基于CARS-CNN的高光谱柑橘叶片含水率可视化研究

柑橘叶片水分亏缺是影响柑橘生长发育的重要因素之一,为研究水分胁迫对柑橘含水率的影响,利用高光谱快速无损检测柑橘叶片含水率,并应用伪彩色处理实现含水率可视化。收集100片柑橘叶片,使用烘干法得到鲜叶和烘干叶片一共500个不同梯度含水率的数据样本,将样本按7∶3的比例划分为训练集（350个样本）和测试集（150个样本）,使用决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)来评估模型预测的好坏。采用卷积神经网络（CNN）对高光谱数据进行预测,CNN模型使用一维卷积核,一共三层卷积池化层,使用RELU激活函数激活,输出层采用linear激活函数回归预测,使用nadam算法对模型进行优化更新,迭代次数为1 000次;将原始光谱数据和SG,MSC和SNV三种预处理后的光谱数据,与全波段、CARS筛选的特征波段、PCA提取的特征波段组合,导入CNN模型,确定最佳模型为原始光谱数据的CARS-CNN,训练集的R2_c和RMSEC分别为0.967 9和0.016 3,测试集的R2_v和RMSEV分别为0.947 0和0.021 4;原始光谱数据的全波段CNN模型效果其次,训练集的R2_c和RMSEC分别为0.934 3和0.024 9,测试集的R2_v和RMSEV分别为0.915 9和0.028 6。对比了不同预处理方式和特征波长选择的支持向量机回归模型(SVR)、偏最小二乘法回归模型（PLSR）、随机森林模型(RF)组合的最佳结果,将最佳组合模型（原始光谱数据+CARS+PLSR,SNV+PCA+RF,SNV+PCA+SVR）与原始光谱数据的CARS-CNN对比,结果表明,依然是原始光谱数据的CARS-CNN模型预测效果最佳。相较于其他的模型,CARS-CNN模型经过CARS筛选特征波段和卷积核进一步提取特征后,预测精度远高于SVR,PLSR和RF模型。选择训练好的CARS-CNN模型,将高光谱图片导入到模型中,计算每个像素点的含水率,得到伪彩色图像,能够可视化叶片的含水率分布情况。研究结果为柑橘叶片水分含量提供了更快速、更直观、更全面的评估,为研究柑橘叶片水分胁迫提供了依据,为智能灌溉决策的优化提供了参考。     

温度变化对近红外光谱预测木材含水率的影响

为实现温度不稳定环境下木材含水率的近红外光谱检测,探究了不同温度下木材近红外光谱的变化规律及温度变化对近红外预测木材含水率的影响。对从林场采集的樟子松、水曲柳、大青杨和红松原木木块试样各75块,共计300块试样,进行了不同温度和含水率条件下的近红外光谱采集。采用单一温度下的校正集分别与各个温度下的验证集建立偏最小二乘含水率预测模型,探究温度变化对木材含水率模型预测准确性的影响。比较了不同光谱预处理的木材含水率预测温度全局模型。采集相同含水率下不同温度的近红外光谱数据,对光谱进行光谱平均、一次微分、主成分分析和偏最小二乘判别分析,以探究温度变化时,木材近红外光谱的变化规律。结果显示：（1）温度对木材样品光谱存在显著影响;主成分分析和判别分析表明不同温度下的样品有明显聚类趋势,温度判别准确率为96.1%。温度会影响木材的近红外光谱在特定波长吸收峰的位置及吸光度,在含水率相同的情况下,随着温度的升高,特定位置吸收峰有逐渐向高频波段转移的趋势且在零下低温时波峰移动变化更明显。（2）不同温度下的PLS含水率预测模型对温度变动的适应能力有差异,木材含水率预测模型更适应于检测与建模样本相同温度的样品。与单一温度模型相比,PLS温度全局模型对于温度变化具有很好的适应性和应用潜力,RMSEP低于大部分单一温度模型。基于SG平滑+多元散射校正+一次微分预处理联用的PLS含水率温度全局模型有较好的预测效果和温度适应性,RMSEP降为0.074。可见,温度变动是近红外法检测木材含水率的过程中不可忽视的扰动因素;基于光谱预处理的温度全局模型可以显著提高温度适用性。该研究可进一步促进近红外光谱技术在木材生产、加工过程中的应用。     

温度影响下不同含水率细砂中土压力盒测试结果试验研究

在长期的工程监测中,土压力盒的测量精度易受到周围土体环境温度变化的影响。为了提高土压力测量值的可靠度,本文将电阻应变式微型土压力盒埋设于装填有不同含水率细砂的标定桶中,运用冻融循环箱模拟温度变化环境,系统研究了温度循环变化时多个因素对土压力盒测量结果的影响。通过试验研究发现：标定桶内砂土的温度从20°C降低到0°C再升高到20°C的单个冻融过程中,温度对土压力盒测量压力值的影响较大,且得到的温度标定系数为负值,细砂的含水率对土压力盒的温度标定系数的影响相对较弱,采用较小量程的土压力盒以及细砂上部载荷量的增加会使土压力盒的温度敏感性增强;冻融循环次数的增多,会造成土压力盒测量值的损失。     

