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The continuous wavelet projections algorithm: A practical spectral-feature-mining approach for crop detection 被引量:2
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作者 Xiaohu Zhao Jingcheng Zhang +3 位作者 Ruiliang Pu Zaifa Shu Weizhong He Kaihua Wu 《The Crop Journal》 SCIE CSCD 2022年第5期1264-1273,共10页
Spectroscopy can be used for detecting crop characteristics. A goal of crop spectrum analysis is to extract effective features from spectral data for establishing a detection model. An ideal spectral feature set shoul... Spectroscopy can be used for detecting crop characteristics. A goal of crop spectrum analysis is to extract effective features from spectral data for establishing a detection model. An ideal spectral feature set should have high sensitivity to target parameters but low information redundancy among features.However, feature-selection methods that satisfy both requirements are lacking. To address this issue,in this study, a novel method, the continuous wavelet projections algorithm(CWPA), was developed,which has advantages of both continuous wavelet analysis(CWA) and the successive projections algorithm(SPA) for generating optimal spectral feature set for crop detection. Three datasets collected for crop stress detection and retrieval of biochemical properties were used to validate the CWPA under both classification and regression scenarios. The CWPA generated a feature set with fewer features yet achieving accuracy comparable to or even higher than those of CWA and SPA. With only two to three features identified by CWPA, an overall accuracy of 98% in classifying tea plant stresses was achieved, and high coefficients of determination were obtained in retrieving corn leaf chlorophyll content(R^(2)= 0.8521)and equivalent water thickness(R^(2)= 0.9508). The mechanism of the CWPA ensures that the novel algorithm discovers the most sensitive features while retaining complementarity among features. Its ability to reduce the data dimension suggests its potential for crop monitoring and phenotyping with hyperspectral data. 展开更多
关键词 HYPERSPECTRAL Crop parameters Crop phenotyping Continuous wavelet analysis successive projections algorithm
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基于SPA-GA-SVR模型的土壤水分及温度预测 被引量:5
