小波分析技術(shù)在我國近海浮游藻群落組成熒光識(shí)別測定中的應(yīng)用.pdf

1、近年來我國近海赤潮頻發(fā)，制約了我國沿海近海省市的發(fā)展。迫切需要一種現(xiàn)場、實(shí)時(shí)、快速的針對(duì)引發(fā)赤潮的浮游植物的群落組成監(jiān)測技術(shù)，以便及時(shí)采取措施，減少損失。浮游植物的三維熒光光譜包含了浮游植物豐富的特征信息，并且基于熒光光譜的分析方法具有靈敏度高，對(duì)儀器要求不高，前處理簡單等優(yōu)點(diǎn)，在浮游植物群落組成的實(shí)時(shí)、快速測定方面有很好的應(yīng)用前景。但目前基于浮游植物熒光光譜的識(shí)別技術(shù)還存在能識(shí)別的浮游植物類別少，分類太寬泛等不足，在我國近海的特定浮游

2、植物群落組成監(jiān)測中的應(yīng)用具有局限性。 本文在針對(duì)我國近海海域浮游植物群落組成特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，選擇我國近海常見的分屬于7個(gè)門，32個(gè)屬的43種浮游植物進(jìn)行培養(yǎng)，獲得活體浮游植物的三維熒光光譜。對(duì)同種浮游植物的熒光光譜的精密度，不同浮游植物的熒光光譜的差異性進(jìn)行分析，闡述了浮游植物的三維熒光光光譜對(duì)浮游植物的識(shí)別的可行性；利用小波分析技術(shù)，選擇兩個(gè)正交小波，一個(gè)雙正交小波分別建立我國近海常見浮游植物的定性識(shí)別技術(shù)。取得的成果如下：

3、 1.以相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(R.S.D)對(duì)同種浮游植物的熒光光譜的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，方差分析對(duì)不同浮游植物的熒光光譜進(jìn)行分析。證明大多數(shù)浮游植物的熒光光譜穩(wěn)定性較好，而不同浮游植物之間的熒光光譜存在顯著性差異，應(yīng)用浮游植物的熒光光譜對(duì)浮游植物進(jìn)行識(shí)別是可行的。 2.正交小波系選擇coif2系列和symlet系列進(jìn)行了研究。選擇了coif正交小波系列對(duì)浮游植物的熒光光譜的特征提取具有更好的選擇的coif系列，symlet系列進(jìn)行了研究

4、。選擇Coif正交小波系列分解效果最好的coif2小波對(duì)浮游植物熒光光譜進(jìn)行分解，利用系統(tǒng)聚類法，建立了浮游植物門、屬水平上的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)譜庫，同時(shí)尺度分量和小波分量的標(biāo)準(zhǔn)譜庫之間，進(jìn)行互補(bǔ)(實(shí)際為4層譜庫)。在此基礎(chǔ)上，利用非負(fù)最小二乘法建立了浮游植物熒光識(shí)別技術(shù)。對(duì)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的單種藻樣品的總識(shí)別正確率在門水平上達(dá)到95％以上，屬水平上達(dá)到89％以上；對(duì)模擬混合藻樣品光譜的優(yōu)勢藻的總識(shí)別正確率，門水平上在90％以上，屬水平上的在80％以上

5、，對(duì)實(shí)驗(yàn)室實(shí)際混合藻樣品的識(shí)別正確率，在門水平上達(dá)到85％以上，在屬水平上達(dá)到75％以上?？蓪?duì)現(xiàn)場樣品中藻細(xì)胞濃度超過5×106cell L-1(發(fā)生赤潮時(shí))時(shí)，赤潮優(yōu)勢種進(jìn)行屬水平上的識(shí)別。采用Symlet系列正交小波中分解效果最好的symlet7小波對(duì)浮游植物的熒光光譜進(jìn)行分解，采用和coif2小波同樣的技術(shù)建立方法，建立基于symlet7小波的浮游植物熒光識(shí)別技術(shù)。對(duì)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的單種藻樣品進(jìn)行識(shí)別，在門上可以得到95％以上的正確率

