A Deep Learning Approach for Chromium Detection and Characterization from Soil Hyperspectral Data

高光谱成像 表征(材料科学) 环境科学 环境化学 遥感 计算机科学 人工智能 化学 材料科学 地质学 纳米技术 冶金
作者
Chundi Ma,Xinhang Xu,Min Zhou,Tao Hu,Chongchong Qi
出处
期刊:Toxics [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:12 (5): 357-357
标识
DOI:10.3390/toxics12050357
摘要

High levels of chromium (Cr) in soil pose a significant threat to both humans and the environment. Laboratory-based chemical analysis methods for Cr are time consuming and expensive; thus, there is an urgent need for a more efficient method for detecting Cr in soil. In this study, a deep neural network (DNN) approach was applied to the Land Use and Cover Area frame Survey (LUCAS) dataset to develop a hyperspectral soil Cr content prediction model with good generalizability and accuracy. The optimal DNN model was constructed by optimizing the spectral preprocessing methods and DNN hyperparameters, which achieved good predictive performance for Cr detection, with a correlation coefficient value of 0.79 on the testing set. Four important hyperspectral bands with strong Cr sensitivity (400-439, 1364-1422, 1862-1934, and 2158-2499 nm) were identified by permutation importance and local interpretable model-agnostic explanations. Soil iron oxide and clay mineral content were found to be important factors influencing soil Cr content. The findings of this study provide a feasible method for rapidly determining soil Cr content from hyperspectral data, which can be further refined and applied to large-scale Cr detection in the future.
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