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作者 朱成杰 汪正权 《中国农村水利水电》 北大核心 2024年第1期30-36,共7页
土壤湿度和温度是影响水文循环和气候变化的重要参数,在农业实践活动和生态平衡中起着重要作用。为及时、准确地监测土壤含水量(Soil Moisture Content,SMC)及温度,提出了一种基于高光谱数据的预测方法。实验数据集来自为期5天的实地测... 土壤湿度和温度是影响水文循环和气候变化的重要参数,在农业实践活动和生态平衡中起着重要作用。为及时、准确地监测土壤含水量(Soil Moisture Content,SMC)及温度,提出了一种基于高光谱数据的预测方法。实验数据集来自为期5天的实地测量,所获得的高光谱数据包含大量的噪声及冗余信息,因此首先用Savitzky-Golay卷积平滑对光谱数据进行降噪处理,利用连续投影算法(Successive Projection Algorithm,SPA)提取数据特征波长,然后通过遗传算法(Genetic Algorithm,GA)对支持向量机回归(Support Vector Regression,SVR)的超参数权值和偏置进行优化,构建SPA-GASVR混合算法模型对土壤水分和温度进行预测,并与BP神经网络(Back Propagation Neural Network,BPNN)、SPA-BP、SVR、SPA-SVR、GA-SVR这5种模型的预测性能进行比较。实验结果表明:各模型在土壤湿度低于30%的情况下,表现出的预测能力差异并不显著。但整体上,复合模型相比于单一的神经网络或机器学习模型具有明显的优势,且经过连续投影算法优化的模型进一步的提高其预测能力,最终SPA-GA-SVR算法在各项指标上均优于其他模型,土壤水分预测模型的R^(2)=0.981、RMSE=0.473%,土壤温度预测模型R^(2)=0.963、RMSE=0.883℃。实验证明基于高光谱数据,经过SPA和GA优化的SVR模型能实现对土壤湿度和温度精准的预测。该方法具有一定的应用价值和现实意义,可应用于便携式高光谱仪和无人机上,实现对土壤水分和温度的实时监测,为今后的播种及灌溉提供理论参考。 展开更多
关键词 土壤水分 土壤温度 高光谱 连续投影算法(spa) 遗传算法-支持向量机回归(GA-SVR)
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紫外吸收光谱结合SPA-ELM算法的水体磷酸根离子检测研究
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作者 郑培超 尹义同 +4 位作者 王金梅 周椿棪 张莉 曾金锐 吕强 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期82-87,共6页
在工业锅炉中随着水蒸气蒸发,大量的钙镁离子留在炉水中,如果不加处理,在水冷管中会形成水垢,造成爆管停炉。为了保障设备的安全运行,消除安全隐患,工业上通过维持水中一定含量的磷酸根离子来去除锅炉中的钙、镁水垢。传统的磷酸根离子... 在工业锅炉中随着水蒸气蒸发,大量的钙镁离子留在炉水中,如果不加处理,在水冷管中会形成水垢,造成爆管停炉。为了保障设备的安全运行,消除安全隐患,工业上通过维持水中一定含量的磷酸根离子来去除锅炉中的钙、镁水垢。传统的磷酸根离子检测技术主要有比色法、分光光度法、色谱法、电位法等,这些方法前期处理步骤较繁琐且耗时较长。光谱法是通过测定物质的吸收光谱并建立和浓度关系的数学模型,对物质浓度定量的一种分析方法。为了满足磷酸根离子快速、实时测量的要求,提出了一种基于紫外吸收光谱结合SPA-ELM算法快速测量磷酸根离子的方法。按照我国《工业锅炉水质GB/T 1576—2018》中所规定的进入热水锅炉前的水质参数要求,配置37份浓度范围在5~100 mg·L^(-1)磷酸根溶液,使用搭建的实验装置,采集紫外吸收光谱。使用SPXY将样品按照7∶3的比例随机划分训练集、测试集;使用Savitzky-Golay(S-G)滤波对数据预处理以提高光谱的信噪比;通过连续投影算法(SPA)压缩光谱数据,筛选出5个与磷酸根强相关的特征波长;使用极限学习机(ELM)将特征波长处的吸光度与样本浓度进行拟合,以决定系数R2和均方根误差RMSE作为模型评价指标,建立磷酸根离子的回归模型。采用所提出的建模方法所建立的模型训练集的R2与RMSE分别为0.9972和1.3015 mg·L^(-1),测试集的R^(2)与RMSE分别为0.9995和0.5174 mg·L^(-1)。为了验证所提出的SPA-ELM预测模型效果,另外建立了LASSO-ELM、PCA-ELM、SPA-PLS和SPA-SVR四种预测模型进行对比。实验结果表明,SPA-ELM建立的预测模型的R2和RMSE均优于其他四种预测模型,说明采用的特征选择方法和回归方法均为最优,能够对磷酸根浓度范围为5~100 mg·L^(-1)的水体进行准确预测,为水中磷酸根离子的检测提供了一种新的解决方法。 展开更多
关键词 磷酸根离子 紫外吸收光谱 连续投影算法 极限学习机
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基于 SPA-PSO-BP 的花生高光谱图像分类方法研究 被引量:1
