초분광영상을 이용한 중금속 오염 토양 탐지의 pH 및 유기물에 의한 간섭 효과에 관한 연구

A Study on Interference Effect by pH and Organic Matter in Heavy Metal Contaminated Soil Detection Using Hyperspectral Image

본 연구에서는 구리(Cu)로 오염된 인공토양시료를 가지고 항공용 초분광센서를 토양 내 중금속 탐지에 적용하는데 있어서 pH와 유기물에 의한 간섭요인들을 검증하고자 하였다. 실내 테스트베드 내에서 다른 변수들은 고정하고 pH 및 유기물함량만을 달리한 두가지 시나리오로 초분광영상촬영을 실시하였다. 취득한 중금속토양의 분광 자료는 수학적 전처리를 통해 분광패턴을 확인하고, 통계적 분석기법들을 활용하여 유기물과 pH의 특정 파장대를 확인하였다. 또한 인공적으로 스파이킹 한 토양을 초분광영상을 통해 취득된 평균 라이브러리와 구리의 주요 파장 대역을 이용하여 분광각맵퍼법을(SAM, Spectral angle mapper) 적용하여 토양 분류를 시도한 결과 pH는 4.0 미만의 높은 산성토양에서 유기물의 함량이 10%를 초과한 토양의 경우 중금속 오염토양분류에 제한요인으로 작용할 수 있음을 확인하였다.

The purpose of this study was to investigate the interference factors of copper (Cu) - contaminated artificial soil samples in the application of aerial hyperspectral sensors to detection of heavy metals in soil. In the indoor test bed, other parameters were fixed and hyperspectral images were taken with two scenarios that different pH and organic contents. The spectral data of the heavy metal soils constructed in the indoor test bed were confirmed by mathematical preprocessing and the specific wavelength band of organic matter and pH was confirmed by using statistical analysis techniques. In addition, soil spiked with copper was analyzed by spectral angle mapper method (SAM, Spectral angle mapper) using the average library obtained by hyperspectral imaging and copper. As a result, it was confirmed that the soil with high organic matter content exceeding 10.7% in the acid soil with pH less than 4.0 could be a limiting factor for heavy metal contaminated soil classification.