本技術(shù)涉及光譜成分分析，尤其是涉及到一種尾砂成分遙感光譜反演方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、尾砂是指在礦物冶煉前，將礦石磨細(xì)并選取有用成分后，排放的廢棄物。尾砂可以是由選礦廠排放的尾礦礦漿經(jīng)脫水后形成的固體礦物廢料。以鐵礦冶煉過程為例，1噸鐵精礦的生產(chǎn)將產(chǎn)生2.5～3.0噸鐵尾砂。經(jīng)研磨選礦后的細(xì)顆粒尾礦和廢水以泥漿的形式排出，堆存于尾礦庫(kù)中。大量的鐵尾砂堆積會(huì)帶來?yè)P(yáng)塵，危害周圍環(huán)境，并且存在潰壩風(fēng)險(xiǎn)。

2、尾砂的主要成分可以包括金屬化合物、sio2等，通過對(duì)尾砂主要成分的有效監(jiān)測(cè)，可以按照成分對(duì)尾砂執(zhí)行回收再利用，有利于尾礦庫(kù)的安全治理、周邊環(huán)境保護(hù)。為了檢測(cè)尾砂中的主要成分，可以通過點(diǎn)位采樣，并對(duì)采樣獲得的尾砂樣本進(jìn)行化學(xué)檢驗(yàn)。這種檢測(cè)方式對(duì)時(shí)間成本與人力成本要求較大，且無法進(jìn)行重復(fù)監(jiān)測(cè)。

3、還可以通過遙感光譜檢測(cè)尾砂的主要成分。通過遙感設(shè)備對(duì)尾砂樣本執(zhí)行光譜掃描獲取遙感光譜數(shù)據(jù)后，對(duì)遙感光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得各波段的反射率等參數(shù)。并基于反射率等參數(shù)確定主要成分。但是，受大氣輻射傳輸、尾砂含水量等多種因素的影響，遙感光譜數(shù)據(jù)中尾砂反射率光譜與實(shí)驗(yàn)室光譜差異較大，導(dǎo)致基于實(shí)驗(yàn)室反射率光譜構(gòu)建的尾砂屬性反演模型在應(yīng)用于遙感光譜數(shù)據(jù)時(shí)，成分檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本技術(shù)實(shí)施例提供一種尾砂成分遙感光譜反演方法及系統(tǒng)，以提高遙感光譜檢測(cè)主要成分的準(zhǔn)確率。

2、根據(jù)本技術(shù)的一個(gè)方面，提供一種尾砂成分遙感光譜反演方法，所述方法包括：

3、獲取光譜數(shù)據(jù)，所述光譜數(shù)據(jù)包括遙感光譜數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)室光譜數(shù)據(jù)；所述遙感光譜數(shù)據(jù)為通過遙感設(shè)備對(duì)目標(biāo)區(qū)域執(zhí)行光譜檢測(cè)獲得的數(shù)據(jù)；所述實(shí)驗(yàn)室光譜數(shù)據(jù)為通過光譜儀對(duì)采集至所述目標(biāo)區(qū)域的尾砂樣本執(zhí)行光譜檢測(cè)獲得的數(shù)據(jù)；

4、基于直接標(biāo)準(zhǔn)化算法構(gòu)建所述實(shí)驗(yàn)室光譜數(shù)據(jù)與所述遙感光譜數(shù)據(jù)之間的誤差傳遞函數(shù)；

5、使用所述誤差傳遞函數(shù)對(duì)所述遙感光譜數(shù)據(jù)執(zhí)行校正，獲得校正光譜數(shù)據(jù)；

6、根據(jù)多目標(biāo)規(guī)劃算法，計(jì)算訓(xùn)練光譜數(shù)據(jù)的尾砂光譜指數(shù)，所述訓(xùn)練光譜數(shù)據(jù)為按照預(yù)設(shè)比例從所述實(shí)驗(yàn)室光譜數(shù)據(jù)中隨機(jī)提取的數(shù)據(jù)；所述尾砂光譜指數(shù)為所述訓(xùn)練光譜數(shù)據(jù)中主要成分的尾砂屬性敏感波段和尾砂屬性不敏感波段之間的波段比值；

7、根據(jù)所述尾砂光譜指數(shù)構(gòu)建回歸模型，以及使用所述回歸模型估測(cè)所述校正光譜數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的主要成分含量。

8、可選的，所述方法還包括：

9、獲取第一樣本重量，所述第一樣本重量為采樣容器裝填濕尾砂樣本時(shí)稱取的重量；

10、獲取第二樣本重量，所述第二樣本重量為采樣容器裝填干尾砂樣本時(shí)稱取的重量；所述干尾砂樣本通過將裝填入所述采樣容器的所述濕尾砂樣本進(jìn)行烘干處理獲得；