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作者 杨洋 徐熙平 +3 位作者 薛航 张宁 张越 索科 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期556-564,共9页
为了提高可见-近红外(VNIR)高光谱花生图像分类的准确率和减少分类检测的运算时间,提出了基于连续投影算法(SPA)融合粒子群算法优化后向传播神经网络(PSO-BP)的分类检测模型。利用高光谱成像系统采集了7个花生品种样本的VNIR光谱数据,... 为了提高可见-近红外(VNIR)高光谱花生图像分类的准确率和减少分类检测的运算时间,提出了基于连续投影算法(SPA)融合粒子群算法优化后向传播神经网络(PSO-BP)的分类检测模型。利用高光谱成像系统采集了7个花生品种样本的VNIR光谱数据,并进行了背景分割和光谱信息的提取,去除受噪声和杂散光影响大的波段后,运用Savitzky-Golay卷积平滑对400 nm~900 nm范围的波长进行预处理;采用SPA降维及均方根误差值选择了25个特征波长,同时利用PSO-BP神经网络的初始权重和阈值,构建PSO-BP模型作为分类器进行了实验,取得了测试集识别准确率为98.7%、kappa系数为0.98及遗漏误差为3的数据。结果表明,相较4个对比方法构建的分类模型,该模型的准确率分别提高了2.1%、8.6%、3.9%和4.3%。该方法在基于高光谱成像的花生品种分类技术中具有很好的应用前景,为花生品种的高精度、快速无损分类提供了新思路。 展开更多
关键词 光谱学 图像分类 连续投影算法 粒子群算法 后向传播神经网络 花生
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基于CARS-SPA特征提取的黄水淀粉近红外光谱定量模型优化 被引量:1
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作者 母雯竹 张贵宇 +2 位作者 张维 姚瑞 付妮 《食品科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第19期8-14,共7页
为提高白酒固态发酵的副产物黄水中淀粉含量预测模型精度和建模效率。采用傅里叶变换近红外光谱仪采集黄水光谱信息,利用一阶导数对光谱进行预处理,并结合偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)建立黄水淀粉定量预测... 为提高白酒固态发酵的副产物黄水中淀粉含量预测模型精度和建模效率。采用傅里叶变换近红外光谱仪采集黄水光谱信息,利用一阶导数对光谱进行预处理,并结合偏最小二乘回归(partial least squares regression,PLSR)建立黄水淀粉定量预测模型。使用决定系数(R^(2))和预测均方误差(root mean square error of prediction,RMSEP)评价模型性能。光谱中含有大量冗余信息,为有效提升黄水淀粉含量检测精度和优化模型效率,将不同特征提取方法的优点结合,发现使用竞争性自适应重加权算法(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)结合连续投影算法(successive projections algorithm,SPA)提取的光谱特征所建立的PLSR模型,相较于未使用特征提取或仅使用单一特征提取所建立的模型均有明显提升。在单一使用CARS时,模型的R^(2)为0.9654,RMSEP为0.2012%,而结合SPA后,R2为0.9738,RMSEP为0.1748%。此外,光谱维度从2203个减少到了126个,不仅提高了预测精度,也提升了建模效率。本研究提出的方法可作为黄水近红外定量模型优化的有效途径。 展开更多
关键词 黄水 近红外光谱 竞争性自适应重加权算法 连续投影算法 偏最小二乘回归法
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基于SPA-WOA-SVR的青霉素发酵过程软测量建模方法
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作者 吴萍 《镇江高专学报》 2024年第3期88-93,共6页
针对青霉素发酵过程中关键参数难以直接在线测量这一工程技术难题提出基于SPA-WOA-SVR的软测量方法。采用连续投影算法(SPA)选取发酵过程辅助变量,以选取的特征辅助变量(CO_(2)浓度η、溶解氧浓度D_(O)、pH值、酸流加速率μ、碱流加速... 针对青霉素发酵过程中关键参数难以直接在线测量这一工程技术难题提出基于SPA-WOA-SVR的软测量方法。采用连续投影算法(SPA)选取发酵过程辅助变量,以选取的特征辅助变量(CO_(2)浓度η、溶解氧浓度D_(O)、pH值、酸流加速率μ、碱流加速率l)为输入,以发酵过程关键参数(菌体浓度X、基质浓度S和产物浓度P)为输出,基于支持向量机回归(SVR)建立软测量模型。为提高软测量模型的预测精度和稳定性,采用鲸鱼优化算法(WOA)对模型的重要参数(核函数宽度σ、惩罚因子c和不敏感系数ε)进行寻优。将构建的软测量模型应用于青霉素发酵过程关键参数预测,仿真结果表明,与传统SVR软测量建模方法相比,采用SPA-WOA-SVR软测量方法,关键参数X、S、P测试集中的决定系数R^(2)均在0.953 3以上,均方根误差R_(MSE)均小于0.029 3,特别是菌体浓度R^(2)由0.904 4提升到0.987 9,R_(MSE)由0.031 4下降为0.009 8,说明基于SPA-WOA-SVR的软测量建模方法有效提升了模型的预测性能,具有更高的预测精度和稳定性,可推广应用于一般非线性系统的软传感器建模。 展开更多
