本發(fā)明涉及光譜數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域，特別涉及一種用于光譜解譯的模型轉(zhuǎn)移方法。

背景技術(shù)：

光譜分析技術(shù)是一種快速、簡便、無損的綠色分析技術(shù)，具有分析速度快、多參數(shù)同時(shí)測定、樣品不需要預(yù)處理或簡單的預(yù)處理、非破壞性、實(shí)時(shí)、低成本和操作簡單等特點(diǎn)，因此已廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、冶金、石油、化工、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、生物化學(xué)、環(huán)境保護(hù)等許多方面。然而，其應(yīng)用限制于同類樣品內(nèi)部，難以把一類樣品的預(yù)測模型應(yīng)用于他類樣品，這極大限制了該方法使用的深度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決非同類樣品間互用預(yù)測模型的問題，提供了一種用于光譜解譯的模型轉(zhuǎn)移方法，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下步驟予以實(shí)現(xiàn)：

(1)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)建立普適的待測參數(shù)-光譜特征的校準(zhǔn)模型；

(2)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，運(yùn)用傅里葉變換和小波變換建立干擾因素-光譜特征的干擾模型；

(3)采集待測參數(shù)的光譜特征；

(4)應(yīng)用步驟(2)取得的干擾模型處理步驟(3)取得的光譜，去除干擾因素的背景光譜，得到待測參數(shù)的光譜特征；

(5)應(yīng)用步驟(1)取得的校準(zhǔn)模型處理步驟(4)得到的去除干擾的光譜；

(6)計(jì)算出待測參數(shù)。

具體的，所述干擾模型及校準(zhǔn)模型分別根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的光譜實(shí)驗(yàn)而建立。

具體的，所述模型轉(zhuǎn)移過程需要保證相同的測試儀器和實(shí)驗(yàn)條件，若條件改變，需要重新用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)建立測參數(shù)-光譜特征的建模模型，及干擾因素-光譜特征的干擾模型。

具體的，所述標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均購自國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心，包括標(biāo)準(zhǔn)土壤及相關(guān)待測參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。

本發(fā)明的有益效果是：

所述的模型轉(zhuǎn)移方法基本解決了非同類樣品間的預(yù)測模型適用性問題，極大程度上破除了光譜數(shù)據(jù)分析中的模型轉(zhuǎn)移的技術(shù)瓶頸，提高了光譜分析技術(shù)使用的深度，為大數(shù)據(jù)分析提供了技術(shù)支撐。

附圖說明

圖1：本發(fā)明一種用于光譜解譯的模型轉(zhuǎn)移方法的原理圖；

圖2：青島地區(qū)7類土壤樣品的有機(jī)質(zhì)含量分布圖；

圖3：青島地區(qū)7類土壤樣品的可見-近紅外反射光譜；

圖4：扣除干擾后的土壤樣品光譜。

具體實(shí)施案例

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)一步說明：

旨在通過可見-近紅外光譜法快速獲取青島地區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量。

2015年6月采集了青島嶗山杏園(s1)、櫻桃園(s2)、茶園(s4)、林地(s5)、水庫(s3)及紅島農(nóng)田(s6)、膠州荒地(s7)等7類土壤共91個(gè)樣品，風(fēng)干后，研磨過2mm篩；通過重鉻酸鉀法測定了有機(jī)質(zhì)含量。土壤有機(jī)質(zhì)含量分布如圖2所示，分布范圍為2.0-51.9g/kg，均值為21.0g/kg。

同時(shí)，用海洋光學(xué)qe65000光譜儀(10微米狹縫)，配置dh-2000光源，通過y型光纖測定了這些土壤樣品在200-1100nm的反射光譜，如圖3所示。

2015年6月之前，用同樣的實(shí)驗(yàn)條件，建立了干擾因素-光譜特征的干擾模型及有機(jī)質(zhì)含量-光譜特征的校準(zhǔn)模型，如圖4所示。分別使用遼寧棕壤(asa-1a)、河南黃潮土(asa-2a)、四川紫色土(asa-3a)、湖北水稻土(asa-4a)、江西紅壤(asa-5a)、廣東水稻土(asa-6a)、黑龍江黑土(asa-7)、新疆灰鈣土(asa-8)、陜西黃綿土(asa-9)、安徽潮土(asa-10)作為標(biāo)準(zhǔn)土壤，使用腐植酸鈉(gf-2625)、木質(zhì)素(l0045-1)、硬脂酸鈉(shj3235)作為有機(jī)質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。

分別把有機(jī)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)用不同的標(biāo)準(zhǔn)土壤配置成不同濃度的有機(jī)質(zhì)含量(各30份)，其中有機(jī)質(zhì)用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及其所有形式的混合物(腐殖酸鈉+木質(zhì)素、腐殖酸鈉+硬質(zhì)酸鈉、木質(zhì)素+硬質(zhì)酸鈉、腐殖酸鈉+木質(zhì)素+硬質(zhì)酸鈉，各種形式下的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)都按相同的比例混合)代表，然后通過光譜解譯，建立有機(jī)質(zhì)的光譜校準(zhǔn)模型，模型是：y＝11.822x1-0.258x2-4.928x3-8.01x4+0.805x5-0.346x6+8.681x7+8.55x8-7.106x9+50.56(y是土壤有機(jī)質(zhì)含量，x1-x9分別是360nm、390nm、420nm、440nm、540nm、600nm、700nm、740nm、900nm的反射率)。通過分析不同土壤類型及有機(jī)質(zhì)組分的光譜特征，運(yùn)用傅里葉變換及小波變換，建立有機(jī)質(zhì)的干擾模型。

至此，可以進(jìn)行土壤有機(jī)質(zhì)的快速檢測了。首先，使用干擾模型，去除土壤有機(jī)質(zhì)的噪聲光譜，獲得土壤有機(jī)質(zhì)的光譜特征(圖3)，然后使用校準(zhǔn)模型，獲得土壤有機(jī)質(zhì)的含量(表1)?；诠庾V法的土壤有機(jī)質(zhì)含量與化學(xué)方法的土壤有機(jī)質(zhì)含量，相對(duì)誤差較小(<15％，表1)，表明光譜法能夠較好的替代化學(xué)方法。

表1光譜法與化學(xué)法的結(jié)果比對(duì)

以上所述僅是本發(fā)明的基本原理，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是依據(jù)本發(fā)明對(duì)其進(jìn)行等同變化和修飾，均在本專利技術(shù)保護(hù)方案的范疇之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于光譜數(shù)據(jù)分析技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種用于光譜解譯的模型轉(zhuǎn)移方法，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)建立普適的待測參數(shù)?光譜特征的校準(zhǔn)模型及干擾因素?光譜特征的干擾模型，新采集光譜特征，根據(jù)干擾模型，扣除干擾因素的光譜特征，獲得待測參數(shù)的光譜特征，根據(jù)建模模型，得到待測參數(shù)，過程中保證相同的測試儀器和實(shí)驗(yàn)條件。該發(fā)明基本解決了非同類樣品間的預(yù)測模型適用性問題，極大程度上破除了光譜數(shù)據(jù)分析中的模型轉(zhuǎn)移的技術(shù)瓶頸，提高了光譜分析技術(shù)使用的深度，為大數(shù)據(jù)分析提供了技術(shù)支撐。

技術(shù)研發(fā)人員：范萍萍;李雪瑩;劉巖;吳寧;侯廣利;呂美蓉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所
技術(shù)研發(fā)日：2017.02.27
技術(shù)公布日：2017.07.14