卟啉氣體檢測(cè)系統(tǒng)氣體識(shí)別算法的研究與工程應(yīng)用.pdf

1、卟啉氣體檢測(cè)系統(tǒng)氣體識(shí)別算法的研究與工程應(yīng)用重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（專業(yè)學(xué)位）學(xué)生姓名：謝新莘指導(dǎo)教師：羅小剛副教授學(xué)位類別：工程碩士（生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域）重慶大學(xué)生物工程學(xué)院二O一四年四月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要近年來(lái)，沙塵暴的肆虐和霧霾天氣頻發(fā)，容易引發(fā)人體呼吸道疾病甚至癌變。臨床醫(yī)療報(bào)告已經(jīng)證實(shí)，幾種癌癥的患者可以通過(guò)呼出氣體進(jìn)行疾病的早期診斷。以卟啉作為傳感器的氣體檢測(cè)系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確地與氣體反應(yīng)并產(chǎn)生差值圖譜，作為判別氣

2、體種類的依據(jù)。由于卟啉的高靈敏度，當(dāng)同種氣體進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)環(huán)境和待測(cè)氣體濃度的細(xì)微差異都會(huì)導(dǎo)致卟啉差值圖譜出現(xiàn)差異。這種現(xiàn)象稱為實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)散，會(huì)影響氣體識(shí)別的正確率。因此，一種智能的，能以差值圖譜的數(shù)據(jù)為依據(jù)對(duì)氣體進(jìn)行分類的算法是保證氣體檢測(cè)系統(tǒng)高識(shí)別率的關(guān)鍵。本文設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于卟啉氣體檢測(cè)系統(tǒng)的氣體種類識(shí)別算法。該算法以差值圖譜的特征提取結(jié)果為處理對(duì)象，結(jié)合粗糙集的數(shù)據(jù)約簡(jiǎn)功能與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練和識(shí)別功能，將未知?dú)怏w樣本進(jìn)行

3、種類識(shí)別。在對(duì)該算法的可用性和準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證后，將其以C語(yǔ)言為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，分別在Windows系統(tǒng)VC平臺(tái)和Linux系統(tǒng)的Qt平臺(tái)編程實(shí)現(xiàn)，以加載到卟啉氣體檢測(cè)系統(tǒng)的PC系統(tǒng)軟件和嵌入式應(yīng)用程序中。具體的研究?jī)?nèi)容包括：(1)結(jié)合粗糙集與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，利用粗糙集的數(shù)據(jù)約簡(jiǎn)功能對(duì)氣體樣本差值圖譜的特征值進(jìn)行約簡(jiǎn)，再作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練輸入或者識(shí)別輸入。避免BP網(wǎng)絡(luò)陷入局部最小值，提高訓(xùn)練效率和識(shí)別精度。(2)對(duì)該算法進(jìn)行驗(yàn)證。包括驗(yàn)證BP

4、網(wǎng)絡(luò)的性能如訓(xùn)練收斂、識(shí)別精度、泛化性等，結(jié)果表明本文所構(gòu)造的網(wǎng)絡(luò)的上述性能良好；通過(guò)對(duì)比三種氣體的聚類分析結(jié)果與本文設(shè)計(jì)的算法的識(shí)別結(jié)果，可以證明該算法在實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)散時(shí)也能保持較好的識(shí)別率。(3)分別對(duì)該算法的識(shí)別程序和訓(xùn)練程序進(jìn)行功能需求分析以及架構(gòu)設(shè)計(jì)，以VC為平臺(tái)進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)了本文設(shè)計(jì)的氣體種類識(shí)別程序模塊，并加載到卟啉氣體檢測(cè)系統(tǒng)在PC機(jī)上的運(yùn)行軟件中，完善了該軟件的功能。(4)將PC機(jī)上的卟啉氣體檢測(cè)系統(tǒng)軟件的氣體種類識(shí)別