关键词 青霉素发酵 连续投影算法(spa) 鲸鱼优化算法(WOA) 软测量
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近红外光谱技术结合RCA和SPA方法检测土壤总氮研究 被引量:13
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作者 方孝荣 章海亮 +1 位作者 黄凌霞 何勇 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期1248-1252,共5页
基于近红外光谱技术结合连续投影算法和回归系数分析对检测土壤总氮含量进行研究。采集农田土壤样本近红外光谱数据,土壤样本数量共394个。由于原始光谱数据量大,在500~2 500nm光谱波长范围基础上,为简化模型,在原始光谱基础上采用连... 基于近红外光谱技术结合连续投影算法和回归系数分析对检测土壤总氮含量进行研究。采集农田土壤样本近红外光谱数据,土壤样本数量共394个。由于原始光谱数据量大,在500~2 500nm光谱波长范围基础上,为简化模型,在原始光谱基础上采用连续投影算法和回归系数分析提取特征变量,以两种变量选择方法提取的特征变量作为输入,分别采用偏最小二乘回归(PLS)、多元线性回归(MLR)和最小二乘支持向量机(LS-SVM)建模方法建立总氮预测模型,共建立了9个预测模型,最优预测集的决定系数为0.81,剩余预测偏差RPD为2.26。研究表明,基于连续投影算法和回归系数分析选择的特征波长可以应用于近红外光谱检测土壤总氮含量,同时可以大大简化模型,适合开发便携式土壤养分检测仪。 展开更多
关键词 近红外光谱 土壤总氮 连续投影算法 回归系数分析
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IPLS-SPA波长选择方法在近红外秸秆生物量中的应用研究 被引量:13
8
作者 孔庆明 苏中滨 +4 位作者 沈维政 张丙芳 王建波 纪楠 葛慧芳 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期1233-1238,共6页
在近红外光谱分析模型中全谱信息通常含有大量冗余信息,会导致模型解析时间延长、加大模型解析难度,因此如何快速有效地选取特征波长至关重要。采用基于间隔偏最小二乘(interval partial least squares,IPLS)结合连续投影算法(succes... 在近红外光谱分析模型中全谱信息通常含有大量冗余信息,会导致模型解析时间延长、加大模型解析难度,因此如何快速有效地选取特征波长至关重要。采用基于间隔偏最小二乘(interval partial least squares,IPLS)结合连续投影算法(successive projections algorithm,SPA)对小麦秸秆发酵过程微生物生物量进行特征波长选择,共制备85个样本,采用氨基葡萄糖法测定微生物生物量,选择68个样本作为校正集,17个样本作为验证集。首先对全谱区520个波长点根据间隔点大小10,20,30,40进行分段建模,选取出4 450~4 925和9 194~9 993cm^-1两个波段范围作为特征波段,将选取出的特征波段再进行连续投影算法及遗传算法(genetic algorithm,GA)特征波长点选取,并进行综合分析对比。实验结果表明采用IPLS-SPA算法选择4 450~4 925和9 194~9 993cm^-1的组合波段具有最佳建模效果,相比于全谱建模其参与建模的波长点由520个减少到10个,模型验证集决定系数(R-Square,R2)从0.884 9提升至0.945 28,验证集均方误差根(root mean square error prediction,RMSEP)从11.104 9降至8.203 3,GA遗传算法虽取得了更优的模型精度,但其实验结果并不稳定且随机性较强,而IPLS结合SPA方法能够稳定而准确的(地)选择特征波长信息,提高模型运算速度并降低模型拟合难度,可以作为一种新的波段选择参考方法。结果表明采用近红外光谱分析方法对秸秆发酵生物量进行快速检测是可行的。 展开更多
关键词 近红外光谱 间隔偏最小二乘 连续投影算法 遗传算法
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EMD和SPA算法在光谱法检测面粉过氧化苯甲酰添加量中的应用 被引量:9
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作者 张志勇 李刚 +2 位作者 林凌 崔新仪 张宝菊 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期2815-2819,共5页
