二预设值和第三预设值是非常接近的。所以将人为分尺度值和自然分尺度值在半变异函数中对应的函数值确定为第二预设值和第三预设值，能够显著减少拟合需要的时间，进而提高确定土壤重金属浓度值的效率。

如图5所示，在一个示例中，上述步骤111中，得到每个待测点的人为分尺度重金属浓度值和自然分尺度重金属浓度值之后，还包括：

步骤501，根据每个待测点的人为分尺度重金属浓度值和预设颜色库绘制所述目标区域的人为分尺度重金属分布图，所述预设颜色库中包含多个与不同重金属浓度值区间对应的第一预设颜色。

例如，某个待测点的人为分尺度重金属浓度值为25，则从预设颜色库找到包含重金属浓度值25对应的重金属浓度值区间0.00-27.07，进而找到该重金属浓度值区间对应的第一预设颜色h。根据该待测点的坐标和第一预设颜色h在人为分尺度重金属分布图上进行标记。

步骤502，根据每个待测点的自然分尺度重金属浓度值和预设颜色库绘制所述目标区域的自然分尺度重金属分布图。

例如，某个待测点的自然分尺度重金属浓度值为74，则从预设颜色库找到重金属浓度值74对应的重金属浓度值区间66.22-100.03，进而找到该重金属浓度值区间对应的第一预设颜色k。根据该待测点的坐标和第一预设颜色k在自然分尺度重金属分布图上进行标记。

根据每个待测点的人为分尺度重金属浓度值和预设颜色库绘制目标区域的人为分尺度重金属分布图，根据每个待测点的自然分尺度重金属浓度值和预设颜色库绘制目标区域的自然分尺度重金属分布图。能够使得最终得到的目标区域土壤重金属污染程度在人为分尺度和自然分尺度上能够更直观的进行展现。

为了实现上述的土壤分尺度重金属浓度值确定方法，如图6所示，本申请一示例来提供了一种土壤分尺度重金属浓度值确定装置，包括：

采集模块10，用于采集目标区域中多个样本点的重金属浓度值；

处理模块20，用于根据预设的多个范围值、每两个样本点之间的距离、每个样本点的重金属浓度值和半变异函数绘制半变异函数曲线；

计算模块30，用于确定所述半变异函数曲线的第一预设范围值区间中存在第一变程点，则在第二预设范围值区间中确定出第二变程点，并将第一变程点对应的范围值确定为人为分尺度值，第二变程点对应的范围值确定为自然分尺度值；

所述计算模块30，还用于根据第一预设值、第二预设值、第三预设值、人为分尺度值、自然分尺度值、多尺度半变异模型和基础半变异函数模型确定初始多尺度半变异函数，并对所述初始多尺度半变异函数进行拟合，得到多尺度半变异函数；

所述处理模块20，还用于从所述多尺度半变异函数中提取出块金效应值、人为分尺度半变异函数和自然分尺度半变异函数；

所述计算模块30，还用于对多个待测点进行遍历，根据每两个样本点之间的距离和半变异函数曲线确定第一协方差矩阵，并根据当前待测点与每个样本点之间的距离和半变异函数曲线确定第二协方差矩阵；

所述计算模块30，还用于根据所述第一协方差矩阵和第二协方差矩阵确定第一拉格朗日参数，并基于所述块金效应值对所述第一拉格朗日参数进行调整，得到调整后的第一拉格朗日参数；

所述计算模块30，还用于根据当前待测点与每个样本点之间的距离和人为分尺度半变异函数确定第三协方差矩阵，并根据当前待测点与每个样本点之间的距离和自然分尺度半变异函数确定第四协方差矩阵；

所述计算模块30，还用于根据所述第一协方差矩阵、第一拉格朗日参数、第三协方差矩阵和第四协方差矩阵确定人为分尺度权重矩阵和自然分尺度权重矩阵，所述人为分尺度权重矩阵中包含每个样本点对于当前待测点在人为分尺度上的重金属浓度权重，所述自然分尺度权重矩阵中包含每个样本点对于当前待测点在自然分尺度上的重金属浓度权重；

