基于自動(dòng)密化技術(shù)的建模方法研究

葉彥斐　張向榮　梅彬　鄭源　陳蓉

【摘 要】針對(duì)人工逐個(gè)檢查、添加虛擬樣本導(dǎo)致的時(shí)間和成本的消耗問(wèn)題，本文提出一種自動(dòng)添加虛擬光譜點(diǎn)的方法，可快速產(chǎn)生建模所需要的虛擬樣品。該方法基于油品近紅外光譜數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合光譜過(guò)濾算法對(duì)添加的光譜點(diǎn)進(jìn)行過(guò)濾，獲得符合建模需求的虛擬樣本。

【關(guān)鍵詞】光譜數(shù)據(jù)庫(kù)；密化技術(shù)；虛擬樣本；光譜模型

0 引言

拓?fù)鋵W(xué)建模是化學(xué)計(jì)量學(xué)的一個(gè)重要分支，在油品性質(zhì)預(yù)測(cè)中有著廣泛的應(yīng)用。拓?fù)鋵W(xué)建模是以油品光譜數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，基于數(shù)據(jù)庫(kù)中油品的光譜特征，對(duì)鄰近油品進(jìn)行模式識(shí)別，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)油品性質(zhì)預(yù)測(cè)的技術(shù)。

為了獲得準(zhǔn)確的油品性質(zhì)預(yù)測(cè)結(jié)果，需建立含有大量樣本的油品光譜數(shù)據(jù)庫(kù)。在建立油品光譜數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，所有樣本的光譜及對(duì)應(yīng)的性質(zhì)數(shù)據(jù)均可完全采用傳統(tǒng)的分析測(cè)試實(shí)驗(yàn)獲得，但這種方法成本高，時(shí)間長(zhǎng)。由近紅外光譜的朗伯—比耳定律可知，近紅外光譜具有加和特性，因此，在建立油品調(diào)合規(guī)則后，可通過(guò)建立虛擬樣品，作為對(duì)傳統(tǒng)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的補(bǔ)充，這種方法尤其適合于混合油品的建模。

目前在向光譜庫(kù)添加虛擬樣品時(shí)，主要是通過(guò)人為指定比例，產(chǎn)生大量的虛擬樣品后，再人工逐個(gè)檢查虛擬樣品是否有必要添加，耗時(shí)費(fèi)力。

針對(duì)上述問(wèn)題， 提出一種自動(dòng)添加虛擬光譜點(diǎn)的方法，可快速產(chǎn)生建模所需要的虛擬樣品，解決了人工指定比例添加過(guò)程中，由于逐個(gè)檢查虛擬樣本是否有必要添加導(dǎo)致的時(shí)間和成本的消耗問(wèn)題。該方法基于油品近紅外光譜數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合光譜過(guò)濾算法對(duì)添加的光譜點(diǎn)進(jìn)行過(guò)濾，獲得符合建模需求的虛擬樣本。

1 自動(dòng)密化方法流程

如圖1所示，油品性質(zhì)建模的自動(dòng)密化過(guò)程為：首先，對(duì)于光譜庫(kù)中的多個(gè)光譜點(diǎn)按指定的比例范圍混合計(jì)算產(chǎn)生大量虛擬光譜點(diǎn)，光譜點(diǎn)記錄形式包括樣本名稱(chēng)、樣本光譜數(shù)據(jù)和樣本屬性數(shù)據(jù)。然后，采用光譜過(guò)濾算法對(duì)產(chǎn)生的虛擬光譜點(diǎn)進(jìn)行過(guò)濾，得到過(guò)濾后的光譜代表點(diǎn)。最后，采用線性或非線性調(diào)合規(guī)則來(lái)計(jì)算虛擬光譜性質(zhì)實(shí)現(xiàn)光譜庫(kù)樣本點(diǎn)密化。

2 實(shí)施算例

3）根據(jù)比例間隔E的范圍，選擇E=25，獲得不同光譜的多個(gè)混合比例（25%，75%）、（50%，50%）、（75%，25%）、（25%，25%，50%）、（25%，50%，25%）、（50%，25%，25%）。

4）根據(jù)參與混合密化光譜點(diǎn)光譜數(shù)據(jù)，按指定的混合比例計(jì)算產(chǎn)生12個(gè)虛擬樣本點(diǎn)。

5）采用光譜過(guò)濾算法對(duì)12個(gè)虛擬光譜點(diǎn)進(jìn)行過(guò)濾，步驟如下：

（1）運(yùn)算并構(gòu)建12行12列光譜距離數(shù)矩陣

（2）構(gòu)建12行12列矩陣R。判斷任兩個(gè)光譜的光譜距離數(shù)Di，j是否小于光譜距離數(shù)指標(biāo)Ds（經(jīng)驗(yàn)值，此處取值為50），若Di，j

3 結(jié)語(yǔ)

本文提出一種自動(dòng)添加虛擬光譜點(diǎn)的方法，可快速產(chǎn)生建模所需要的虛擬樣品，解決了人工指定比例添加過(guò)程中，由于逐個(gè)檢查虛擬樣本是否有必要添加導(dǎo)致的時(shí)間和成本的消耗問(wèn)題。該方法基于油品近紅外光譜數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合光譜過(guò)濾算法對(duì)添加的光譜點(diǎn)進(jìn)行過(guò)濾，獲得符合建模需求的虛擬樣本。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：田吉捷]