将经验模态分解(EMD)和连续投影算法(SPA)结合用于面粉过氧化苯甲酰(BPO)添加量的近红外光谱检测分析中。在波长898~1 725nm范围内采集添加了BPO的面粉样本光谱,先通过EMD分解法对其进行噪声预处理,然后利用SPA算法提取光谱特征波长。... 将经验模态分解(EMD)和连续投影算法(SPA)结合用于面粉过氧化苯甲酰(BPO)添加量的近红外光谱检测分析中。在波长898~1 725nm范围内采集添加了BPO的面粉样本光谱,先通过EMD分解法对其进行噪声预处理,然后利用SPA算法提取光谱特征波长。EMD处理后的光谱建模精度比原始光谱建模精度大大提高,通过SPA算法从512个波长中提取了7个特征波长,基于特征波长建立的模型,与EMD处理后全波长建模结果相比,建模波长个数大幅缩减,但是模型精度与全谱建模相当,结果表明:EMD和SPA结合可有效用于面粉BPO检测的光谱去噪和特征波长提取,该结果为开发便携式面粉BPO检测仪提供了参考和依据。 展开更多
关键词 经验模态分解 连续投影算法 近红外 面粉 过氧化苯甲酰
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SPA-PLS的高含水原油近红外光谱含水率分析 被引量:5
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作者 韩建 李雨昭 +2 位作者 曹志民 刘强 牟海维 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期3452-3458,共7页
准确及时的检测原油含水率对注水策略调整、原油开采能力评估、油井开发寿命预测等均具有重要意义。然而,当前我国大多数油田均已进入高含水的开发中晚期,含水率测量难度大且准确率不高。在此背景下,开展了高含水情况下利用近红外光谱... 准确及时的检测原油含水率对注水策略调整、原油开采能力评估、油井开发寿命预测等均具有重要意义。然而,当前我国大多数油田均已进入高含水的开发中晚期,含水率测量难度大且准确率不高。在此背景下,开展了高含水情况下利用近红外光谱进行原油含水率测量的研究。首先介绍了目前原油含水率检测的常用方法,分析了它们的优劣。理论上,由于水的近红外光吸收带与原油中C—H键的吸收带有明显区别,根据Lambert-Beer吸收定律和吸光度线性叠加定律可知,不同含水率高含水原油近红外光谱会存在较强响应差异。为此,对高含水原油进行近红外光谱检测,建立原油含水率与近红外光谱响应间的非线性映射模型,可实现高含水原油含水率的精确测量。为了验证该方法的有效性,搭建了近红外光谱数据采集实验装置:采用白炽灯作为光源,经过光路调节成平行光后垂直射入样品池,用近红外光谱仪(海洋光学NIR512)采集光谱用于分析。其中,接收光谱仪带宽为900~1 700nm,平均分成512个波段。光谱数据利用光谱仪配套软件储存在电脑中。样本采用相同厚度不同比例的油水混合物,样本含水率范围为70%~99%,共采集数据60组,每组重复3次取平均值。得到原始数据后,先进行原始数据预处理,以减少数据采集时来自高频随机噪音及温度不稳定、样本不均匀、基线漂移、光散射等不利因素的影响。分别选用了S-G滤波、一阶导数和S-G滤波+一阶导数作为数据预处理的方法,利用连续投影算法(SPA)对光谱数据进行降维,并利用偏最小二乘法(PLS)和多元线性回归(MLR)进行建模,模型精度通过计算均方根误差值(RMSE)和相关系数(r)来验证。对比发现,使用S-G滤波+一阶导数建立的模型RMSE值最小(RMSE=0.007 0,r=0.9983)。使用SPA降维后的模型要优于全波段PLS模型(RMSE=0.083 3,r=0.920 6)与MLR模型(RMSE=0.099 9,r=0.967 1)。利用SPA提取出的31个特征波长建立的模型仅占全波段的6.05%,并获得了较好的精度。证明了利用光谱检测高含水原油含水率可行性,并且得到了满意的精度,为高含水原油的含水率检测提供了新的方法,为进一步利用近红外光进行高含水原油的快速检测与在线监测提供参考。 展开更多
关键词 近红外光谱 高含水率原油 连续投影算法 偏最小二乘法
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基于介电特性与SPA-SVR算法的水稻含水率检测方法 被引量:16
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作者 张本华 钱长钱 +5 位作者 焦晋康 丁兆赫 张扬 崔红光 刘翠红 冯龙龙 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第18期237-244,共8页
为提高基于介电法水稻含水率的检测精度,以北粳3号水稻为研究对象,利用阻抗分析仪及自制同轴圆柱型电容器测量了不同含水率水稻在1kHz^1MHz频率下的相对介电常数ε′及介质损耗因数ε"。采用x-y共生距离法划分了72个样本校正集和4... 为提高基于介电法水稻含水率的检测精度,以北粳3号水稻为研究对象,利用阻抗分析仪及自制同轴圆柱型电容器测量了不同含水率水稻在1kHz^1MHz频率下的相对介电常数ε′及介质损耗因数ε"。采用x-y共生距离法划分了72个样本校正集和48个样本预测集。利用无信息变量消除法及连续投影法选取介电参数(ε′、ε"及ε′和ε"两者结合)的特征变量,分别利用所提取的特征变量以及单频、全频下的介电参数来建立预测水稻含水率的多元线性回归及支持向量机回归模型,分析模型的预测性能,并对最佳模型的含水率预测结果进行温度补偿。结果表明:基于ε′与ε"两者结合并利用连续投影法提取特征变量建立的支持向量机回归模型预测效果最佳,其预测集决定系数为0.980,预测均方根误差为0.403%。最佳预测模型对不同品种水稻的含水率预测值与烘干法测得的含水率实测值的绝对误差集中分布在±0.5%内,该研究可为粮食含水率的检测提供参考。 展开更多