所述计算模块30，还用于根据每个样本点的重金属浓度值、人为分尺度权重矩阵和自然分尺度权重矩阵确定当前待测点的人为分尺度重金属浓度值和自然分尺度重金属浓度值；

所述计算模块30，还用于所述遍历完成后，得到每个待测点的人为分尺度重金属浓度值和自然分尺度重金属浓度值。

其中，所述计算模块30，还用于对所述多个范围值进行遍历；

所述计算模块30，还用于确定两个样本点之间的距离小于等于当前范围值的至少一个当前样本点对；

所述计算模块30，还用于根据所述至少一个当前样本点对、每个样本点的重金属浓度值和半变异函数确定所述当前范围值对应的函数值；

所述计算模块30，还用于所述遍历完成后，得到每个范围值对应的函数值；

所述处理模块20，还用于根据多个范围值和每个范围值对应的函数值绘制半变异函数曲线。

其中，所述计算模块30，还用于根据每个样本点的重金属浓度值确定每个当前样本点对的重金属浓度差值的平方；

所述计算模块30，还用于将所有当前样本点对的重金属浓度差值求和，并将求和结果除以两倍的当前样本点对总数，得到所述当前范围值对应的函数值。

其中，所述计算模块30，还用于所述第一预设值设置为所述半变异函数曲线中范围值为0时的函数值。

其中，所述计算模块30，还用于所述第二预设值设置为所述人为分尺度值在半变异函数中对应的函数值；

所述计算模块30，还用于所述第三预设值设置为所述自然分尺度值在半变异函数中对应的函数值。

其中，所述处理模块20，还用于根据每个样本点的人为分尺度重金属浓度值和预设颜色库绘制所述目标区域的人为分尺度重金属分布图，所述预设颜色库中包含多个与不同重金属浓度值区间对应的第一预设颜色；

所述处理模块20，还用于根据每个样本点的自然分尺度重金属浓度值和预设颜色库绘制所述目标区域的自然分尺度重金属分布图。

在一个示例中，本申请实施例还提供了一种移动终端，该移动终端包括至少一个存储器，以及与所述至少一个存储器通信连接的处理器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被设置为用于执行上述图1至图5实施例中任一项所述的土壤分尺度重金属浓度值确定方法。

另外，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行上述图1至图5实施例中任一项所述的土壤分尺度重金属浓度值确定方法流程。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，服务器，或者网络装置等)或处理器(Processor)执行本申请各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种土壤分尺度重金属浓度值确定方法，所述方法包括：

采集目标区域中多个样本点的重金属浓度值；

确定所述半变异函数曲线的第一预设范围值区间中存在第一变程点，并在第二预设范围值区间中确定出第二变程点，并将第一变程点对应的范围值确定为人为分尺度值，第二变程点对应的范围值确定为自然分尺度值；

将第二预设值和人为分尺度值代入基础半变异函数模型，得到人为分尺度基础半变异函数，将第三预设值和自然分尺度值代入基础半变异函数模型，得到自然分尺度基础半变异函数，基于第一预设值、人为分尺度基础半变异函数和自然分尺度基础半变异函数确定初始多尺度半变异函数，并对所述初始多尺度半变异函数进行拟合，得到多尺度半变异函数；

将所述多尺度半变异函数中拟合后的第一预设值确定为块金效应值，拟合后的人为分尺度基础半变异函数确定为人为分尺度半变异函数，拟合后的自然分尺度基础半变异函数确定为自然分尺度半变异函数；

根据所述第一协方差矩阵和第二协方差矩阵确定第一拉格朗日参数，并将所述第一拉格朗日参数减去所述块金效应值，得到调整后的第一拉格朗日参数；

根据所述第一协方差矩阵、调整后的第一拉格朗日参数、第三协方差矩阵和第四协方差矩阵确定人为分尺度权重矩阵和自然分尺度权重矩阵，所述人为分尺度权重矩阵中包含每个样本点对于当前待测点在人为分尺度上的重金属浓度权重，所述自然分尺度权重矩阵中包含每个样本点对于当前待测点在自然分尺度上的重金属浓度权重；

2.根据权利要求1所述土壤分尺度重金属浓度值确定方法，所述根据预设的多个范围值、每两个样本点之间的距离、每个样本点的重金属浓度值和半变异函数绘制半变异函数曲线，包括：

对所述多个范围值进行遍历；

确定当前范围值对应的至少一个当前样本点对，所述当前样本点对中的两个样本点之间的距离小于等于当前范围值；

根据所述至少一个当前样本点对、每个样本点的重金属浓度值和半变异函数确定所述当前范围值对应的函数值；

所述对所述多个范围值进行遍历完成后，得到每个范围值对应的函数值；

根据多个范围值和每个范围值对应的函数值绘制半变异函数曲线。

3.根据权利要求2所述土壤分尺度重金属浓度值确定方法，所述根据所述至少一个当前样本点对、每个样本点的重金属浓度值和半变异函数确定所述当前范围值对应的函数值，包括：

