近紅外光譜定量建模技術(shù)研究.pdf

1、隨著時(shí)代的進(jìn)步和科技的日新月異，特別是近紅外光譜儀器的制造技術(shù)的提高，近紅外光譜(NIRS)分析技術(shù)得到迅速發(fā)展。在石油、煙草、水質(zhì)、醫(yī)藥等行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控過(guò)程中，近紅外光譜分析技術(shù)的應(yīng)用大大縮短了檢測(cè)時(shí)間，提高了工作效率。然而，與傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法相比，利用近紅外光譜分析技術(shù)建立定量模型的方法還存在一定的誤差，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率亟待提高。
　　在近紅外光譜定量建模分析過(guò)程中，影響分析結(jié)果準(zhǔn)確性的因素有很多，例如近紅外光譜儀器類型、測(cè)試

2、樣品形態(tài)、掃描環(huán)境、波長(zhǎng)選擇范圍、建模算法的選擇、校正樣本選擇及奇異樣本的干擾等因素。其中，建模算法的優(yōu)劣直接決定了分析結(jié)果是否準(zhǔn)確，而校正集樣品的組成及其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性決定了校正模型的適用性和準(zhǔn)確性。因此，在近紅外光譜定量建模技術(shù)中，建模算法的選擇、校正集中奇異樣本的剔除成為當(dāng)今學(xué)者研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。
　　為了進(jìn)一步提高質(zhì)量檢測(cè)的準(zhǔn)確率，解決上述發(fā)現(xiàn)的熱點(diǎn)問(wèn)題，本文首先從近紅外光譜數(shù)據(jù)的特征入手，圍繞校正集中奇異樣本的識(shí)別方

3、法和定量建模算法兩個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1)描述了本文的研究背景及意義，并從奇異樣本識(shí)別算法和定量建模算法兩個(gè)方面分析了近紅外光譜定量建模技術(shù)的研究現(xiàn)狀，為后文指明了研究方向。
　　2)介紹了近紅外光譜分析的理化基礎(chǔ)和一般流程，闡述了常用的近紅外奇異樣本識(shí)別方法和定量建模算法及模型評(píng)價(jià)方法，為后文的對(duì)近紅外奇異樣本識(shí)別方法和定量建模算法兩個(gè)方面的優(yōu)化研究提供了基礎(chǔ)參考。
　　3)針

4、對(duì)校正集中的多奇異樣本識(shí)別準(zhǔn)確率低的問(wèn)題，分析了校正集中常用的近紅外奇異樣本識(shí)別方法的不足。為了提高多奇異樣本識(shí)別準(zhǔn)確率，在杠桿值方法的基礎(chǔ)上改進(jìn)了杠桿值的計(jì)算策略，在一定程度上減少了對(duì)數(shù)據(jù)重心的依賴，拉開(kāi)了奇異樣本與正常樣本的距離。另外，為了避免人工根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定閾值的不合理性，結(jié)合改進(jìn)的杠桿值，引入統(tǒng)計(jì)學(xué)領(lǐng)域中跳躍度的概念，提出了基于自動(dòng)閾值判別的杠桿值改進(jìn)算法。通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)對(duì)比法（與馬氏距離、杠桿值-光譜殘差法進(jìn)行定量建模對(duì)比

5、）驗(yàn)證了改進(jìn)后的算法的有效性，為后續(xù)章節(jié)的定量建模提供了校正集數(shù)據(jù)質(zhì)量的保障。
　　4)針對(duì)近紅外定量建模中光譜的變量屬性與物質(zhì)濃度（含量）之間的非線性問(wèn)題，偏最小二乘法(PLS)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）方法都不能得到滿意結(jié)果。本文借鑒前人的研究成果，對(duì)PLS進(jìn)行了優(yōu)化，增加ANN建立的殘差模型部分，提出了偏最小二乘殘差神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（PLS-RNN）建模算法。重點(diǎn)使用PLS-RNN對(duì)存在非線性問(wèn)題的近紅外光譜進(jìn)行定量建模研究，并分別通