关键词 含水率 水稻 介电特性 连续投影法 支持向量机回归
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PCA和SPA的近红外光谱识别白菜种子品种研究 被引量:15
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作者 罗微 杜焱喆 章海亮 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期3536-3541,共6页
为了实现对不同品种白菜种子的快速无损鉴别,应用近红外光谱技术获取白菜种子的光谱反射率,首先采用变量标准化校正和多元散射校正对原始光谱进行预处理;其次,采用主成分分析法(PCA)对光谱数据进行聚类分析,从定性分析的角度得到三种不... 为了实现对不同品种白菜种子的快速无损鉴别,应用近红外光谱技术获取白菜种子的光谱反射率,首先采用变量标准化校正和多元散射校正对原始光谱进行预处理;其次,采用主成分分析法(PCA)对光谱数据进行聚类分析,从定性分析的角度得到三种不同白菜种子的特征差异,并采用连续投影算法(SPA)选取特征波长;最后,分别基于全波段光谱、PCA分析得到的前3个主成分变量以及SPA算法选取的特征波长,建立了最小二乘支持向量机(LS-SVM)和偏最小二乘判别(PLS-DA)模型进行白菜种子不同品种的鉴别。从主成分PC1、PC2得分图中可以看出,主成分1和2对不同种类白菜种子具有很好的聚类作用。基于特征波长建立的PLS-DA和LS-SVM模型的判别结果优于基于主成分变量建立的模型,其中基于特征波长建立的LS-SVM模型识别效果最优,建模集和预测集的品种识别率均达到100%。结果表明,通过SPA算法选取的6个特征波长变量能够很好的反映光谱信息,提出的SPA算法结合LS-SVM预测模型能获得满意的分类结果,为白菜种子品种的识别提供了一种新方法。 展开更多
关键词 近红外光谱 主成分分析 连续投影算法 偏最小二乘鉴别 最小二乘支持向量机
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基于SPA和多分类SVM的紫外-可见光光谱饮用水有机污染物判别方法研究 被引量:15
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作者 黄平捷 李宇涵 +4 位作者 俞巧君 王柯 尹航 侯迪波 张光新 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期2267-2272,共6页
快速、有效地识别饮用水中污染物类别对于降低突发饮用水污染事件影响十分重要。目前基于紫外-可见光光谱法的饮用水污染物判别模型大多使用主成分分析(PCA)进行特征提取,然而,对于光谱相似度较高的有机污染物,仅从数据驱动的角度提取... 快速、有效地识别饮用水中污染物类别对于降低突发饮用水污染事件影响十分重要。目前基于紫外-可见光光谱法的饮用水污染物判别模型大多使用主成分分析(PCA)进行特征提取,然而,对于光谱相似度较高的有机污染物,仅从数据驱动的角度提取其方差最大的方向作为特征进行识别效果往往不佳。针对有机污染物光谱数据多重共线性以及谱峰重叠干扰的问题,开展了基于连续投影算法(SPA)和多分类支持向量机(M-SVM)的紫外-可见光光谱饮用水有机污染物判别方法研究。首先,使用紫外光谱仪测量苯酚、对苯二酚、间苯二酚和间苯二胺的原始光谱数据并进行预处理,在对四种污染物进行了波长与浓度的相关关系对比分析后,发现苯酚和间苯二酚、对苯二酚和间苯二胺的谱峰重叠较为严重;特征提取时,引入SPA筛选有机污染物紫外-可见光光谱数据的特征波长组合,并对不同波长个数时的光谱吸光度进行多元线性回归分析,选取对应最小预测标准偏差的参数及波段组合作为最优参数组合;基于最优特征波长组合,构建基于多分类SVM的饮用水有机污染物分类识别模型;最后,对比分析了全光谱、 PCA及SPA特征提取后的光谱数据在不同分类方法及不同污染物浓度下的分类效果,进一步说明了SPA的适用性和稳定性。实验结果表明, SPA作为一种提取光谱数据原始特征波段的方法,可以有效的对有机污染物的紫外-可见光光谱进行特征提取,提升不同物质之间的差异,在一定程度上消除多重共线性和谱峰重叠干扰,从而提高分类模型的准确率。该方法对于解决饮用水中谱峰重叠的污染物类型判别问题具有参考价值。 展开更多
关键词 紫外-可见光光谱 有机污染物判别 连续投影算法 多分类支持向量机
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SPA-LS-SVM检测土壤有机质和速效钾研究 被引量:10
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作者 章海亮 刘雪梅 何勇 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期1348-1351,共4页
