紫外可见光谱检测水体COD算法研究

应用紫外可见(ultraviolet/visible,UV/Vis)光谱技术对宜昌市环境监测站水体有机物指标化学含氧量(chemical oxygen demand,COD)进行快速检测,对采集的94份水样进行UV/Vis波段全光谱扫描,采用平滑(Savitzky-Golay smoothing,SG)、一阶导数(first-derivative,1-Der)以及二阶导数(second-derivative,2-Der)对光谱进行预处理,并结合偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression,PLSR)对水样建立COD回归预测模型,并利用该回归预测模型预测水样COD浓度。实验结果表明采用SG平滑预处理后结合连续投影算法(Successive Projections Algorithm,SPA)选取全波段光谱中的特征波长得到的PLS模型预测精度最高,相关系数r=0.91882,预测均方根误差RMSEP=2.8156mg/L-1。进一步研究发现,使用SG平滑预处理得到的岭回归(Ridge Regression)模型精度(r=0.92,RMSEP=2.765 mg/L-1)高于PLS模型,且模型仅仅选取了4个特征波长变量,占238个全波段光谱变量的1.38%。说明针对该水样样本,利用平滑光谱预处理后,再建立岭回归模型,能节约时间和降低算法复杂度,能够快速准确地进行水样COD浓度预测,为进一步实现水样的COD浓度快速检测奠定了基础。     

紫外可见光谱检测水体COD算法研究

应用紫外可见(ultraviolet/visible,UV/Vis)光谱技术对宜昌市环境监测站水体有机物指标化学含氧量(chemical oxygen demand,COD)进行快速检测,对采集的94份水样进行UV/Vis波段全光谱扫描,采用平滑(Savitzky-Golay smoothing,SG)、一阶导数(first-derivative,1-Der)以及二阶导数(second-derivative,2-Der)对光谱进行预处理,并结合偏最小二乘回归(PartialLeast Squares Regression,PLSR)对水样建立COD回归预测模型,并利用该回归预测模型预测水样COD浓度。实验结果表明采用SG平滑预处理后结合连续投影算法(Successive Projections Algorithm,SPA)选取全波段光谱中的特征波长得到的PLS模型预测精度最高,相关系数r=0.91882,预测均方根误差RMSEP=2.8156mg/L-1。进一步研究发现,使用SG平滑预处理得到的岭回归(Ridge Regression)模型精度(r=0.92,RMSEP=2.765 mg/L-1)高于PLS模型,且模型仅仅选取了4个特征波长变量,占238个全波段光谱变量的1.38%。说明利用平滑光谱预处理后,再建立岭回归模型,能节约时间和降低算法复杂度,能够快速准确地进行该水样样本COD浓度预测,为进一步实现水样的COD浓度快速检测奠定了基础。     

水稻叶片氮含量光谱监测中使用连续投影算法的可行性

使用5段移动平滑法、基线校正、光谱面积归一化、多元散射校正方法对水稻叶片可见-近红外光谱进行预处理,使用连续投影算法（SPA）进行有效波长的选取。分别基于光谱指数RVI、NDVI建立多元线性回归（MLR）模型,基于SPA有效波长建立MLR模型,基于全部波长建立主成分回归（PCR）及偏最小二乘法（PLS）回归模型。利用模型预测水稻叶片氮含量,对比发现基于SPA有效波长建立的模型的预测效果明显好于基于光谱指数RVI及NDVI建立的模型,略差于基于全部波长建立的PCR及PLS模型。基于MSC预处理光谱及SPA有效波长建立的模型预测集预测结果r=0.7943,RMSE=0.4558。在水稻叶片氮含量光谱监测中使用连续投影算法进行有效波长的选取是可行的。     

基于高光谱技术的果糖检测优化算法和可视化方法

为提升高光谱成像技术对果糖的无损检测精度, 引进一种优化偏最小二乘(PLS)因子数的方法,以高光谱 技术采集的苹果数据为基础,对比分析了全波段建模、遗传算法(GA)和连续投影算法(SPA) 选择光谱特征波段建模在 优化前后对果糖的预测性能。结果表明,优化方法不仅提高了模型的预测能力,同时降低了 模型的复杂度, 为PLS在化学计量学中的应用提供了改进方法。优化方法对全波段PLS模型的改善效果最 优,预测误差均方根(RMSEP)和测试组相关系数(R_p)前分别为〖 J P〗0.657、0.828,优化后改善至0.604、0.871。另外,本 文从可视化角度对果糖含量的差异进行表征,并取得良好效果,为进一步提升高光谱检测水 果内部品质的准确性提供了理论基础。     

