本技術(shù)涉及測(cè)量，尤其涉及一種基于紅外光譜分析的區(qū)域沉積物有機(jī)碳庫(kù)評(píng)估方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、沉積物有機(jī)碳不僅是水環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)，也是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)碳核算的重要組成部分。沉積物作為河湖系統(tǒng)中的主要碳庫(kù)之一，其碳儲(chǔ)存和釋放過(guò)程對(duì)區(qū)域碳平衡具有顯著影響。然而，當(dāng)前對(duì)水系碳庫(kù)的評(píng)估方法尚未完全成熟，尤其是在沉積物中穩(wěn)定性有機(jī)碳的評(píng)估方面，認(rèn)識(shí)仍然有限。穩(wěn)定性有機(jī)碳是沉積物碳庫(kù)中的重要組成部分，其對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)和長(zhǎng)期穩(wěn)定性對(duì)評(píng)估沉積物碳庫(kù)的固碳潛力和碳循環(huán)動(dòng)態(tài)至關(guān)重要。

2、現(xiàn)有的碳庫(kù)評(píng)估方法，如元素分析和放射性碳測(cè)年技術(shù)，為理解沉積物碳庫(kù)提供了一定的基礎(chǔ)。然而，穩(wěn)定性有機(jī)碳的形成機(jī)制、轉(zhuǎn)化過(guò)程及其與河湖環(huán)境因素的相互作用仍不甚明了，增加了沉積物碳庫(kù)評(píng)估的復(fù)雜性，現(xiàn)有的碳庫(kù)評(píng)估方法受限于復(fù)雜的環(huán)境因素，無(wú)法準(zhǔn)確的對(duì)水系區(qū)域的總有機(jī)碳庫(kù)和穩(wěn)定性有機(jī)碳庫(kù)進(jìn)行評(píng)估。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供了一種基于紅外光譜分析的區(qū)域沉積物有機(jī)碳庫(kù)評(píng)估方法及裝置，利用紅外光譜分析方法的高靈敏度和非破壞性檢測(cè)的特點(diǎn)，為沉積物中穩(wěn)定性有機(jī)碳的快速評(píng)估提供了新的解決方法。通過(guò)使用紅外光譜技術(shù)結(jié)合有機(jī)碳與峰面積之間的函數(shù)關(guān)系，以及沉積物總質(zhì)量的估算結(jié)果，本技術(shù)提供的區(qū)域沉積物有機(jī)碳庫(kù)評(píng)估方法可以應(yīng)用于復(fù)雜的場(chǎng)景，能夠在僅需少量樣品的情況下，準(zhǔn)確評(píng)估沉積物中穩(wěn)定性有機(jī)碳的含量，從而為河湖沉積物碳庫(kù)的評(píng)估提供了一種新的技術(shù)手段，解決了現(xiàn)有的碳庫(kù)評(píng)估方法受限于復(fù)雜的環(huán)境因素而導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確的對(duì)水系區(qū)域的有機(jī)碳庫(kù)進(jìn)行評(píng)估的問(wèn)題。

2、第一方面，本技術(shù)提供了一種基于紅外光譜分析的區(qū)域沉積物有機(jī)碳庫(kù)評(píng)估方法，包括：

3、從目標(biāo)區(qū)域中采集目標(biāo)沉積物樣；

4、依據(jù)所述目標(biāo)沉積物樣品進(jìn)行紅外光譜測(cè)定和校正處理，得到校正光譜；

5、基于所述校正光譜確定特征帶，并基于所述特征帶對(duì)所述校正光譜進(jìn)行面積積分處理，得到局部峰面積，所述局部峰面積用于表征所述目標(biāo)沉積物樣在所述特征帶的積分面積；

6、基于所述局部峰面積進(jìn)行有機(jī)碳關(guān)系映射，得到函數(shù)關(guān)系信息，以及，依據(jù)所述目標(biāo)沉積物樣，結(jié)合目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行斷面估量處理，得到所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的沉積物總質(zhì)量；

7、基于所述函數(shù)關(guān)系信息和所述沉積物總質(zhì)量，對(duì)所述目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行有機(jī)碳庫(kù)估算，得到所述目標(biāo)區(qū)域的總有機(jī)碳庫(kù)信息和穩(wěn)定性有機(jī)碳庫(kù)信息。

