一种近红外光谱在线监测新方法及其在中药柱层析过程中的应用

近红外光谱(NIRS)广泛应用于生产过程分析与监测,常需事先建立定量校正或定性判别模型,并需在生产条件变化后调整模型,使用较复杂。本文从相异度和相似度两个对立互补的角度,提出自适应移动窗口标准差法和过程光谱相似度法,并以此为基础建立一种针对生产过程的无需校正模型的简易光谱在线监测方法。论文以中药柱层析过程为例,对监测过程作NIRS自适应移动窗口标准差趋势图和过程光谱相似度趋势图,并通过HPLC离线分析所得的多指标成分含量变化趋势图进行对比验证,发现可用于工艺状况实时监测,指导收集起点、终点、溶液相变点的判断,表明论文提出的方法合理可行。该方法亦可用于紫外/可见、红外、拉曼、荧光等光谱及色谱、质谱等其他过程分析技术。

中国省域碳排放的空间格局预测分析

为探索中国省域碳排放的空间演化规律,以二氧化碳为测度指标,利用空间统计方法和自回归积分滑动平均模型分析了碳排放的空间格局演化特征及其未来变化趋势,最后运用空间杜宾面板数据模型分析了影响碳排放的主要因素。结果表明:(1)中国省域碳排放空间格局总体上较为稳定,HH类型省域主要分布于中国北方地区,LL类型省域主要分布于中国的西部地区,中国省域碳排放在空间上的集聚性和集群效应增强。碳排放的重点调控区域包括长江经济带、京津冀地区、山东、河南、山西、陕西、宁夏、内蒙古和辽宁等。(2)1997-2007年中国省域碳排放标准差椭圆的中心向西南移动,2007-2012年向西北移动;碳排放沿X轴呈分散趋势,沿Y轴呈集中趋势;转角大致在21.516 0°~30.852 6°之间变化;碳排放的空间密集化程度增加,空间分布形态呈现"圆化"趋势,空间相似性降低。(3)2013-2020年碳排放标准差椭圆的中心主要在中牟县内移动;碳排放空间格局呈现一定的空间拉伸趋势;转角大致在20.661 3°~22.482 7°之间变化;形状指数总体上呈轻微增加趋势,空间分布形态呈现"圆化"趋势,空间格局相对稳定。(4)空间面板模型的结果表明,碳排放强度、人口总量、产业结构和经济水平是影响中国省域能源消费碳排放空间格局演化的主要因素。其中,降低碳排放强度是控制碳排放量的重要途径,产业结构和人口总量对碳排放量表现出了明显的空间溢出效应。

监控均值标准差的可变抽样区间EWMA图经济设计

为了在提高过程监控效率的同时降低过程监控费用,针对同时监控过程均值和标准差变化的情形,研究可变抽样区间的指数加权移动平均控制图的经济设计问题。首先建立可变抽样区间,同时监控均值标准差指数加权移动平均控制图;其次对其进行经济设计,使单位时间期望费用函数最小,以确定控制图参数的最优值;然后利用遗传算法来寻找经济模型的参数最优解;最后对可变抽样区间同时监控均值标准差指数加权移动平均控制图的经济模型进行灵敏度分析和最优性分析。通过最优性分析得出结论:基于经济模型设计的可变抽样区间指数加权移动平均控制图比传统的控制图具有较小的费用。

近红外光谱法测定标准物质均匀性

采用近红外光谱移动块标准偏差法(MBSD)对标准物质候选物的均匀性进行定性初检,然后采用传统化学分析方法及单因素方差法对初检合格的试样进行均匀性检验,MBSD法均匀性检验结果与传统方法检验结果一致。MBSD法定性判定混合均匀程度快速高效无损,在组分类标准物质制备均匀性控制及其它多组分混制过程的混合终点监控方面具有较好的应用前景。