11、獲取采樣容器重量；

12、計(jì)算第一差值和第二差值，所述第一差值為所述第一樣本重量與所述第二樣本重量的差值；所述第二差值為所述第二樣本重量與所述采樣容器重量的差值；

13、根據(jù)所述第一差值和所述第二差值計(jì)算樣本含水率，所述樣本含水率等于所述第一差值和所述第二差值的比值，所述樣本含水率用于采集不同含水率的尾砂樣本。

14、可選的，所述方法還包括：

15、設(shè)置x射線衍射測(cè)量參數(shù)；

16、控制x射線衍射設(shè)備基于所述x射線衍射測(cè)量參數(shù)，對(duì)研磨后的干尾砂樣本發(fā)射x射線；

17、獲取衍射數(shù)據(jù)，所述衍射數(shù)據(jù)包括衍射峰的位置、衍射強(qiáng)度和衍射峰寬；

18、根據(jù)所述衍射數(shù)據(jù)測(cè)定所述尾砂樣本的主要成分。

19、可選的，獲取光譜數(shù)據(jù)，包括：

20、設(shè)置光譜測(cè)量參數(shù)；

21、控制光譜儀按照所述光譜測(cè)量參數(shù)，對(duì)干尾砂樣本發(fā)射測(cè)量光，所述光譜儀在測(cè)量過程中按照預(yù)設(shè)校正周期執(zhí)行白板校正；

22、接收所述光譜儀反射光譜傳感器檢測(cè)的至少4條光譜數(shù)據(jù)；至少4條所述光譜數(shù)據(jù)分別為對(duì)所述干尾砂樣本旋轉(zhuǎn)后反射光譜傳感器檢測(cè)的反射率；

23、計(jì)算至少4條所述光譜數(shù)據(jù)的平均值，以獲得尾砂樣本的實(shí)驗(yàn)室光譜數(shù)據(jù)。

24、可選的，所述方法還包括：

25、對(duì)所述實(shí)驗(yàn)室光譜數(shù)據(jù)執(zhí)行平滑處理；

26、將平滑處理后的所述實(shí)驗(yàn)室光譜數(shù)據(jù)劃分為訓(xùn)練集和驗(yàn)證集，所述訓(xùn)練集與所述驗(yàn)證集的比例為3:1；

27、獲取所述遙感光譜數(shù)據(jù)的空間分辨率；

28、根據(jù)所述空間分辨率對(duì)所述實(shí)驗(yàn)室光譜數(shù)據(jù)執(zhí)行重采樣，以獲得所述訓(xùn)練光譜數(shù)據(jù)。

29、可選的，根據(jù)多目標(biāo)規(guī)劃算法，計(jì)算訓(xùn)練光譜數(shù)據(jù)的尾砂光譜指數(shù)，包括：

30、從所述訓(xùn)練光譜數(shù)據(jù)中提取潛在波段組合；

31、定義多目標(biāo)規(guī)劃算法的決策空間，所述決策空間包括反射率光譜吸收特征范圍內(nèi)的所有波段組合；

32、定義所述尾砂樣本中主要成分的含量目標(biāo)函數(shù)；

33、根據(jù)所述含量目標(biāo)函數(shù)設(shè)置用于波段選擇篩選的成本函數(shù)；

34、基于所述成本函數(shù)、所述潛在波段組合和所述決策空間，計(jì)算所述訓(xùn)練光譜數(shù)據(jù)中尾砂屬性敏感波段和尾砂屬性不敏感波段之間的波段比值；

35、根據(jù)所述波段比值確定最優(yōu)波段組合。

36、可選的，根據(jù)多目標(biāo)規(guī)劃算法，計(jì)算訓(xùn)練光譜數(shù)據(jù)的尾砂光譜指數(shù)，包括：

37、從所述訓(xùn)練光譜數(shù)據(jù)中提取特征波段，所述特征波段為出現(xiàn)吸收特征的波段；

38、利用多目標(biāo)規(guī)劃算法，獲取的目標(biāo)物質(zhì)含量的最優(yōu)波段組合，所述目標(biāo)物質(zhì)為所述尾砂樣本的主要成分中的一種；所述最優(yōu)波段組合包括根據(jù)多目標(biāo)規(guī)劃算法在所述特征波段中確定的波長(zhǎng)值；

39、獲取反射率光譜與尾砂屬性之間的相關(guān)性信息，所述相關(guān)性信息用于表征波長(zhǎng)與相關(guān)系數(shù)之間的映射關(guān)系；

40、根據(jù)所述相關(guān)性信息，確定所述目標(biāo)物質(zhì)的敏感波長(zhǎng)和不敏感波長(zhǎng)；

41、根據(jù)所述敏感波長(zhǎng)和所述不敏感波長(zhǎng)計(jì)算尾砂光譜指數(shù)，所述尾砂光譜指數(shù)包括比值指數(shù)和三波段光譜指數(shù)。

