基于稳定一致波长筛选的无标样近红外光谱模型传递方法

测量环境及仪器间光谱信号的差异导致近红外光谱模型从主机传递到从机后,经常会产生过大误差。本研究提出了一种基于稳定一致波长筛选的无标样近红外模型传递方法(Screening stable and consistent wavelengths,SSCW),剔除主从仪器间差谱的标准偏差大于样品精密度测试光谱标准偏差的波长,以及精密度测试偏差过大的波长,筛选出仪器间光谱信号一致性好且稳定的波长建立近红外光谱定标模型。分别以玉米和黄芩样本集对本算法的有效性进行了检验。结果表明,SSCW模型传递后对从机样品的预测均方根残差RMSEP较全波长PLS模型直接传递结果小一个量级,大部分情况下优于分段直接校正算法(Piecewise direct standardization,PDS)的结果和文献报道的无标样模型传递结果。本方法具有传递性能好、模型参数少、稳健等优点,在不同仪器间可实现近红外光谱模型的无标样传递。     

PDS用于不同温度下的近红外光谱模型传递研究

采用合适的计算方法可降低测定环境对近红外光谱校正模型稳健性的影响。该文以喷气燃料为研究对象,考察了分段直接校正算法对所建模型预测结果的影响,通过选择转移样品数及窗口宽度,建立了最佳的校正模型和光谱转移参数。结果表明,在20℃下建立近红外光谱校正模型,直接预测30℃下喷气燃料的密度,预测集样品均方根误差（RMSEP）为0.2031,而30℃近红外光谱采用分段直接校正算法模型转移后,预测集样品均方根误差（RMSEP）降低为0.1354,预测结果得到明显改善,有效地解决了样品温度对近红外光谱分析结果的影响。     

用于近红外光谱分析的化学计量学方法研究与应用进展

分析模型的建立是近红外光谱分析的核心技术之一,本文综述了近些年在近红外光谱分析方法中出现的一些新算法和模型建立策略,如基于核函数的非线性校正方法、集成(或共识)的建模策略、多维分辨和校正方法、基于局部样本的建模策略以及二维相关光谱等,并给出了一些方法的具体算法。     

二进制蜻蜓算法-直接校正算法优选标样集在小麦粉蛋白质近红外模型传递中的应用

为了实现小麦粉蛋白质含量近红外分析模型的传递，探究二进制蜻蜓算法(Binary Dragonfly Algorithm, BDA)与直接校正算法(Direct Standardization, DS)相结合构成的BDA-DS算法挑选标样集对模型传递结果的影响。以棱光S450光栅型近红外光谱仪为主机，NeoSpectra Micro傅里叶变换型近红外光谱仪为从机，采集了126个小麦粉的近红外光谱，用偏最小二乘回归法建立了主机近红外光谱与小麦粉蛋白质的关联模型。经BDA-DS算法模型传递后，主机模型对从机样品预测决定系数为0.9812,预测标准偏差为0.1838,从机与主机的光谱集合平均马氏距离由22.34下降到1.40,均接近于主机模型精度水平。该研究同时与采用Kennard/Stone(K/S)挑选标样集再结合DS构成的传统K/S-DS算法进行了对比，结果表明：相对于K/S-DS算法，BDA-DS算法挑选出较少的标样集就能表征仪器的差异，有效地提高了主机模型对从机样品的预测精度，为近红外模型传递提供了一种更加有效的标样集选择方法。     