根据每个样本点的重金属浓度值确定每个当前样本点对的重金属浓度差值的平方；

将当前范围值对应的所有当前样本点对的重金属浓度差值的平方求和，并将求和结果除以两倍的当前样本点对总数，得到所述当前范围值对应的函数值。

4.根据权利要求1所述土壤分尺度重金属浓度值确定方法，所述第一预设值设置为所述半变异函数曲线中范围值为0时的函数值。

5.根据权利要求1所述土壤分尺度重金属浓度值确定方法，所述第二预设值设置为所述人为分尺度值在半变异函数曲线中对应的函数值；

所述第三预设值设置为所述自然分尺度值在半变异函数曲线中对应的函数值。

6.根据权利要求1所述土壤分尺度重金属浓度值确定方法，所述得到每个待测点的人为分尺度重金属浓度值和自然分尺度重金属浓度值之后，还包括：

根据每个样本点的人为分尺度重金属浓度值和预设颜色库绘制所述目标区域的人为分尺度重金属分布图，所述预设颜色库中包含多个与不同重金属浓度值区间对应的第一预设颜色；

根据每个样本点的自然分尺度重金属浓度值和预设颜色库绘制所述目标区域的自然分尺度重金属分布图。

7.一种土壤分尺度重金属浓度值确定装置，所述装置包括：

计算模块，用于确定所述半变异函数曲线的第一预设范围值区间中存在第一变程点，并在第二预设范围值区间中确定出第二变程点，并将第一变程点对应的范围值确定为人为分尺度值，第二变程点对应的范围值确定为自然分尺度值；

所述计算模块，还用于将第二预设值和人为分尺度值代入基础半变异函数模型，得到人为分尺度基础半变异函数，将第三预设值和自然分尺度值代入基础半变异函数模型，得到自然分尺度基础半变异函数，基于第一预设值、人为分尺度基础半变异函数和自然分尺度基础半变异函数确定初始多尺度半变异函数，并对所述初始多尺度半变异函数进行拟合，得到多尺度半变异函数；

所述处理模块，还用于将所述多尺度半变异函数中拟合后的第一预设值确定为块金效应值，拟合后的人为分尺度基础半变异函数确定为人为分尺度半变异函数，拟合后的自然分尺度基础半变异函数确定为自然分尺度半变异函数；

所述计算模块，还用于根据所述第一协方差矩阵和第二协方差矩阵确定第一拉格朗日参数，并将所述第一拉格朗日参数减去所述块金效应值，得到调整后的第一拉格朗日参数；

所述计算模块，还用于根据所述第一协方差矩阵、调整后的第一拉格朗日参数、第三协方差矩阵和第四协方差矩阵确定人为分尺度权重矩阵和自然分尺度权重矩阵，所述人为分尺度权重矩阵中包含每个样本点对于当前待测点在人为分尺度上的重金属浓度权重，所述自然分尺度权重矩阵中包含每个样本点对于当前待测点在自然分尺度上的重金属浓度权重；

8.根据权利要求7所述土壤分尺度重金属浓度值确定装置，包括：

所述计算模块，还用于对所述多个范围值进行遍历；

所述计算模块，还用于确定当前范围值对应的至少一个当前样本点对，所述当前样本点对中的两个样本点之间的距离小于等于当前范围值；

所述计算模块，还用于根据所述至少一个当前样本点对、每个样本点的重金属浓度值和半变异函数确定所述当前范围值对应的函数值；

所述计算模块，还用于所述对所述多个范围值进行遍历完成后，得到每个范围值对应的函数值；

所述处理模块，还用于根据多个范围值和每个范围值对应的函数值绘制半变异函数曲线。

9.根据权利要求8所述土壤分尺度重金属浓度值确定装置，包括：

所述计算模块，还用于根据每个样本点的重金属浓度值确定每个当前样本点对的重金属浓度差值的平方；

所述计算模块，还用于将当前范围值对应的所有当前样本点对的重金属浓度差值的平方求和，并将求和结果除以两倍的当前样本点对总数，得到所述当前范围值对应的函数值。

10.根据权利要求7所述土壤分尺度重金属浓度值确定装置，包括：

所述处理模块，还用于根据每个样本点的人为分尺度重金属浓度值和预设颜色库绘制所述目标区域的人为分尺度重金属分布图，所述预设颜色库中包含多个与不同重金属浓度值区间对应的第一预设颜色；

所述处理模块，还用于根据每个样本点的自然分尺度重金属浓度值和预设颜色库绘制所述目标区域的自然分尺度重金属分布图。