应用可见/短波近红外光谱分析测量土壤有机质和速效钾含量。光谱预处理包括平滑,标准归一化,多元散射校正和平滑结合一阶导数,以消除系统噪声和外部干扰,分别应用偏最小二乘和最小二乘支持向量机方法建立校正模型,模型的输入为基于连续... 应用可见/短波近红外光谱分析测量土壤有机质和速效钾含量。光谱预处理包括平滑,标准归一化,多元散射校正和平滑结合一阶导数,以消除系统噪声和外部干扰,分别应用偏最小二乘和最小二乘支持向量机方法建立校正模型,模型的输入为基于连续投影算法得到的特征波长。比较显示基于连续投影算法得到的特征波长为输入的最小二乘支持向量机优于偏最小二乘法建模。模型评价指标由相关系数和预测均方误差表示。有机质的相关系数和预测均方误差分别0.860 2和2.98,速效钾为0.730 5和15.78。表明基于连续投影算法可见/短波近红外光谱利用最小二乘支持向量机建模,可以作为一个精确的土壤有机质和速效钾的测定方法。 展开更多
关键词 连续投影算法 最小二乘支持向量机 土壤 有机质 速效钾
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基于dbiPLS-SPA变量筛选的固态发酵湿度近红外光谱检测 被引量:12
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作者 刘国海 江辉 梅从立 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第A01期218-222,共5页
为了提高基于近红外光谱技术的固态发酵关键过程参数——湿度快速检测的精度和稳定性,研究采用动态反向区间偏最小二乘(dbiPLS)法结合连续投影算法(SPA)进行最佳光谱子区间和特征组合变量的筛选,通过交互验证法确定偏最小二乘(PLS)模型... 为了提高基于近红外光谱技术的固态发酵关键过程参数——湿度快速检测的精度和稳定性,研究采用动态反向区间偏最小二乘(dbiPLS)法结合连续投影算法(SPA)进行最佳光谱子区间和特征组合变量的筛选,通过交互验证法确定偏最小二乘(PLS)模型的主成分因子数,并以预测均方根误差(RMSEP)和相关系数(Rp)作为模型的评价标准。试验结果显示,最佳dbiPLS-SPA模型筛选的组合变量个数为8,其RMSEP和Rp分别为1.1795%(质量分数)和0.9430。试验结果表明,dbiPLS-SPA是一个有效的波长组合变量筛选方法,可简化模型结构、增强模型精度和稳健性。 展开更多
关键词 发酵 湿度检测 近红外光谱 动态反向区间偏最小二乘 连续投影算法
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NIR高光谱成像技术联用SPA算法快速检测五花肉的过氧化值 被引量:5
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作者 何鸿举 王洋洋 +6 位作者 王魏 蒋圣启 朱亚东 马汉军 陈复生 朱明明 赵圣明 《食品工业科技》 CAS 北大核心 2020年第8期236-241,共6页
利用近红外(NIR)高光谱成像技术结合连续投影算法(SPA)快速、无损检测五花肉的过氧化值。通过高光谱成像系统采集样品的光谱图像,提取其反射光谱信息,经过基线校正(BC)、高斯滤波平滑(GFS)、中值滤波平滑(MFS)、卷积平滑(SGS)、移动平... 利用近红外(NIR)高光谱成像技术结合连续投影算法(SPA)快速、无损检测五花肉的过氧化值。通过高光谱成像系统采集样品的光谱图像,提取其反射光谱信息,经过基线校正(BC)、高斯滤波平滑(GFS)、中值滤波平滑(MFS)、卷积平滑(SGS)、移动平均值平滑(MAS)、标准正态变量变换(SNV)、多元散射校正(MSC)七种预处理后,利用偏最小二乘(PLS)建立预测模型。使用SPA筛选最优波长,重新预算,构建优化的PLS模型和多元线性回归(MLR)模型。结果显示,经过BC预处理(RP=0.960,RMSEP=5.15×10-4 g/100 g)和原始数据RAW(RP=0.960,RMSEP=4.89×10-4 g/100 g)的全波段PLS模型(F-PLS)预测过氧化值效果较好。优化结果显示,RAW的MLR模型(RP=0.968,RMSEP=4.12×10-4 g/100 g)预测效果更好。研究表明,NIR高光谱成像技术联用SPA算法可潜在实现对五花肉过氧化值的快速无损检测。 展开更多
关键词 高光谱成像技术 过氧化值 偏最小二乘 连续投影算法 多元线性回归
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光谱技术结合BiPLS-GA-SPA和ELM算法的生菜冠层氮素含量检测研究 被引量:5
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作者 高洪燕 毛罕平 张晓东 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期491-495,共5页
氮素是影响生菜产量和品质的重要因素,光谱技术是检测作物氮素含量最有效的手段之一。通过获取不同氮素水平下生菜冠层的反射光谱,对其进行FDSGF(first-order derivative based savitzky-golay filt)滤波后,利用后向区间偏最小二乘算法(... 氮素是影响生菜产量和品质的重要因素,光谱技术是检测作物氮素含量最有效的手段之一。通过获取不同氮素水平下生菜冠层的反射光谱,对其进行FDSGF(first-order derivative based savitzky-golay filt)滤波后,利用后向区间偏最小二乘算法(BiPLS)、遗传算法(GA)及连续投影算法(SPA)对特征波长进行梯度提取,最终从2 151个波长点中提取了8个与生菜氮素最为相关的特征波长。分别利用多元线性回归(MLR)、径向基函数神经网络(RBFNN)及极限学习机(ELM)三种算法建立了基于特征波段或特征波长的8个生菜冠层氮素含量检测模型。结果表明:BiPLS-GA-SPA-ELM模型(RMSEC=0.241 6%,Rc=0.934 6,RMSEP=0.284 2%,Rp=0.921 8)的预测结果优于其他模型,为指导合理施肥和开发便携式仪器提供了理论基础。 展开更多