基于尺度不变特征变换筛选稳定特征波长的近红外光谱模型传递方法

该研究利用一维尺度不变特征变换(SIFT)算法寻找烟叶近红外光谱(Near infrared spectroscopy,NIRS)的稳定特征波长,根据样品精密度测试光谱筛选的波长计算重现率和重现度,采用L_9(3~3)正交表优化SIFT算法中的相关参数,使重现率和重现度尽可能高。基于优化的参数和主机上10个代表性样品的光谱,筛选出10个稳定特征波长集合,以这些波长集合并集的光谱响应为自变量,采用偏最小二乘(PLS)方法构建烟叶总植物碱NIRS模型(简称SIFT-PLS)。该模型直接传递到3台从机后,对3台从机样品总植物碱的平均相对预测误差(MRE)均满足小于6%的企业内控要求,而全光谱模型(WW-PLS)直接转移后仅1台从机的MRE满足要求,经分段直接校正(PDS)方法校正从机光谱后,WW-PLS模型也仅对1台从机的MRE小于6%。采用SIFT算法筛选稳定特征波长建立的NIRS模型可在3台从机直接共享,无需转移集,不需对从机光谱或光谱模型进行校正,实现了真正意义的无标样NIRS模型的直接转移。     

近红外光谱分析中的化学计量学算法研究新进展

近红外光谱是一种绿色、快捷的分析技术,在科学研究、工业生产以及日常检测中得到广泛应用。化学计量学算法的应用在近红外光谱技术的发展过程中发挥了重要作用。化学计量学方法通过寻找测量变量之间的相关性,构建数学模型,量化样本间的差异性,并发现事物变化的内在规律,实现较合理准确的未知预测。这也是"大数据"战略的重要环节和主旨所在。该文针对近红外光谱吸收信号较弱、谱峰重叠严重,以及光谱测量过程中易受背景、噪声、无信息变量和外界环境因素干扰等,导致借助化学计量学方法建立的光谱与研究目标的定性定量分析模型变差问题,总结了近年来在近红外光谱领域所提出的一些化学计量学新方法,包括光谱预处理、变量选择、多元校正和模型转移,从不同角度阐述了这些方法在消除近红外光谱模型的干扰因素,提高模型的可靠性、预测准确性和适用性等方面的作用。     

近红外光谱混合模型定量分析不同物理状态样品的研究

近红外光谱(NIRS)以漫反射模式对非均质样本进行测量时,由于其光谱散射和吸收系数差异较大,建立的校正模型准确性和稳健性较低,因此,本研究提出了一种基于均质样本和模型转移方法建立混合模型的策略,解决非均质样本近红外光谱检测的问题.以烟叶样本为研究对象,分别建立了基于Shenk专利算法(Shenk′s)、分段直接标准化(PDS)和基于典型相关分析的模型转移算法(CTCCA)的烟粉+烟丝、烟粉+烟片混合模型,用于烟丝和烟片样本中烟碱含量的预测.结果表明,混合模型对烟丝和烟片样本的预测均方误差(RMSEP)较直接建模分别降低了1.39%和2.73%,预测结果有一定的改善,稳健性提高,3种方法中CTCCA表现最优.因此,采用近红外光谱均质模型和模型转移方法建立的混合模型对非均质样本的测定具有可行性,有利于在线近红外光谱分析技术的发展,可为近红外光谱模型的共享提供参考.     

复烤片烟常规化学成分的傅里叶变换近红外光谱法的模型转移

为实现复烤片烟常规化学成分的模型在不同品牌傅里叶变换近红外仪器上的使用与共享,以贵州产区复烤片烟样品为研究对象,利用Kennard-Stone算法选择标准样品,将偏移量校正(BC)、截距斜率校正(SBC)和光谱空间转换(SST)等3种模型转移算法应用于不同品牌傅里叶变换近红外仪器的模型转移,并对3种模型转移算法的转移结果进行分析。结果表明:将复烤片烟常规化学成分的主机模型直接应用于从机预测时,主机和从机的预测值之间存在显著性差异;采用BC、SBC和SST可以实现不同品牌傅里叶变换近红外仪器的模型转移,其中SST转移结果最优。     