可见近红外高光谱快速诊断番茄叶片含水量及其分布

基于可见近红外高光谱建立番茄叶片水分含量快 速诊断模型,对不同光谱处理及建模进行优选, 对水分含量分布进行可视化研究。结合阈值法采集不同生长期192个 番茄叶片感兴趣区域光谱信息进行预 处理比较,分析β权重系数法、连续投影算法(SPA)、无信息 变量消除(UVE)、竞争自适应加权算法(CARS) 及UVE-SPA、CARS-SPA组合方法特征波长优化方法,利用提取特征波长对多元线性回归(MLR)、主成分回 归(PCR)及偏最小二乘回归(PLSR)水分含量建模方法进行有效性评价,优化出最佳组 合模型,采用特征 图像光谱反射权重系数实现叶片含水量及其分布的可视化,解析叶片含水量光谱响应特性。 最终确立 Baseline为最佳波段预处理方法,全波段建模预测集相关系数R_p 达0.97;提取特征波长后,Baseline-CARS-MLR 为叶片水分含量预测最佳模型,预测集相关系数R_p为 0. 95,预测集均方根误差RMSEP为0.042。基于高光 谱成像技术快速评估叶片水 分含量具有一定优势,为活体番茄植株生长水分亏缺状况实时评估及智能化灌 溉技术提供理论依据。     

基于可见/近红外光谱技术的黄瓜叶片SPAD值检测

为了快速准确检测黄瓜叶片的SPAD值,采用可见/近红外光谱技术并结合化学计量学方法建立了黄瓜叶片SPAD值校正模型.并用不同建模方法对全波段光谱进行建模,结果表明用最小二乘支持向量机(LSSVM)建模得到的预测效果最好,其相关系数r和预测均方根误差RMSEP分别为0.9583和0.9732.通过分析黄瓜叶片的光谱反射率与SPAD值的相关系数和PLS建模回归系数,得到了531~581nm和696~716nm 2个特征波段以及556nm、581nm、698nm和715nm 4个特征波长,应用LSSVM分别对特征波段和特征波长建模.分析表明,采用特征波段建模,其预测相关系数r和预测均方根误差分别为0.9338和1.1370,与全波段建模结果相近,而采用特征波长建模效果稍差.特征波段建模大大减少了建模中的运算量,提高了建模速度,便于相应检测仪器的开发,所以,采用光谱特征波段建模对黄瓜叶片SPAD值的检测更为有效.     

连续投影算法在小麦高光谱定量分析中的应用

为了消除光谱变量间的共线性影响,减少建模变量以提高校正速度,文章引进一种新的波长选择方法:采用连续投影算法(Successive Projections Algorithm,SPA),并将其集成偏最小二乘(Partial Least Squares,PLS)技术构成SPA-PLS方法,用于冬小麦高光谱波长优化选择及其与...     

基于SPA和PSO-LSSVM的可见-近红外光谱水质pH值检测

为了提高可见-近红外（Vis-NIR）光谱法检测水质pH值的精度和稳定性，基于连续投影算法（SPA）和粒子群优化-最小二乘支持向量机（PSO-LSSVM）建立了多元校正模型。采集60个不同pH值水溶液样品的Vis-NIR光谱数据，运用Savitzky-Golay卷积平滑和标准正态变量变换对原始光谱数据进行预处理。基于SPA筛选的特征波长和PSO算法自动优化LSSVM的建模参数，建立多元非线性校正模型。结果表明，相比于其他对比模型，SPA-PSO-LSSVM模型具有更高的精度与更优的稳定性，验证集的均方根误差为0.67、决定系数为0.91，剩余预测偏差为3.10。     

