基于紫外光谱的水体硝酸盐浓度混合预测模型研究

水体中的硝酸盐浓度过高不仅会造成水环境污染而且会对人类身体健康造成很大威胁,传统的检测硝酸盐的方法检测时间长且操作复杂。针对水体中硝酸盐氮难以快速在线检测的问题,基于紫外吸收光谱,提出了一种混合预测模型结合光谱积分快速定量检测水体中硝酸盐浓度的方法。混合预测模型为低浓度样本建立的双波长法预测模型与高浓度样本建立的偏最小二乘支持向量机(LS-SVM)预测模型数据融合之后的模型。按照合适的浓度梯度配备了19组硝酸盐氮标准溶液,通过实验测得不同浓度硝酸盐氮样本的光谱数据。首先基于双波长法对所有样本进行回归分析,按照A=A₂₂₀-2A₂₇₅计算不同实验样本的吸光度A,其中A₂₂₀和A₂₇₅是220和275 nm处样本的吸光度,将吸光度A与样本浓度值进行线性回归,拟合出样本浓度的预测值。结果显示当样本浓度较小时,相关性很好,r为0.997 4,随着实验样本浓度的上升,曲线发生严重的非线性漂移,因此双波长法只适合低浓度样本预测模型的建立。对于高浓度样本,光谱重叠严重,适合建立非线性的预测模型,支持向量机(SVM)与LS-SVM都适合小样本的非线性数据建模,LS-SVM预测精度稍高,运算速度稍快。通过对所有的实验样本进行全波长光谱积分,比较相邻样本光谱积分的变化率可以筛选出样本的临界浓度值,4 mg·L-1的硝酸盐样本积分值前后变化率最大,因此选择4 mg·L-1作为临界浓度值较为合适。浓度高于4 mg·L-1的实验样本建立LS-SVM预测模型,通过交叉验证的方法选择出合适的参数,正则化参数γ=50,核函数选择高斯核,核函数宽度σ２=0.36,训练样本之后进行回归;其余样本建立双波长法预测模型,最后进行两种模型的数据融合,形成从低浓度到高浓度的水体中硝酸盐浓度的检测。为了验证混合预测模型的预测精度,另外建立了SVM,LS-SVM,偏最小二乘(PLS)等模型,并求出r,预测值与真实浓度值平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)对模型进行评价。验证结果表明,相比于SVM,LS-SVM和PLS等模型,提出的混合模型回归的相关系数为0.999 86,分别提高了1.8%,1.6%和0.45%,预测值与真实浓度的平均绝对误差为2.55%,分别降低了6.27%,4.49%和1.01%,均方根误差为0.303,为四种预测模型中最小,SVM与LS-SVM的相对误差相对较高,PLS模型相对误差上下波动比较大,混合预测模型相对误差最为稳定,并保持在较低水平,由此可见混合预测模型的预测效果明显优于其他几种模型。并与文献[5-7]中的测量方法进行对比,该混合预测方法可以简单快速的测量水体中硝酸盐氮的浓度,且不需要试剂,无二次污染,与文献[9]中的预测模型相比,预测精度明显提高。因此提出的混合模型可正确快速地预测水体中硝酸盐氮的浓度,可为在线监测水体中硝酸盐浓度提供有效的技术参考。     

导模共振效应光子晶体滤波器光谱检测稳定性的研究

由于光子晶体滤波器带宽窄和高灵敏度的特点,检测抗体含量极限可以达到ng·mL-1。可以应用于生物传感器监测生物大分子内部反应过程。一维光子晶体滤波器作为生物传感器换能元件将生物信息转化为可检测的光电信号信息,主要反应在光谱仪测得共振波峰所在波长的变化。精确测试时,检测传感系统的稳定性是首要考虑的关键因素。稳定性决定实验数据的有效性。该工作对所制备的基于导模共振效应的一维光子晶体滤波器结构进行形貌和光谱测试,介绍了实验室所搭建的实时检测传感系统。由于系统集成度、 耦合损耗等因素的影响,光谱信息出现一定的噪声信号。因此,重点提出利用Lab VIEW编程实时监控光子晶体滤波器共振波峰值随时间的变化,由光谱变化情况来反应本套检测系统的稳定性和测试数据的有效性。同时这种实时监控程序也可用来监控其他基于导模共振生物传感系统的稳定度。该检测系统由于震动,光源抖动等问题产生的共振峰值漂移为0.25 nm,通过与模拟计算结果比较可以判定系统稳定性可以达到试剂检测的要求。     