基于麻雀搜索算法结合深度前馈神经网络的近红外模型转移方法研究

该文提出了一种基于麻雀搜索算法结合深度前馈神经网络（SSA－DFN）的近红外光谱模型转移方法。使用深度前馈神经网络拟合不同仪器采集到的光谱之间的非线性函数映射,并将麻雀搜索算法用于网络各层连接权值和阈值的初始化,通过种群中个体位置的迭代更新,求得连接权值和阈值的最优初始值;通过多次调整深度前馈神经网络模型的超参数,使网络拟合效果趋于最优,最终确定转移函数。为验证方法的有效性,分别从烟叶近红外光谱谱图、主成分投影和预测结果的角度,将SSA－DFN方法与分段直接校正算法（PDS）、典型相关性分析算法（CCA）转移前后的效果进行了对比。结果表明SSA－DFN方法转移后的从机光谱与原主机光谱重合度最高,转移后主、从机总糖、烟碱含量的预测结果差异不显著,预测平均误差从8.32%、9.15%分别降至4.65%、4.82%,预测均方根误差（RMSEP）和决定系数（R2）等指标均优于PDS和CCA,取得了最佳的转移效果,可满足企业需求。结果表明该方法是一种有效的模型转移方法。     

小波多尺度分段直接校正法用于近红外光谱模型传递的研究

分段直接校正(PDS)算法是目前最常用的近红外光谱模型传递方法,但它在对整个谱区进行校正时,始终依赖大小不变的传递窗口.为了提高传递效果,本研究在PDS基础上提出了一种新的算法--小波多尺度分段直接校正法(WMPDS),用于混胺的近红外光谱模型传递,并详细讨论了模型的传递参数和传递结果.本算法首先对混胺的近红外光谱进行...     

胆酸含量的近红外分析数学模型

本文应用近红外技术研究了快速测定胆酸含量的方法.通过测定胆酸在10000~4000cm-1范围内的近红外透射光谱,基于偏最小二乘(PLS)算法,建立了胆酸含量的数学模型.以校正均方差(RMSEC)和相关系数(R)为指标,确定了用于建模的最优近红外波段和光谱预处理方法,并基于此模型预测了9个样品.结果显示,建模效果良好,...     

苹果产地差异对可溶性固形物近红外光谱检测模型影响的研究

为更好地利用近红外光谱预测苹果可溶性固形物含量,减少产地差异对近红外光谱检测模型的影响,以4种不同产地的富士苹果为研究对象,采用基于x-y共生距离的样本划分方法分别对不同产地的苹果选取代表性样本作为校正集,利用偏最小二乘算法,建立和比较单一产地和混合产地下的苹果可溶性固形物近红外光谱检测模型,并结合竞争性自适应重加权算法(CARS)和连续投影算法(SPA)对苹果可溶性固形物的建模变量进行筛选。相比单一产地和其它混合产地模型,混合所有4种苹果产地的校正集样本建立的模型取得了最好的预测结果,另外,结合CARS-SPA筛选的16个特征波长,模型得到了进一步简化,其预测相关系数和预测均方根误差分别为0.978和0.441°Brix。结果表明,利用多个产地的苹果样本建立的混合模型,结合有效特征波长,可提高对苹果可溶性固形物含量的预测精度,减小产地差异对可溶性固形物近红外光谱检测的影响。     

叠加多元校正分析

基于多模型(模型融合)建模的思想,开发了两种新的叠加多元校正分析算法:叠加PCR(PLS)多元校正分析和叠加移动窗口PCR(PLS)多元校正分析。与一般的多模型建模方法不同的是其通过赋予光谱数据中的不同部分不同权重叠加子多元校正模型。因此,其可以通过权重调节或选择变量。在消除光谱数据中常见的冗余信息的同时,避免信息遗漏的缺点,并最终提高模型的稳健性,简化了模型。对于这两个新的算法,尽管其具体步骤不同,但仍取得了相似的预测结果。本文通过两套近红外光谱文献数据计算验证了这两个新方法的优越性。     

近红外分析中光谱预处理及波长选择方法进展与应用

光谱预处理和波长选取方法在近红外光谱分析技术中相当重要。本文综述了常用的NIR预处理和波长选取方法及这一领域的最新进展,详细介绍正交信号校正(OSC)、净分析信号(NAS)和小波变换(WT)等新光谱预处理方法以及无信息变量消除(UVE)和遗传算法(GA)等波长选取方法,并给出了这些方法的具体算法和一些应用实例。     