8、可選的，所述從目標(biāo)區(qū)域中采集目標(biāo)沉積物樣，包括：

9、確定評(píng)估需求信息；

10、基于所述評(píng)估需求信息，生成抓斗采集指令，所述抓斗采集指令用于控制抓斗從所述目標(biāo)區(qū)域中采集表層沉積物樣，并將所述表層沉積物樣作為目標(biāo)沉積物樣；

11、或，基于所述評(píng)估需求信息，生成柱狀器采集指令，所述柱狀器采集指令用于控制柱狀采樣器從所述目標(biāo)區(qū)域中采集沉積物柱；

12、對(duì)所述沉積物柱進(jìn)行預(yù)處理，得到干沉積物樣，并將所述干沉積物樣作為目標(biāo)沉積物樣。

13、可選的，所述依據(jù)所述目標(biāo)沉積物樣品進(jìn)行紅外光譜測(cè)定和校正處理，得到校正光譜，包括：

14、基于所述目標(biāo)沉積物樣品進(jìn)行紅外光譜測(cè)定，得到紅外光譜均值；

15、按照預(yù)設(shè)的校正信息，對(duì)所述紅外光譜均值進(jìn)行光譜校正預(yù)處理，得到校正光譜；

16、其中，所述校正信息包括大氣校正和基線校正。

17、可選的，所述基于所述校正光譜確定特征帶，包括：

18、從所述校正光譜中提取有機(jī)碳的主要官能團(tuán)信息；

19、基于所述主要官能團(tuán)信息進(jìn)行波段選取，得到特征帶。

20、可選的，所述基于所述特征帶對(duì)所述校正光譜進(jìn)行面積積分處理，得到局部峰面積，包括：

21、基于所述特征帶確定特征帶上下限信息，所述特征帶上下限信息包含特征帶上限和特征帶下限；

22、基于所述特征帶上下限信息結(jié)合所述校正光譜繪制局部基線；

23、根據(jù)所述局部基線進(jìn)行峰面積積分，得到局部峰面積。

24、可選的，所述函數(shù)關(guān)系信息包括第一函數(shù)關(guān)系信息和第二函數(shù)關(guān)系信息，所述基于所述局部峰面積進(jìn)行有機(jī)碳關(guān)系映射，得到函數(shù)關(guān)系信息，包括：

25、根據(jù)oct＝1.2814*(a2+a4/a5+a3/a1)+0.71131，確定第一函數(shù)關(guān)系信息；

26、根據(jù)ocs＝0.023646*(a3+a1*a2)+0.62995，確定第二函數(shù)關(guān)系信息；

27、其中，所述第一函數(shù)關(guān)系信息用于表征所述水體區(qū)域中總有機(jī)碳與局部峰面積之間的函數(shù)關(guān)系，所述第二函數(shù)關(guān)系信息用于表征所述水體區(qū)域中穩(wěn)定性有機(jī)碳與局部峰面積之間的函數(shù)關(guān)系，a1、a2、a3、a4以及a5均為特征帶對(duì)應(yīng)的局部峰面積。

28、可選的，所述依據(jù)所述目標(biāo)沉積物樣，結(jié)合目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行斷面估量處理，得到所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的沉積物總質(zhì)量，包括：

29、通過(guò)預(yù)設(shè)的斷面法和遙感影像結(jié)合法，對(duì)所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的沉積物進(jìn)行斷面體積檢測(cè)，得到所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的沉積物總體積；

30、基于所述目標(biāo)沉積物樣進(jìn)行分層切割和分層測(cè)量處理，得到沉積物綜合容重；

31、根據(jù)所述沉積物總體積和所述沉積物綜合容重，確定所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的沉積物總質(zhì)量。

32、可選的，所述通過(guò)預(yù)設(shè)的斷面法和遙感影像結(jié)合法，對(duì)所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的沉積物進(jìn)行斷面體積檢測(cè)，得到所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的沉積物總體積，包括：

33、獲取所述目標(biāo)區(qū)域的遙感地圖，以及所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)待評(píng)估沉積物的深度信息；

34、按照預(yù)設(shè)的斷面間距，利用所述遙感地圖進(jìn)行間距劃分，得到至少兩個(gè)互相平行的橫斷面；

35、根據(jù)所述深度信息對(duì)所述橫斷面之間進(jìn)行面積計(jì)算，得到兩個(gè)相鄰的所述橫斷面的平均面積；

36、基于所述平均面積結(jié)合所述斷面間距進(jìn)行乘積，得到所有橫斷面中相鄰的兩個(gè)橫斷面之間的斷面體積；

37、根據(jù)所述斷面體積進(jìn)行累加，得到所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的沉積物總體積。