近红外光谱在线测量技术在聚合物加工中的应用研究进展

聚合物材料制品的性能与成型加工过程有着密切的联系,因此在线监控加工过程中材料的状态至关重要。根据在线监控实时反馈的数据,能够实现加工工艺参数的及时调整,确保生产过程的稳定性,从而保证产品质量、减少能源浪费、提高生产效益。近红外光谱在线测量技术是一种成本低、实时性强,可以准确定量分析的技术,已在很多生产领域得到了应用,然而在聚合物加工领域仍处于研究阶段。本文从测量聚合物中的组分含量、熔融指数、熔体密度、填充物的分散性四个方面概述了近红外光谱在线测量技术在聚合物加工中的应用研究进展,指出了近红外光谱在线测量技术尚存在的问题,给出了几点建议,最后对近红外光谱在线测量技术未来的发展进行了展望。指出在未来几十年里,随着光纤光谱仪器科学、计算机科学以及化学计量学方法的发展,近红外光谱在线测量技术在原始数据稳定性、预处理方法、建模方法及模型的稳健性与准确性上将会有长足的进步,将会在更多的领域推广应用,产生巨大的经济与环保价值。     

面向生物过程的在线式傅里叶变换红外光谱仪

针对生物过程反应底物含量的实时测量,设计了一种在线式傅里叶变换红外光谱仪及衰减全反射(attenuated total reflectance,ATR)探头。(1) 光谱仪采用双立体角镜和平面镜相组合的方法,设计了一种高性能干涉仪系统;采用了光路折叠方式,使干涉仪结构紧凑;采用了双立体角镜,大大减少了动镜运动过程中存在的旋转、倾斜等因素影响;采用平行四边形摆动柔性支撑装置来支撑动镜,使动镜移动时无摩擦,无抖动,运行平稳;采用ZnSe分束器,使仪器抗潮湿性能大大增强;采用分束器60°光入射方式,提高了光通量。(2) 该工作设计的一种结构简单、光通量大、经济实用的ATR原位测量探头,入射光和出射光的传输均利用了大口径内镀中红外高反膜光导管作为ATR探头的红外光传输介质,从而大大降低红外光在光导管内壁多次反射后的能量损失,使得ATR探头具有高光通量,提高了信号强度,使信号的检出更加容易。最后采用灵敏度高的MCT(碲镉汞)检测器实现红外干涉信号的收集,使得检测效果更好。实验结果表明,系统具有防潮性能出色,光通量大,在线测量等优点。所设计在线式傅里叶红外光谱仪,能够较好的完成生物反应器内甘油等常见反应物底物的实时测量,在生物在线分析、化学物质检测、材料分析学等诸多领域具有较好的应用前景。     

MOOC环境下生物化学微课程的设计

尝试了在生物化学教学过程中应用MOOC协同教学模式进行教学重构,并以脂肪分解代谢一节为例着重详述慕课核心——微课程的设计过程,这种新颖的教学模式能显著提高学生的学习兴趣,也为研究者参与 MOOC 环境教学提供参考。     

