局部偏最小二乘回归建模参数对近红外检测结果的影响研究

报道了在局部加权(LWR)回归方法基础上,自主改进的更简单、实用的局部偏最小二乘回归(LPLS)的原理和方法。并以云南优质烤烟为实验材料,在国产光栅漫反射型近红外仪器上,研究了主成分数以及局部建模样品数对检测结果的影响。结果表明：应用交叉验证方法推荐的尼古丁组分模型主成分数并不是最优,通过适当降低主成分数可提高检测效果;局部建模样品数为30～50个时总糖、总氮、尼古丁预测准确度的提高幅度可分别达7%,14%,10%以上。该方法能有效提高近红外数学模型的预测准确度,是建立具有高度适应性近红外数学模型的有效方法。     

样品年份、化学值分布参数对近红外检测结果的影响

以云南优质烤烟为实验材料,在国产光栅漫反射型近红外仪器上,比较研究了不同年份样品建模、不同化学值分布建模对近红外检测结果的影响。结果表明：总糖、尼古丁组分模型偏差受年份影响较大,总氮组分模型偏差与样品年份关系不明显。烤烟组分的不同化学值分布建模结果表明：用化学值按自然正态分布的样品建立模型的结果优于按均匀分布建模的结果。该研究对从大量天然产物样品中挑选代表性样品时所采用的挑选方法和原则具有指导性的参考价值。     

样品装样、测试条件等因素对近红外检测结果的影响与分析误差源比较研究

以云南优质烤烟为实验材料,在国产光栅漫反射型近红外仪器上,研究了样品装样、测试条件等因素对近红外检测结果的影响。并实现了通过建立全局模型应用自校正方法来降低分析误差。结果表明,在不考虑样品粒度、测试条件等因素的影响情况下,该仪器自身信噪比等性能指标引起的测试重复性误差、重装样误差、样品松紧度误差来源各占50%,30%,20%左右,通过压样措施可降低由样品松紧度产生的误差。当季节、温度等测试条件发生较大变化时,引起的测试准确性误差远大于所有测试重复性误差的总和。文章旨在从误差来源理论上解析各影响因素,为改进仪器提供基础理论数据;从理论上解析测试条件因素影响的重要性,并为近红外技术研究解决该问题给出了一种新思路。     

国产光栅近红外光谱仪扫描条件对检测结果的影响

以云南优质烤烟为实验材料,在国产光栅漫反射型近红外仪器上,研究了采集间隔、开机时长、背景测量频率等扫描条件对近红外检测结果的影响。研究结果表明：8,16 nm的光谱数据采集间隔对近红外烤烟定量分析的影响不大,为提高采集速度确定该仪器的采集间隔为16 nm;建立了包含开机时长因素在内的模型,提高模型的适应性;该仪器具有基线漂移提示功能,从而确定仪器背景采集的频率,可以降低分析误差,提高检测结果的准确度。     

国产新型高密度光栅光谱仪数据处理方法研究

由上海棱光技术有限公司与中国农业大学联合研发的S450型近红外高密度光栅光谱仪,使用高速采集技术可得到高密度光谱（波长范围900~2 500 nm,采集间隔0.1 nm,光谱包含16 001个数据点）,本文采用该仪器并以小麦、烟草样品为实验对象,针对高密度光谱的数据特点,采用S.G.（savitzky-golay）平滑、固定窗口组合滑动窗口平滑(FCMWS和一阶导数（FD）等数据处理方法,并应用偏最小二乘法（PLS）对小麦粗蛋白、烟草烟碱及总糖含量进行建模和预测,对仪器整体性能以及数据处理方法的参数优化等,进行了评价和比较研究。结果表明：（1）小麦、烟草样品的原光谱经S.G.平滑结合一阶导数预处理后,模型性能大幅提高,通过对参数拟合阶次M和平滑点数N进行优化得出,当M一定时,N可选取范围较宽,且当M=2和N处于201～801区间时模型效果理想且稳定;（2）FCMWS方法对小麦、烟草样品的原光谱进行两层平均平滑,经调整优化平滑参数K₁和K₂（K₁为第一层平滑的固定窗口大小,K₂为第二层滑动窗口大小）得出：两层平滑参数相乘约为150~310时,模型性能稳定且较优,同时FCMWS方法极大地提高了建模速度;（3）以小麦样品为对象,同时在两台S450型光谱仪上采集样品光谱,对比分析了仪器间的性能差异,结果表明光谱经S.G.平滑或FCMWS方法处理后,不同仪器模型间相互预测数据的相对偏差小于2.00%,远低于预测值与参考值间的相对偏差,说明上述两种方法均可降低仪器的台间差异,实现台间模型的稳定传递。研究结果表明,国产S450型高密度光栅光谱仪结合数据平滑去噪技术,已满足小麦、烟草等农产品品质检测和模型传递的性能要求,且该光栅型仪器成本相对较低,对农业领域推广近红外快速检测技术的应用具有实际意义。