土壤全氮田间Vis/NIR光谱测定方法研究

应用Vis/NIR光谱直接测定原始土壤属性具有重要的研究和应用价值。选取我国中部水稻土和潮土共103个土样,对比分析了两种土壤在田间环境下的湿态(Rw)和干态(Rd)光谱特征。采用相对变换光谱方法对湿态光谱进行了处理,结果表明该方法能够有效降低土壤水分的干扰和消除部分噪声,得到的变换光谱(Rn)与干态光谱在信息量和特征方面具有很高的相似度。以此建立了土壤TN的PLS回归估计模型,检验结果表明,Rn对水稻土和潮土TN的估计模型精度均高于Rw,修正判定系数分别从0.26和0.46提高到0.53和0.62。因此,相对光谱变换方法能够有效提高应用田间土壤光谱估计土壤参数的能力,建立的PLS模型可以用于测定TN含量,研究结果可作为实现田间实时分析土壤属性的工作基础。

MIV波长优选改善VIS/NIR光谱TVB-N模型性能研究

挥发性盐基氮(TVB-N)是衡量肉品新鲜的重要理化指标,利用可见/近红外(VIS/NIR)光谱对TVB-N含量进行定量检测具有重要意义。预测模型是VIS/NIR光谱检测TVB-N含量性能的关键要素,使其兼顾准确性与稳健性可有效改善TVB-N的定量分析结果。以猪肉为例,采集51组不同新鲜度样本的VIS/NIR光谱数据,去除低信噪比区间200~450和900~1000 nm,选取有效波段450~900 nm的光谱数据用于建模。随后利用主成分分析(PCA)对光谱信息降维,构建一个反向传播神经网络(BPNN)模型。在此基础上,提出用平均影响值(MIV)方法从有效波段中优选与肉质TVB-N含量强相关的特征波长,最终基于221个优选波长,构建一个MIV-PCA-BPNN预测模型。实验表明,初步构建的PCA-BPNN非线性预测模型,校正相关系数(R_C)和校正均方根误差(RMSEC)分别为0.96和1.47 mg/100 g,预测相关系数(R_P)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.93和1.74 mg/100 g,模型稳健性指标为1.18,优于经典的线性预测模型主成分分析回归和偏最小二乘回归,证明TVB-N具有较强的非线性效应。最终构建的MIV-PCA-BPNN预测模型的R_C和RMSEC分别为0.98和1.21 mg/100 g,R_P和RMSEP分别为0.96和1.12 mg/100 g,模型稳健性指标为1.08,在所构建的预测模型中,RMSEC和RMSEP最小,RC和RP最大,模型的准确性和稳健性最佳。另外,MIV方法筛选出的特征波长集中在7个波峰附近,皆分布于肉品中化学成分的吸收区内,且与TVB-N中的含氢基团的特征吸收峰表现出高度一致性,为利用MIV方法筛选波长变量提供了理论依据。研究结果显示,MIV波长优选可有效改善预测模型的性能,为利用神经网络剔除无关波长变量提供了新思路,所构建的MIV-PCA-BPNN预测模型满足了肉质中TVB-N定量分析的需求。

利用VIS/NIR反射光谱快速检测柿饼加工中水分含量

水分是柿饼的重要组成成分,也是影响柿饼制作过程的重要因素。利用可见/近红外反射光谱对柿饼制作过程中的水分含量进行检测。首先,获取柿饼在不同加工阶段的可见/近红外反射光谱(400~1000 nm),采用烘干法测定柿饼水分含量。然后,对光谱进行Mean smoothing(MS)平滑、多元散射校正(MSC)和一阶导数(1-D)预处理。最后,对不同预处理光谱,结合样本水分含量,使用Samples set partitioning based on joint x-y distance(SPXY)方法划分校正集和验证集,基于SPA方法选择特征波长,建立多元线性回归(MLR)预测模型。结果表明,反射光谱经过MS处理后,确定的9个最优波长组合建立水分检测模型的预测结果最好:预测相关系数(Rp)为0.9690,预测标准残差(SEP)为3.4729%,可见/近红外反射光谱技术可以较好地预测柿饼制作过程中的的水分含量。研究可为柿饼加工过程中的品质快速检测提供一定的技术支撑。

基于可见光/近红外高光谱技术的窖泥总酸的分布

基于近红外(near-infrared,NIR)以及可见光(visible,VIS)高光谱技术快速评估窖泥总酸的分布。化学计量法结合计算机技术分析窖泥在近红外以及可见光波段下的高光谱数据,结合总酸实测值建立偏最小二乘回归、最小二乘支持向量机2种预测模型。根据模型的表现性能,最优模型为可见光区域下的SNV-SPA-SVM模型,训练集的决定系数Rcal2为0.9985,均方根误差为0.0049 g/kg,测试集的决定系数Rpre2为0.9991,均方根误差为0.0038 g/kg,并计算得到不同窖龄、不同层次窖泥总酸度的可视化分布图。结果表明,将高光谱技术应用于窖泥总酸的快速无损检测是可行的,此技术帮助白酒企业快速发现问题,及时调整工艺,防止窖泥酸化和老化现象的发生,同时为中国白酒行业传统技术的转型升级以及智能化在线实时监控窖泥质量提供了有力的技术支持。

土壤定量遥感技术研究进展

分述了目前VIS/NIR地面光谱、多光谱和高光谱数据及分析技术在土壤定量遥感研究中的应用情况和进展,指出多源遥感数据的应用是该领域的主要趋势,并简要分析了目前研究中存在的问题。