基于IRIV-SA的乙烯FTIR光谱波数优选

利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术能够对有机物的成分及含量进行快速无损测量。作为重要的有机化工原料,乙烯在塑料、醇类和纤维等大宗化学品的制造中有着广泛的应用,但同时由于其易挥发性,乙烯对环境和人体有着潜在的危害。为提高FTIR技术检测乙烯浓度模型的精度,综合迭代保留信息变量法(IRIV)和模拟退火算法(SA)的优点,提出了改进的IRIV-SA红外光谱波数优选算法。该方法在IRIV算法稳定选取大量光谱特征波数的基础上,利用SA进一步筛选少量有效特征波数,从而降低模型复杂度,提高有机物光谱检测精度。实验首先利用IRIVSA对乙烯红外光谱的浓度进行波数选取,最终获取的特征波数由全光谱的271个变量降低至5个变量,再利用特征波数进行建模,结果表明其验证集相关系数、均方根误差为0.9989和0.3943,预测集相关系数、均方根误差为0.9978和0.6652,较全光谱建模精度有大幅提高。为进一步验证该算法的有效性,同时建立IRIV、SA、CARS (自适应重加权采样算法)、SPA (连续投影算法)以及IRIV-CARS、IRIV-SPA波数选取模型对相同数据集进行对比实验,比对结果表明IRI...     

苹果酸度可见-近红外无损测定模型设计与优化北大核心CSCD

针对苹果酸度可见-近红外无损测定,设计了一套优化的偏最小二乘(PLS)定量预测模型。首先,采用Savitzky-Golay平滑结合小波变换对光谱数据进行预处理,再通过连续投影法(SPA)生成建模集,同时通过竞争自适应重加权采样法(CARS)和SPA生成建模备选集。随后从建模备选集中以优胜劣汰的方式逐次追加波长变量至建模集,并根据建模集构建预测模型,直至决定系数的变化趋于稳定。实验结果表明:利用优化的PLS模型进行苹果酸度预测时,其决定系数与相对分析误差分别达到0.9776与6.6812,且选取的波长变量数由129项降至36项,明显优于SPA和CARS法。本方法在保证模型精度的同时降低了其复杂程度,为苹果酸度在线无损测定模型的建立提供了重要参考。     

基于无信息变量消除法和连续投影算法的可见-近红外光谱技术白虾种分类方法研究

应用无信息变量消除法结合连续投影算法对可见-近红外光谱区进行有效波长的选择,选择后的波长作为输入变量建立最小二乘-支持向量机模型,对白虾属中三种典型种,脊尾白虾、秀丽白虾和东方白虾进行鉴别分类.实验采用Kennard-Stone算法选取150个样本作为建模集,50个样本作为预测集,通过UVE-SPA优选了数值分别为392、431、517、551、595、627、676、734、760、861、943和1018 nm的12个波长为LS-SVM的输入变量,建立了白虾种分类模型.该模型对50个预测集样本检验的准确率达到了92.00%.结果表明,采用可见-近红外光谱对白虾种进行鉴别是可行的,UVE-SPA能够有效地进行波长选择,使LS-SVM模型获得最优的分类结果.     

玉米粉中苯甲酸的太赫兹光谱定量检测研究

为了检测玉米粉中苯甲酸的含量，控制苯甲酸在玉米粉中使用量，提高食品安全等级，采用太赫兹光谱技术对玉米粉中苯甲酸含量进行定量研究，获得了玉米粉中不同质量分数的苯甲酸在0.5THz~3THz的光谱数据。采用偏最小二乘、最小二乘支持向量机和多元线性回归构建光谱模型，未参与建模的样品用来进行模型评估, 并利用预测集相关系数R_p和预测集均方根误差e_RMSEP对模型进行了评价。结果表明, 最小二乘支持向量机模型评价能力最强，预测集相关系数R_p=0.9958，预测集均方根误差e_RMSEP=0.0057。说明太赫兹技术结合化学计量学方法可以用于定量检测玉米粉中苯甲酸的含量。     