基于多尺度估计理论的晶圆减薄工艺方差变化检测方法

晶圆减薄工艺是伴随芯片堆叠技术的发展而出现的新制造过程,其制造质量直接关系最终产品成品率。文章以堆叠芯片晶圆减薄工艺质量参数为研究对象,拟建立监控晶圆减薄工艺质量的完整方法。首先,以该道生产工序质量参数序列建立自回归滑动平均模型,用于表达该道生产工序的质量特征变化。然后,在此模型的基础上,使用多尺度估计理论对该模型进行滤波分解处理,获得质量参数时间序列的高频信号,提取该道质量变异的方差变化。最终,使用统计学上的累积和控制图对质量变异信号进行诊断分析,根据工序方差变化的起始位置,提前发现系统可能存在的质量变坏趋势。经试验数据验证,相比传统的检验方法,该方法有95%的概率可以提前预测产品质量发生变化。

微型近红外分析仪用于药物制剂混合中的在线检测

Thermo Fisher Scientific最新推出的AntarisTM Target微型近红外分析仪,专门用于制药混合过程的均匀性检测和终点判断。该分析仪能够直接安装于混合罐体,无需建立分析模型,采用移动窗口标准偏差法直接分析混合均匀性变化,实时判断混合终点。

GPS动态定位精度与定位观测时间关系分析

GPS动态定位已经广泛应用于导航和测量等各个领域。为了系统研究定位精度与定位时间的关系,本文根据一个模拟动态定位实例,研究GPS动态定位得到的单历元定位结果的精度,然后采用不同时间间隔移动平均,分析定位结果的精度与定位时间的关系。结果表明通过一定观测时间的平均,可以提高动态定位结果的精度和可靠性,但精度的提高与观测时间的长度并非为线性关系。本例数据中采用2—5 min平均获得的定位误差即可比单历元定位误差减小1倍左右。

针对含噪信号的自适应跟踪微分器改进研究

跟踪含噪信号时,传统的自适应跟踪微分器会有扰动引入到速度因子和滤波因子参数中,导致系统跟踪紊乱从而跟踪到噪声。针对这个问题,分析了噪声引入的原因,研究了传统自适应跟踪微分器的性能,提出了将跟踪间距的滑动窗口标准差估计作为输入的自适应函数来调整滤波因子和速度因子的改进跟踪微分器(IATD)的实现方法。仿真结果表明,IATD具有精确的参数调整能力,噪声条件下拥有更快的跟踪速度,同时在宽范围信噪比条件下也具有更强的噪声抑制能力。

基于超像素和局部颜色恒常性的自适应阴影去除

为快速有效地去除监控视频中运动目标的投射阴影,提出了一种基于超像素和阴影区域的局部颜色恒常性的自适应阴影去除算法。首先采用改进的简单线性迭代聚类算法将视频图像中的运动前景分割为互不重叠的超像素;然后计算了RGB颜色空间中背景与运动前景的亮度比率,并分析了阴影区域的局部颜色恒常性;在此基础上,以超像素为基本处理单元,计算亮度比率的标准差,并利用阴影区域标准差的特征及其分布规律提出基于拐点的自适应阈值算法检测并去除阴影。实验结果表明,该算法可以适用于多种真实场景下的阴影检测,且阴影检测率与目标识别率均超过85%;基于超像素处理可以大幅度降低算法的计算复杂度,该算法每帧平均处理时间为20 ms。该算法可以同时满足阴影去除对准确度、实时性和鲁棒性的要求。

一种有效的车载寻北仪数据处理方法

提高车载环境下寻北仪的精度是目前的一个热点和难点问题。文中针对捷联式寻北仪的工作环境特点,提出了一种基于α-β滤波和滑动均方差相结合的数据处理方法。对实际测试数据处理的结果表明,该方法能够简便而有效地抑制动态扰动,提高了寻北仪的精度。

滑动标准差在轨道几何区段状态评价中的应用

轨道质量指数TQI为左高低、右高低、左轨向、右轨向、轨距、水平、三角坑各单项标准差的和。各单项项目的标准差直接体现了此项几何不平顺的输入能量,表现为此项几何不平顺的离散程度,当它的值越大时,表明轨道状态较差,对车辆的激励能量大。针对目前分段标准差计算方式不能完全反映轨道质量状态最差的区段、评判结果存在离散性等缺点,提出利用滑动标准差计算方式对轨道区段状态进行评价的方法。通过研究确定合适的计算长度200 m和移动步长20 m,并利用京沪线9~10月份检测数据进行试用,结果表明:滑动标准差不仅能够找到轨道质量状态最差的区段,还能找出更多超出管理值标准的区段,且在识别不良区段的起止位置(长度)和评判结果一致性方面,也明显好于目前的分段标准差计算方式。