交易流动性不对等环境下基于收入共享契约的供应链协调

供应链中存在单一生产商、单一零售商和一个交易流动性不对等的第三方B2B电子交易市场。在零售需求不确定的情况下,分别建立了供应链集中决策模型、传统固定合约均衡决策模型、收入共享契约分散决策模型,验证了收入共享契约在多渠道采购环境下仍可以协调供应链,分析了使供应链达到帕累托改进的收入共享契约的参数设定,最后分别从卖出流动性和买入流动性两个角度讨论了交易流动性对供应链的影响。研究结果表明,卖出流动性好的电子交易市场可以促使供应链达到最优生产量,实现整体收益的最大化;两种交易流动性的趋好都会提高供应链效率,但生产商更偏好卖出流动性好的电子交易市场。     

基于在线评论的多个竞争制造商和零售商的产品定价策略

在线评论作为一种产品信息传播载体,越来越受到网上电商及消费者的重视,并在很大程度上影响消费者的购买决策。本文在多个竞争性制造商为在线零售商提供可替代性产品并通过零售商销售给网络消费者的电子商务环境下,研究在线评论信息如何影响网络消费者购买决策及在线零售商和制造商的定价策略。以neo-Hoteling模型为基础,构建了依赖零售渠道在线评论的消费者选择模型,并通过模型求解定量分析了二级供应链结构分散系统下在线评论对多个竞争性制造商及零售商最优决策的影响。得到当制造商基于评论制定最优定价策略时,在线评论对市场竞争强度没有影响,但决定潜在市场大小;各产品的均衡批发价及销售价按一定的比例随评论揭示的该产品与其他产品质量均值之差(正或负)增加或减少,评论信息通常会使制造商因好评而获利,由于评论增加了不同产品需求的不对称性,零售商因而具有更大的调价空间,往往通过提高(降低)占据有利(不利)评论的产品价格获得更高的利润。     

环形路网上带有服务时长的在线TSP问题

为了提高快递揽件的时效性,需要对快递车辆进行有效调度。针对环形路网上服务时长以及需求无法预知的揽件问题,本文提出了以服务总时间尽可能短为目标的环形路网上带有服务时长的在线旅行商问题。用在线算法分析了此问题竞争比的下界,设计了两个在线算法并分析了各自的竞争比,结果表明服务时长可以改善在线车的性能。最后通过简单算例对两个算法进行说明,本文研究结论可以为环形路网上的快递车辆实时调度提供指导。     

一种使用在线评论信息的商品购买决策分析方法

在线评论信息对消费者的商品购买决策影响非常显著,如何使用数据体量较大的在线评论信息来进行有针对性的商品购买决策分析是近年来尤为需要关注的一个新研究内容。本文提出一种使用在线评论信息的商品购买决策分析方法。首先,通过在线评论信息的挖掘来确定了消费者所重点关注的关于候选商品的商品特征及其权重;然后,通过消费者情感的分析来构建了关于各候选商品的商品购买决策矩阵;在此基础上,通过给出的一种基于随机TOPSIS的方案排序方法来进行了各候选商品的排序。最后,依据携程网提供的关于三家客栈的在线评论信息进行了数据实验,从而说明了本文提出方法的实用性与可行性。     

带有交易费用和持有成本的局内采购管理模型竞争分析

采购管理是企业经营活动的一个重要组成部分,更加有效的采购管理策略可以大大减少采购费用,对于企业的经营业绩非常重要。在现实的经济活动中交易费用和持有成本在企业管理费用中占很大一部分比率,而采购过程影响着交易费用和持有成本。所以在前人研究的基础上,将交易费用和持有成本引入到局内采购管理模型中,使得运用该策略无论以后采购价格如何变化,局内人的采购成本总是对应局外问题最优采购成本的一定比例c之内,并得到c与原模型相同。但是引入交易费用和持有成本后每天的采购量将发生变化,原模型是在不考虑交易费用和持有成本的前提下得得到的每天采购量和最优竞争比,如果考虑到现实经济活动中不可忽略的交易费用和持有成本,仍然按照原模型来确定每天的采购量来采购就不能得到最优竞争比c。所以本文考虑到了交易费用和持有成本,并得到和原模型不同的每天采购量,并求出最优竞争比c。