有机胺对阳离子交换树脂性能的影响

采用浸泡方法分别研究了氨、乙醇胺、吗啉对阳离子交换树脂性能的影响。利用光学显微镜观察浸泡前后阳离子交换树脂的形貌。55℃下,分别在pH值为9.3的氨、乙醇胺及吗啉的溶液中浸泡不同时间后离子交换树脂的总交换容量、含水率、湿视密度、湿真密度变化均不明显。以3种不同浓度(0.9mol/L、1.4mol/L、1.9mol/L)的氨、乙醇胺及吗啉的溶液分别浸泡离子交换树脂,浸泡后总交换容量、含水率、湿视密度、湿真密度的变化也不大。在恒定pH值与不同浓度碱化溶液中浸泡后,黑琥珀色半透明离子交换树脂的颜色均变浅。实验结果表明有机胺对凝胶型阳离子交换树脂的性能和形貌影响不大。     

差压法测量两相流相含率的研究

本文通过差压式测量方法,对气液两相流中含气率及油水两相流中含水率的测量进行了深入的试验研究。通过水平及垂直上升段的结构组合,测量气液两相流中的含气率值,在对流型测量与分析的基础上,建立了不同流型下垂直上升段与水平段摩擦压降间的修正关系式,减小了测量误差;通过采用一缓流的垂直下降段,测量油水两相流中的含水率值,获得了好的结果。     

城市生活垃圾物理化学性质的测定

测定了苏中地区家庭垃圾和街道垃圾的含水率、有机挥发分和燃烧热值.家庭垃圾和街道垃圾的含水率分别为70%和50%;干基高位热值分别为15433和16205kJ/kg,湿基低位热值分别为3237和6784kJ/kg,基本满足垃圾焚烧自燃条件.     

多孔介质体干燥过程中含水率分布的可视化研究

工业中应用广泛的食品干燥等干燥现象,多是含水多孔介质体的干燥。本文利用可视化实验,研究了含水多孔介质体的干燥现象。并利用实验拍摄的数字图像进行分析和含水率计算,提出干燥过程中含水率分布图像化的方法,并讨论了将此图像化方法应用于含水多孔介质体干燥的可行性。     

Coriolis流量计在油水两相流中的误差特性研究

在油水两相流实验回路上,用Coriolis质量流量计对油水两相流中的流量和含水率的误差特性进行了实验研究。实测了含水率的相对误差随含水率的变化特性。实验结果也证明质量流量和体积流量的相对误差在含水率0-100％范围内都较小,且在同一含水率下,流量越大,精度越高。实验所用的Coriolis质量流量计通径为25 mm,实验范围为:体积流量1.2 m3/h～2.4 m3/h,含水率0-100％。     

低场核磁结合偏最小二乘回归预测含油污泥水和油含率

快速准确分析处理过程中含油污泥的含水率和含油率有助于现场评价其原油回收效率和优化处理工艺参数。以Dean-Stark装置测定的含油污泥样品的含水率和含油率作为参考值,利用低场核磁共振结合偏最小二乘回归法建立了样品含水率和含油率校正集模型,考察了回波衰减曲线和横向弛豫时间T2曲线对校正集模型性能的影响。结果表明,采用前者建立的校正集模型性能优于后者;在此基础上,建立了31个样品的含水率和含油率通用校正集模型,其含水率和含油率模型的决定系数(R2)分别为0.965 7和0.978 5,校正标准差(RMSECV)分别为2.73%和2.22%。利用3个不同批次采集的HZ-OS样品对该模型进行验证,对于含水率和含油率模型,其验证集R2分别为0.914 1和0.924 7,预测标准差(RMSEP)分别为1.85%和2.04%,与RMSECV值比较接近,说明该模型的稳定性较好,可用于准确分析样品的含水率和含油率。     

石墨炉原子吸收光谱法间接测定蒸汽含水率

利用石墨炉子吸收光谱法测定蒸汽发生器循环水和蒸汽冷凝水中的铯则间接测定蒸汽含水率。蒸汽含水率等于冷凝水中铯的浓度除以循环水中铯的浓度。石墨炉原子吸收光谱可以准确测定０．１ｇ／Ｌ至１ｍｇ／Ｌ浓度的铯,样品中可能存在的一些物质对测定没有干扰。本方法可以满足测定蒸汽含水率的要求,实现了数百份含水率样品的测试。