关键词 反射光谱 后向区间偏最小二乘 遗传算法 连续投影算法 径向基函数神经网络 极限学习机
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基于SPA-PLS的秦皮提取液中秦皮甲素的快速测定 被引量:1
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作者 杨铭 陈佳蕾 +4 位作者 余敏英 史秀峰 顾希钧 钮慧珏 徐嘉 《中成药》 CAS CSCD 北大核心 2011年第5期847-851,共5页
目的探讨连续投影算法(SPA)结合偏最小二乘法(PLS)用于快速测定秦皮提取液中秦皮甲素的可行性。方法以HPLC分析值作为参照,采集不同产地的秦皮提取液的紫外光谱,运用SPA算法筛选样本的紫外特征波长,PLS算法建立快速测定秦皮甲素的数学... 目的探讨连续投影算法(SPA)结合偏最小二乘法(PLS)用于快速测定秦皮提取液中秦皮甲素的可行性。方法以HPLC分析值作为参照,采集不同产地的秦皮提取液的紫外光谱,运用SPA算法筛选样本的紫外特征波长,PLS算法建立快速测定秦皮甲素的数学模型。结果应用SPA算法筛选,只用了全部变量的16.21%(65个变量)建立模型,所建模型的预测集相关系数(RP)及预测均方根(RMSEP)分别为0.969 0、0.067 0。结论 SPA算法可以在不降低模型性能的前提下显著降低模型的复杂度,结合PLS算法建立的模型可以用于快速测定秦皮提取液中秦皮甲素。 展开更多
关键词 连续投影算法 偏最小二乘法 紫外光谱 秦皮甲素
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BiPLS结合SPA对苹果可溶性固形物含量的近红外检测方法 被引量:5
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作者 张立欣 杨翠芳 +2 位作者 陈杰 王亚明 张晓 《塔里木大学学报》 2021年第4期78-86,共9页
近红外光谱(NIR)分析方法是检测水果内在品质的有效方法之一,但检测过程容易受到共线性干扰。本研究采集900~1700 nm波长范围内苹果的近红外光谱数据,建立偏最小二乘法(PLS)模型对可溶性固形物含量进行检测。为简化模型,消除共线性的影... 近红外光谱(NIR)分析方法是检测水果内在品质的有效方法之一,但检测过程容易受到共线性干扰。本研究采集900~1700 nm波长范围内苹果的近红外光谱数据,建立偏最小二乘法(PLS)模型对可溶性固形物含量进行检测。为简化模型,消除共线性的影响,采用区间法(iPLS)、后向区间法(BiPLS)、连续投影算法(SPA)、连续投影算法-区间法(SPA-iPLS)及连续投影算法-后向区间法(SPA-BiPLS)选取特征波段变量。结果表明:采用254个全光谱变量建立PLS模型,训练集的r=0.8304,RMSE=1.1177,测试集的r=0.7694,RMSE=1.3483。SPA-BiPLS相比较于iPLS、BiPLS、SPA及SPA-iPLS算法,更适合于提取特征变量。采用6个特征波段建立的SPA-BiPLS模型,训练集的r=0.8919,RMSE=0.9073,测试集的r=0.8981,RMSE=0.9371,消除了共线性,提高了运行效率。 展开更多
关键词 苹果 偏最小二乘法 后向区间偏最小二乘法 连续投影算法
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基于改进SPA算法的高效降维方法 被引量:1
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作者 崔颖 王雪婷 +1 位作者 刘述彬 陆忠军 《应用科技》 CAS 2018年第5期51-55,共5页
为解决高光谱图像数据维数高、冗余信息较多、容易出现Hughes现象等问题,将改进的连续投影算法应用到高光谱图像降维处理中。改进的连续投影算法在原始算法基础上,分别采用峰度值和偏度值对初始波段的选择进行限制,在较短的时间内获得... 为解决高光谱图像数据维数高、冗余信息较多、容易出现Hughes现象等问题,将改进的连续投影算法应用到高光谱图像降维处理中。改进的连续投影算法在原始算法基础上,分别采用峰度值和偏度值对初始波段的选择进行限制,在较短的时间内获得了少量高效的特征波段,提高了分类性能和处理速度。在AVIRIS数据基础上,对本文提出的算法进行实验仿真,分别采用相关向量机(RVM)和支持向量机(SVM)分类器进行分类处理,并与改进的连续投影算法和蒙特卡罗算法的结果进行比较,实验结果表明改进算法的降维性能更好。 展开更多
关键词 高光谱图像 波段选择 降维 连续投影算法 峰度 偏度 支持向量机 相关向量机
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