普鲁克分析用于近红外光谱仪的分析模型传递

使用普鲁克分析（Procrustes analysis,PA)统计学方法解决多元校正中的模型传递问题，并研究了PA算法中主要因子数及标样数对传递结果的影响，在5台国产CCD近红外光谱仪上进行了试验，初步获得了令人满意结果。     

基于稳定一致波长优选的综纤维素近红外分析模型传递

以实现纸浆材综纤维素含量的近红外分析模型在3台不同型号光谱仪上共享为目标,提出SWCSS-UVE及SWCSS-CARS联用算法。即分别利用竞争性自适应重加权采样算法（CARS）和无信息变量剔除（UVE）算法,减少SWCSS方法中入选的无信息或信息少波长的不利影响,以提高模型转移精度,并与单独的SWCSS和分段直接标准化算法（PDS）以及斜率截距（S/B）算法校正后的传递结果进行比较。结果表明,通过SWCSS-UVE方法最终可从稳定一致光谱信号中进一步优选出91个波长建立模型,该模型能同时应用于2台从机所测量光谱的分析,预测标准偏差（RMSEP）分别从模型转移前的2.0114和9.4518下降到了1.5919与1.6818,优于SWCSS, SWCSS-CARS和PDS以及S/B算法的结果。这表明SWCSS-UVE算法可以有效剔除SWCSS方法中包含的无效波长,简化模型传递过程,提高模型传递效率和稳健性。     

基于GPU计算的并行PLS算法研究与实现

偏最小二乘算法(PLS)是与红外、近红外光谱分析结合使用最为广泛的化学计量学算法,然而当前PLS算法通常采用单线程方式实现,当校正模型数量多或样本数量大、波长点数和主成分数较多,模型需对光谱预处理和波长选择方法反复优化时,计算十分缓慢。为大幅提高建模速度,该文提出了一种基于图形处理器(GPU)的并行计算策略,利用具有大规模并行计算特性的GPU作为计算设备,结合CUBLAS库函数实现了基于GPU并行的PLS建模算法(CUPLS)。利用近红外光谱数据集进行性能对比实验,结果表明CUPLS建模算法较传统单线程实现的PLS算法,加速比可达近42倍,极大地提升了化学计量学算法的建模效率。该方法亦可用于其它化学计量学算法的加速。     

人工神经网络方法用于PC/ABS材料定量分析

采用人工神经网络(ANN)算法建立了不同共混比的ABS/PC样品的近红外光谱数据与共混比的定量校正模型,并对校正模型的准确性进行了验证。实验分析结果表明,该方法适合于高分子材料共混比的测定。     

近红外光谱法快速测定推进剂中N-甲基对硝基苯胺

采用近红外光谱法快速测定固体推进剂中N-甲基对硝基苯胺(MNA)的含量。评价了滤波平滑、一阶导数、二阶导数、多元散射校正(MSC)和标准正态变量校正(SNV)这5种不同光谱预处理方法的优化效果，基于建模参数优化结果建立了MNA定量模型，并对模型进行了准确性和重复性验证。结果表明，光谱最佳预处理方式是SNV，模型最佳主因子数为7，模型校正决定系数(R_C²)和验证决定系数(R_P²)分别为0.998 6和0.987 2，交互验证均方根误差(RMSECV)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.012 0和0.009 8，重复性极差和绝对误差均低于0.2%。近红外光谱法与液相色谱法测定结果相比相对偏差在6%以内，经t检验，两种方法测定结果无显著性差异。近红外光谱法快速、准确，可用于推进剂老化进程监控。     

基于高光谱和化学计量学方法的除草剂残留分类识别研究

本研究基于高光谱技术和化学计量学方法,对薄荷叶上的异丙甲草胺、烟嘧(莠去津、敌草胺和砜嘧(精喹4类除草剂残留进行种类判别.高光谱成像光谱范围为450nm～950nm的可见-近红外区域.为降低噪音对光谱数据的干扰、提升判别精度,采用SG平滑和多元散射校正对高光谱曲线进行处理.利用主成分分析算法(PCA)对原始数据进行降维...