基于iPLS原理最优化信息区间的桃糖度组合权重PLS模型研究

采用反向区间偏最小二乘法和组合区间偏最小二乘法优化桃糖度可见/近红外光谱的信息区间组合,在选择的信息区间基础上提出了建立一种线性组合权重PLS模型的方法。对近红外光谱进行二阶导数处理、卷积平滑校正后,在区间分割数为15时筛选结果最优,BiPLS所选择的信息区间为742~770nm和 862~920nm,SiPLS所选择的信息区间为742~770nm、832~860nm和892~920nm;直接组合信息区间BiPLS和SiPLS模型的RMSEP值分别为0.386和0.308;线性组合权重PLS模型的RMSEP值分别为0.351和0.364。结果说明在近红外定量分析中,建立线性组合权重模型具有克服复杂样品各信息区间对PLS建模贡献率不一样的问题。     

Detection of chemical oxygen demand in water based on UV absorption spectroscopy and PSO-LSSVM algorithm

A method of detecting chemical oxygen demand (COD) of water based on ultraviolet (UV) absorption spectra is proposed. The modeling and analysis of the standard samples and the actual water samples are carried out respectively. For the standard solution samples, the univariate linear models based on single wavelengths and the partial least square (PLS) model based on synergy interval partial least square (SiPLS) and moving window partial least square (MWPLS) are established. For the actual water samples, different pre-processing methods are used. SiPLS and MWPLS are used to select the characteristic bands. The least squares support vector machine algorithm optimized by particle swarm optimization (PSO-LSSVM) algorithm is used to establish the prediction model, and the prediction results of various models are compared. The results show that the optimal model is PSO-LSSVM which uses SiPLS to select the characteristic bands of the first derivative spectra (preprocessing method). The determination coefficient of the prediction set is 0.963 1, and the root mean square error of prediction (RMSEP) is 2.225 4 mg/L. PSO-LSSVM algorithm has good prediction performance for the analysis of COD in actual water samples by UV spectra. This paper provides a new design idea for the research and development of water quality detection optical sensor.     

基于PLS的飞机CFRP激光除漆LIBS监测判据研究

激光分层除漆的可靠性与可控性依赖于有效的在线监测技术,采用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术能有效监控激光除漆过程。本文采用激光去除飞机碳纤维复合材料(CFRP)表面漆层,并基于高重频激光除漆LIBS在线监测平台,在线采集除漆过程所激发的面漆和底漆2类光谱共60组。分别建立了基于主成分分析(PCA)和偏最小二乘法(PLS)的判别和预测模型,研究了激光分层除漆过程中LIBS光谱的分类判别。PCA模型前两个主成分累计贡献率达到了79.2%,PLS-DA模型前两个主成分累计贡献率达到了85.5%。PLS回归模型校正标准差(RMSEE)为0.142923,均方根误差(RMSEcv)为0.152053,模型的预测标准差(RMSEP)为0.142421,对20组激光清洗面漆和底漆的混合数据集进行预测,预测准确率达100%。结果表明PLS判别模型比PCA模型分类判别效果更好,PLS预测模型实时评估和自动分类漆层具有较好的预测精度。本研究可为LIBS在线监测激光除漆过程,实现自动化、智能化的激光除漆提供技术支持。     

基于iPLS原理最优化信息区间的桃糖度组合权重PLS模型研究

采用反向区间偏最小二乘法和组合区间偏最小二乘法优化桃糖度可见/近红外光谱的信息区间组合,在选择的信息区间的基础上建立了一种线性组合权重PLS模型.对近红外光谱进行二阶导数处理、卷积平滑校正后,发现在区间分割数为15时筛选结果最优,BiPLS所选择的信息区间为742~770nm和 862~920nm,SiPLS所选择的信息区间为742~770nm、832~860nm和892~920nm.直接组合信息区间BiPLS和SiPLS模型的RMSEP值分别为0.386和0.308,线性组合权重PLS模型的RMSEP值分别为0.351和0.364.结果说明在近红外定量分析中线性组合权重模型的建立克服了复杂样品各信息区间对PLS建模贡献率不一样的问题.     

基于可见-近红外光谱技术的制动液品牌混掺比例快速无损检测方法

研究了基于可见-近红外光谱技术的制动液品牌混掺比例快速无损检测方法.全波段建立的偏最小二乘回归(PLSR)和最小二乘支持向量机(LS-SVM)模型均得到了较好的预测结果.这两个模型的建模集和预测集的确定系数(r2c和r2p)均在0.98以上.采用连续投影算法(SPA)挖掘特征波长,最终选择了439 nm、443 nm、...