基于稀疏数据的电动汽车动力电池热故障预警

针对稀疏数据难以准确预警电动汽车动力电池系统热故障和热失控的问题,提出了一种基于长短时记忆网络和迁移学习方法的锂电池热故障预警模型。利用源域密集数据训练该模型,并通过稀疏数据将模型迁移到目标域。在源域训练阶段,利用移动标准差预提取输入数据中的温度相关特征。在目标域训练阶段,提出了放缩指数误差损失函数迁移模型,使故障预警模型自动趋向提取粗糙特征信息,提高温度预测的准确性。试验结果表明,经过迁移学习的神经网络模型能够准确预测电池温度及其变化趋势,对动力电池热故障预警和热失控防控具有重要意义。

声光可调-近红外光谱法快速判断精芪双参胶囊的混合终点及测定黄芪甲苷的含量

目的:建立快速判断精芪双参胶囊的混合终点及测定黄芪甲苷含量的方法。方法:采用声光可调-近红外光谱法(AOTFNIR)结合主成分分析法及移动窗标准偏差法判断混合终点;以一阶导数法联合平滑滤波系数法预处理混合终点样品光谱,并采用偏最小二乘法建立混合终点样品中黄芪甲苷含量的定量模型,并采用高效液相色谱-蒸发光散射检测法(HPLC-ELSD)测定混合终点样品中黄芪甲苷的含量以进行验证。结果:混合终点样品中黄芪甲苷含量测定方法学经验证符合要求。混合物料样品在混合30 min时可达到混合终点,NIR预测结果与HPLC-ELSD法实测的混合终点结果一致;定量模型的主成分维数为9,决定系数为0.954 9,校正均方根偏差为0.039 2,预测均方根偏差为0.042 6;黄芪甲苷含量的NIR预测平均值为11.74 mg/g,HPLC-ELSD法实测平均值为11.38 mg/g,平均偏差为3.16%。结论:AOTF-NIR法可快速判断精芪双参胶囊的混合终点,并能够快速测定混合终点样品中黄芪甲苷的含量,可提高其混合过程的质量控制水平,缩短混合周期。

基于O3/UV法的消解终止自动确定方法

为了提高基于臭氧协同紫外(O3/UV)法的COD在线监测装置的检测效率和检测精度,分析了不同水样在消解过程中二氧化碳气体生成浓度的变化率与有机物消解率之间的关系,提出了一种消解终止自动确定的检测方法.通过采集消解过程中各传感器的数据,基于使用滑动标准偏差法计算二氧化碳气体浓度变化率的标准差自动确定消解终止时间.对不同种类、不同浓度的有机物进行消解实验,发现在二氧化碳实时浓度的标准差小于0.003时,有机物基本消解完全,可认为达到反应终点.该方法不仅可用于COD的在线监测提高检测效率和检测精度,也对基于臭氧协同紫外(O3/UV)法的废水处理具有指导意义.

MPDB蜂窝铝试验后处理方法的研究

MPDB试验是研究车辆碰撞兼容性的重要检测形式,不仅能检测乘员保护性,更能评价车辆的攻击性,而标准差是评价车辆攻击性的重要指标之一。为了计算标准差,需要对MPDB试验后蜂窝铝进行一系列的处理。详细阐述了从MPDB蜂窝铝试验前后测量到最终得出1 400个侵入量值的完整过程。总结了处理蜂窝铝扫描面过程中常见问题和解决思路,从中提取逻辑性强的两项功能,基于Delphi开发环境编译并封装成数据处理程序,再结合因地制宜的扫描前预处理和云图检查,实现MPDB蜂窝铝的高效精准处理。

质量控制图在电器安全检测中的应用分析

以接地电阻测试为例,介绍适用于计量型数据的平均值-极差/标准偏差控制图(x-R/s control chart)和单值移动极差控制图(x-MR control chart)的制作方法,用以判断电器安全检测结果的有效性及变异趋势。