38、可選的，所述基于所述目標(biāo)沉積物樣進(jìn)行分層切割和分層測(cè)量處理，得到沉積物綜合容重，包括：

39、基于所述目標(biāo)沉積物樣進(jìn)行分層切割記錄，得到分層沉積物樣、每一層所述分層沉積物樣對(duì)應(yīng)的分層體積以及所述分層沉積物樣之間的深度比例；

40、對(duì)每一層所述分層沉積物樣進(jìn)行預(yù)處理，得到所述分層沉積物樣對(duì)應(yīng)的分層質(zhì)量；

41、基于所述分層體積和所述分層質(zhì)量，確定所述分層沉積物樣對(duì)應(yīng)的分層容重；

42、基于所述深度比例和所述分層容重計(jì)算沉積物綜合容重。

43、第二方面，本技術(shù)提供了一種基于紅外光譜分析的區(qū)域沉積物有機(jī)碳庫(kù)評(píng)估裝置，包括：

44、采集模塊，用于從目標(biāo)區(qū)域中采集目標(biāo)沉積物樣；

45、光譜測(cè)定和校正模塊，用于依據(jù)所述目標(biāo)沉積物樣品進(jìn)行紅外光譜測(cè)定和校正處理，得到校正光譜；

46、面積積分處理模塊，用于基于所述校正光譜確定特征帶，并基于所述特征帶對(duì)所述校正光譜進(jìn)行面積積分處理，得到局部峰面積，所述局部峰面積用于表征所述目標(biāo)沉積物樣在所述特征帶的積分面積；

47、關(guān)系映射和斷面估量處理模塊，用于基于所述局部峰面積進(jìn)行有機(jī)碳關(guān)系映射，得到函數(shù)關(guān)系信息，以及，依據(jù)所述目標(biāo)沉積物樣，結(jié)合目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行斷面估量處理，得到所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的沉積物總質(zhì)量；

48、估算模塊，用于基于所述函數(shù)關(guān)系信息和所述沉積物總質(zhì)量，對(duì)所述目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行有機(jī)碳庫(kù)估算，得到所述目標(biāo)區(qū)域的總有機(jī)碳庫(kù)信息和穩(wěn)定性有機(jī)碳庫(kù)信息。

49、綜上，本技術(shù)實(shí)施例利用從目標(biāo)區(qū)域中采集的目標(biāo)沉積物樣進(jìn)行紅外光譜測(cè)定和校正處理，得到校正光譜，以基于校正光譜確定特征帶，并基于特征帶對(duì)校正光譜進(jìn)行面積積分處理，得到局部峰面積，利用局部峰面積表征目標(biāo)沉積物樣在各特征帶的積分面積，隨后基于局部峰面積進(jìn)行有機(jī)碳關(guān)系映射，得到函數(shù)關(guān)系信息，并依據(jù)目標(biāo)沉積物樣進(jìn)行斷面估量處理，得到目標(biāo)區(qū)域內(nèi)沉積物樣的沉積物總質(zhì)量，進(jìn)而基于函數(shù)關(guān)系信息和沉積物總質(zhì)量，對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行有機(jī)碳庫(kù)估算，得到目標(biāo)區(qū)域的有機(jī)碳庫(kù)信息?？梢?jiàn)，本技術(shù)實(shí)施例充分利用了紅外光譜分析方法的高靈敏度和非破壞性檢測(cè)等特點(diǎn)，通過(guò)使用紅外光譜技術(shù)結(jié)合有機(jī)碳與峰面積之間的函數(shù)關(guān)系，以及沉積物總質(zhì)量的估算結(jié)果，本技術(shù)提供的區(qū)域沉積物有機(jī)碳庫(kù)評(píng)估方法可以應(yīng)用于復(fù)雜的場(chǎng)景，能夠在僅需少量樣品的情況下，準(zhǔn)確評(píng)估沉積物中穩(wěn)定性有機(jī)碳的含量，從而為河湖沉積物碳庫(kù)的評(píng)估提供了一種新的技術(shù)手段，解決了現(xiàn)有的碳庫(kù)評(píng)估方法無(wú)法準(zhǔn)確的對(duì)水系區(qū)域的有機(jī)碳庫(kù)進(jìn)行評(píng)估的問(wèn)題。