42、可選的，根據(jù)所述尾砂光譜指數(shù)構(gòu)建回歸模型，包括：

43、基于訓(xùn)練集建立光譜指數(shù)與主要成分含量之間的回歸模型，所述回歸模型包括線性回歸模型和非線性回歸模型；

44、利用所述驗(yàn)證集對(duì)所述回歸模型執(zhí)行精度驗(yàn)證；

45、獲取回歸模型驗(yàn)證精度，所述回歸模型驗(yàn)證精度包括選擇決定系數(shù)和均方根誤差。

46、可選的，所述方法還包括：

47、獲取精度評(píng)價(jià)區(qū)間；

48、如果所述回歸模型驗(yàn)證精度位于所述精度評(píng)價(jià)區(qū)間內(nèi)，基于所述回歸模型和所述校正光譜數(shù)據(jù)繪制主要成分的空間分布圖；

49、如果所述回歸模型驗(yàn)證精度不位于所述精度評(píng)價(jià)區(qū)間內(nèi)，獲取三波段光譜指數(shù)，以及基于所述三波段光譜指數(shù)重新構(gòu)建所述回歸模型。

50、根據(jù)本技術(shù)的另一方面，提供一種尾砂成分遙感光譜反演系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

51、光譜采集模塊，用于獲取光譜數(shù)據(jù)，所述光譜數(shù)據(jù)包括遙感光譜數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)室光譜數(shù)據(jù)；所述遙感光譜數(shù)據(jù)為通過遙感設(shè)備對(duì)目標(biāo)區(qū)域執(zhí)行光譜檢測(cè)獲得的數(shù)據(jù)；所述實(shí)驗(yàn)室光譜數(shù)據(jù)為通過光譜儀對(duì)采集至所述目標(biāo)區(qū)域的尾砂樣本執(zhí)行光譜檢測(cè)獲得的數(shù)據(jù)；

52、傳遞函數(shù)構(gòu)建模塊，用于基于直接標(biāo)準(zhǔn)化算法構(gòu)建所述實(shí)驗(yàn)室光譜數(shù)據(jù)與所述遙感光譜數(shù)據(jù)之間的誤差傳遞函數(shù)；

53、校正模塊，用于使用所述誤差傳遞函數(shù)對(duì)所述遙感光譜數(shù)據(jù)執(zhí)行校正，獲得校正光譜數(shù)據(jù)；

54、規(guī)劃模塊，用于根據(jù)多目標(biāo)規(guī)劃算法，計(jì)算訓(xùn)練光譜數(shù)據(jù)的尾砂光譜指數(shù)，所述訓(xùn)練光譜數(shù)據(jù)為按照預(yù)設(shè)比例從所述實(shí)驗(yàn)室光譜數(shù)據(jù)中隨機(jī)提取的數(shù)據(jù)；所述尾砂光譜指數(shù)為所述訓(xùn)練光譜數(shù)據(jù)中尾砂屬性敏感波段和尾砂屬性不敏感波段之間的波段比值；

55、回歸分析模塊，用于根據(jù)所述尾砂光譜指數(shù)構(gòu)建回歸模型，以及使用所述回歸模型估測(cè)所述校正光譜數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的主要成分含量。

56、借由上述技術(shù)方案，本技術(shù)實(shí)施例提供的一種尾砂成分遙感光譜反演方法及系統(tǒng)，所述方法可以獲取遙感光譜數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)室光譜數(shù)據(jù)。并基于直接標(biāo)準(zhǔn)化算法構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室光譜數(shù)據(jù)與遙感光譜數(shù)據(jù)之間的誤差傳遞函數(shù)。再使用誤差傳遞函數(shù)對(duì)遙感光譜數(shù)據(jù)執(zhí)行校正，獲得校正光譜數(shù)據(jù)。然后根據(jù)多目標(biāo)規(guī)劃算法，計(jì)算光譜數(shù)據(jù)的尾砂光譜指數(shù)。并根據(jù)尾砂光譜指數(shù)構(gòu)建回歸模型，以及使用回歸模型估測(cè)校正光譜數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的主要成分含量。所述方法可以通過誤差傳遞函數(shù)對(duì)遙感光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，使基于實(shí)驗(yàn)室光譜數(shù)據(jù)構(gòu)建的回歸模型可以直接應(yīng)用于遙感光譜數(shù)據(jù)，估測(cè)尾砂的主要成分含量，提高基于遙感光譜數(shù)據(jù)檢測(cè)尾砂主要成分含量時(shí)的準(zhǔn)確率。

57、上述說明僅是本技術(shù)技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本技術(shù)的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本技術(shù)的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉本技術(shù)的具體實(shí)施方式。