华北不同地表覆盖类型区干旱演变特征

利用华北地区气象站点1960～2008年共49年的降水旬数据集逐旬计算1个月、3个月、12个月尺度的标准化降水指数(SPI)序列。采用SPI历史序列的多年滑动平均和滑动标准差方法,解析研究区及3种主要地表覆盖类型区(草原区、农田区、阔叶林带)干旱在整个时间序列上的演变周期和幅度。采用线性回归分析干旱的演变趋势和变化频度,并对趋势线进行预测。对比了3个子区域全年12个月份干旱演变特征的差异。结果表明:研究区干旱发生的频率和强度呈逐渐加重的趋势,且各月份干旱发展趋势有较大差异,夏季的6月、7月降水较历史时期增多,春旱(4月)、秋旱(9月和10月)加重趋势显著。草原区在整个历史时期的干旱变化趋势不如南部农作物区和中部阔叶林带明显。农作物区9月、10月两月份干旱加重的趋势最显著,说明黄淮海平原区的夏玉米将越来越受到秋旱的威胁,防旱抗旱形势重于冬小麦面临的春旱,冬小麦的秋种受干旱的影响将加重。

中药混合过程终点在线判定方法研究

混合过程是制剂生产过程的关键环节,它直接影响固体制剂质量的均一性和稳定性。随着《工业过程分析技术指南》的发布,在线分析技术在混合过程应用的研究报道越来越多,但对混合终点在线判断算法的研究尚处于起步阶段。该研究以移动块标准偏差法为原型,建立适于在线应用的混合终点判断方法——递增窗口移动块标准偏差,并将其用于中药配方颗粒混合过程终点的判断。通过在线学习调整窗口大小,将混合过程物料状态的变化实时体现在标准差的计算过程中。在3种不同中药饮片提取物和辅料糊精混合过程的应用中表明,与传统的移动块标准偏差法相比,基于递增窗口移动块标准偏差法计算得到的窗口尺寸变化可以更为清晰地反映混合过程物料状态变异,适于在线应用。

在线近红外光谱监测桂枝茯苓胶囊流化床干燥过程水分的方法研究

目的采用在线近红外光谱(NIRS)技术,建立桂枝茯苓胶囊流化床干燥过程水分实时监测模型。方法通过NIRS漫反射探头采集16个生产批次共176个样本进行建模,优选移动窗口平滑法进行光谱预处理,采用间隔偏最小二乘法(siPLS)结合移动窗口偏最小二乘法(mwPLS)筛选特征变量为4759.45~5338.00 cm^−1、5503.84~6101.67 cm^−1、8512.25~8809.24 cm^−1,采用偏最小二乘(PLS)法建立水分含量多变量校正模型。结果水分预测的交叉验证均方根误差(RMSECV)为0.243%,性能偏差比(RPD)值为13.384,预测相对偏差(RSEP)为0.270%。以8个生产批次对在线监控方法的可靠性进行持续验证,结果40个样本的相对预测误差均小于4.7%。干燥过程水分实时监测趋势图显示可准确判断干燥终点,终点样本水分含量位于控制限内。结论在线NIRS结合PLS建立的定量模型,可应用于生产规模桂枝茯苓胶囊流化床干燥过程水分含量在线监控且预测性能稳健、准确。

扫描线局部特征约束的车载LiDAR点云城市道路边界提取方法

城市环境下的车载LiDAR点云在道路边界提取时容易受到路边车辆、行人遮挡等影响,而造成伪边界点的生成和边界线的不连续。本文发现利用高程标准差约束能够有效的处理该类问题。本文首先进行数据预处理,包括点云分段及地面点滤波、基于相邻点间距离将地面点整合成扫描线存储;其次基于扫描线建立连续双窗口,采用扫描线双向移动窗口法,构造双窗口之间高差、夹角值、高程标准差3种约束条件获取候选路坎点,并根据道路边界的连续性采用密度聚类中的DBSCAN算法聚类去噪,生成较为连续且精确的路坎边界点;最后对边界断点区域计算累计曲率值和距离来判断该位置是否为路口,若边界线断点为路口不进行连接,反之,视为车辆或行人遮挡导致的断点,采用二次多项式曲线填补拟合,获得边界的数学参数模型。实验结果表明,在存在较多遮挡的城市环境下道路边界提取精度能够达到80%以上。