近红外定性分析模型的稳健性与适应性分析-论文.pdf

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1、第34卷，第6期光谱学与光谱分析Vo1．34，No．6，pp1506—15112014年6月SpectroscopyandSpectralAnalysisJune，2014近红外定性分析模型的稳健性与适应性分析曹吾L，李卫军，王平。，张丽萍1．中国科学院半导体研究所，高速电路与神经网络实验窒，北京1000832．中国石油大学(华东)，信息与控制工程学院，山东青岛266580摘要研究了近红外定性分析中模型的稳健性与适应性问题。讨论了单独建模延长建模周期对模型性能的影响，结果显示这种方法可以显著提高模型的稳健性，同时对模型的台间适应性也有所提升，但提升作用

2、有限；研究了不同仪器联合建模的方法对模型性能的影响，该方法不仅可以显著提高模型的适应性，而且可以有效提高模型的稳健性。对比单独建模，可以缩短建模时间，减少模型建立的工作量；延长模型的适用期限，提高建模效率。结果表明，对模型适应性的测试，单独建模其正确识别率较低，不能满足应用的要求，而多台仪器联合建模可以达到9o以上，提升效果明显；对模型稳健性的测试，联合建模也能得到相比单独建模更好的模型识别效果，具有很好的应用价值。关键词近红外光谱；定性分析；模型期限；模型传递；建模周期；联合建模中图分类号：G202，$123。$513文献标识码：ADOI：10．39

3、64／j．issn．1000—0593(2014)06—1506—06应性，而且缩短了建模周期，减小了近红外光谱定性分析模引言型建立的工作强度，延长了模型的适用期限，具有很强的适用价值。近红外光谱是基于物质对近红外谱区电磁波吸收的一种光谱技术，近红外光谱分析技术具有简便、快捷、低成本、1实验部分无污染以及不破坏样品等优点L1。]，因此被广泛应用于多个行业。近红外定性分析，即通过比较未知样品和建模样品或1．1数据与方法标准样品的光谱来确定未知样品的归属4]。实验仪器采用杭州聚光科技公司(FPI)的SupNIR-2700在近红外定性分析中，所建模型性能的优

4、劣决定了最终系列的近红外光谱仪，仪器参数如下：仪器适用的样品状态定性识别的效果。模型性能可以从模型稳健性和适应性两方为颗粒或粉末状等固体，光源为卤钨灯，波长范围为1000面来进行评价。模型稳健性，即模型识别效果随时间推移的18OOnm，有效光程为0．2～5iTlrn，波长准确性为0．2nm，变化趋势，可以反映出模型的适用期限。模型适应性(仪器测定形式是非接触漫反射。实验使用两台仪器，根据出厂日台间适应性)，即模型对不同仪器数据集的识别能力，可通期先后分别标定为仪器A、仪器B。实验所用样品为7个玉过模型传递方法解决此类问题。对于模型传递，常用的算法米品种

5、，均为籽粒样品，分别为：屯玉2102，屯玉2104，屯有两类，一类是有标算法，包括专利算法[5和PDS算法_L6’73玉2105，屯玉2106，屯玉2107，屯玉2109，屯玉2110。样品等，这类算法需要一定数量的样品组成标样集；另一类是无在非测量阶段进行了冷藏保鲜处理，测量阶段对样品所处实标算法，这类算法不需要任何标准样品。验环境的温度和湿度进行检测，尽量保持恒定。实验过程中针对聚光科技提供的近红外光谱仪，研究了单独建模延均为整杯样品测量，在一个测量时间点，对于同一份样本，长建模周期对模型稳健性与适应性的影响，同时研究了采用分别在仪器A和仪器B上测

6、一次，得到对应两条光谱，每个联合建模的方法对模型性能与建模周期的影响。研究结果表品种在A仪器上测1O条，对应在B仪器上测1O条，7个品明，单独建模延长建模周期能够显著提高模型的稳健性，而种共140条光谱。在研究联合建模方法过程中，分不同时间采用联合建模的方法，不仅能够同时提高模型的稳健性和适(时间跨度90天)重复采集了l1次实验数据，分别为：时间收稿日期：2013—08—14，修订日期：2013—12—11基金项目：国家自然科学基金项目(90920013)资助作者简介：曹吾，1989年生，中国石油大学(华东)信息与控制工程学院硕士研究生e-mail：c

7、aowtl@semi．ac．cn*通讯联系人e-mail：wjli@semi．ae．crl第6期光谱学与光谱分析1507间隔5天的数据(4次，2013—3—12，3-17，3-22，3-27)、时间中，寻求模型对特定品种的光谱特征数据的最佳覆盖，所以间隔6天的数据(3次，2013—4-4，4-10，4-16)和时间间隔12采用K-S法挑选构网(建模)样本点，仿生模式识别方法天的数据(4次，2013—5—3，5-15，5-27，6-8)。将所有数据按(BPR)_1u进行建模。(本文实验数据处理都是基于上述方一j∞ls照采集时间先后顺序编号为1～1l，按照

8、仪器的不同分别编法)。∞∞∞加0∞的号为A1～A11以及B1～B11，同时将同一时间在仪器A和