6、，屬水平上得到85％以上的正確率。對(duì)模擬混合藻樣品光譜的優(yōu)勢藻的總識(shí)別正確率，門水平上在90％以上，屬水平上的在80％以上。對(duì)實(shí)驗(yàn)室實(shí)際混合藻樣品的光譜的優(yōu)勢藻的識(shí)別正確率，在門水平上達(dá)到90％以上，在屬水平上達(dá)到75％以上。可對(duì)現(xiàn)場樣品中藻細(xì)胞濃度超過5×106cell L-1(發(fā)生赤潮時(shí))時(shí)，赤潮優(yōu)勢種進(jìn)行屬水平上的識(shí)別。 3.對(duì)bior雙正交小波族的小波進(jìn)行分析，選擇特征提取效果最好的biolr1.1小波?；谙到y(tǒng)聚類法進(jìn)

7、行門屬水平上的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)譜庫，使用非負(fù)最小二乘法，建立浮游植物的熒光識(shí)別技術(shù)。對(duì)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的單種藻樣品進(jìn)行識(shí)別，在門上可以得到95％以上的正確率，屬水平上得到85％以上的正確率。對(duì)模擬混合藻樣品光譜的優(yōu)勢藻的總識(shí)別正確率，門水平上達(dá)到達(dá)到90％以上，屬水平上的在75％以上，對(duì)實(shí)驗(yàn)室實(shí)際混合藻樣品的識(shí)別正確率在門水平上達(dá)到85％，在屬水平上達(dá)到75％以上。可對(duì)現(xiàn)場樣品中藻細(xì)胞濃度超過5×106cell L-1(發(fā)生赤潮時(shí))時(shí)，赤潮優(yōu)勢種進(jìn)行

8、屬水平上的識(shí)別。通過和兩個(gè)基于正交小波建立的識(shí)別技術(shù)得到的結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)，雙正交小波的識(shí)別作用在總體水平上不如正交小波，但是對(duì)正交小波識(shí)別不好的部分浮游植物的識(shí)別，具有互補(bǔ)作用。 4.研究了三種小波識(shí)別技術(shù)的互補(bǔ)性：coif2小波對(duì)單種藻樣品，混合藻以及模擬混合藻樣品光譜的優(yōu)勢藻的識(shí)別在總體水平上的優(yōu)于其他兩種小波。但是symlet7和bior1.1小波對(duì)coif2小波有補(bǔ)充作用。特別是bior1.1小波在混合樣品的識(shí)別上對(duì)coi

9、f2小波的互補(bǔ)作用非常明顯?；谌N小波的互補(bǔ)性，建立了三種小波的門屬水平上的互補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)譜庫。采用互補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)譜庫后，單種浮游植物的Cs，Db，Se，Kb，Ma，Cy的識(shí)別正確率得到了提高。單種浮游植物的識(shí)別種可實(shí)現(xiàn)單種藻樣品在門水平上達(dá)到97.2％，屬水平上達(dá)到91.7％；模擬混合藻光譜的識(shí)別中，Cu，De，Ca，Oc，Cf，Tw，Ds，Pd，Gs的識(shí)別正確率獲得了提高，模擬混合藻光譜的識(shí)別在門水平上達(dá)到95.0％，屬水平上達(dá)到85.2％；

10、實(shí)驗(yàn)室實(shí)際混合藻的識(shí)別過程中，Sk，Tr，Ma，Am的識(shí)別正確率獲得了提高，對(duì)實(shí)驗(yàn)室實(shí)際混合藻的識(shí)別在門水平上達(dá)到86.5％，屬水平上78.5％；。 本文的創(chuàng)新之處為，基于浮游植物活體三維熒光光譜，利用正交小波函數(shù)coif2，symlet7和雙正交小波函數(shù)bior1.1構(gòu)建浮游植物熒光特征譜庫，建立浮游植物群落組成熒光識(shí)別測定技術(shù)，該技術(shù)能夠在未發(fā)生赤潮時(shí)在門類的水平上識(shí)別測定浮游植物群落組成，而在發(fā)生赤潮時(shí)能夠在屬的水平上識(shí)別