河南科技大学食品与生物工程学院, 河南 洛阳 471023
为了监测黄瓜采摘后贮藏期间品质的变化, 借助不同贮藏日期贮藏室气氛的3D荧光数据, 提出了一种特征荧光信息(特征激发与特征发射波长)提取方法, 实现了黄瓜贮藏期间品质的监测。 首先, 对3D荧光数据进行去除瑞利散射和多项式Savitzky-Golar(SG)平滑降噪预处理, 有效消除了散射和噪声信号的影响。 其次, 对预处理后的3D荧光数据进行主成分分析(PCA)得到主成分矩阵, 并运用各主成分变量构造Wilks统计量, 选取了最小值对应的主成分(第11主成分, PC11); 根据构造该主成分的各原始变量(激发波长)的组合系数大小提取了8个特征激发波长。 然后, 采用10 nm的间隔对发射光谱进行了波段划分, 运用小波包分解(WPD)对每个波段进行了3尺度分解, 计算了各波段分解后的小波包能量, 综合8天试验结果选择能量最高的发射波段作为初选发射波段。 采用偏最小二乘回归(PLS)结合黄瓜理化指标(硬度、 叶绿素含量和失重率)对初选的发射波段进行了分析, 依据回归系数精选了7个特征发射波长, 简化了计算。 同时, 根据黄瓜硬度数据初步找到了其变化趋势的转折点; 根据黄瓜叶绿素含量变化曲线及一阶导数, 发现了叶绿素下降趋势最显著的点, 并结合试验过程中的感官观察结果, 确定第5个贮藏日为黄瓜品质突变日, 并选择第5个贮藏日为监测基准日。 最后, 采用提取的特征荧光信息计算不同贮藏天数与监测基准日之间的马氏距离(MD), 构建MD监测模型。 结果表明, 随着贮藏时间越来越接近监测基准日, MD值则逐渐减小到0, 与黄瓜贮藏过程中品质变化进程相符。 上述多变量统计分析融合小波包能量的特征波长提取方法和应用特征荧光信息构建的MD监测模型有望成为黄瓜贮藏过程中品质监测的一种可行方法。
黄瓜 3D荧光 Wilks Λ统计量 小波包分解 偏最小二乘回归 品质监测 Cucumber The 3D fluorescence Wilks Λ statistic Wavelet packet decomposition Partial least squares regression Quality monitoring 光谱学与光谱分析
2023, 43(9): 2967
中国移动通信集团设计院有限公司, 北京 100080
文章从网际互连协议(IP)网络质量出发, 针对时延和丢包等网络性能因素对互联网整体质量和行业大客户端到端业务质量的影响, 提出了统一的架构设计, 结合高速采集(Telemetry)、双向测量(Twamp)、逐流检测(IFIT)和数据流分析(Flow)等新技术的应用, 完成了IP网络质量监测及优化方案研究。结果表明, 通过文章方案部署可有效提升监测数据的时效性、真实性和可靠性。方案部署后采集海量包粒度的质量数据并分析, 借助人工智能(AI)预测能力完成故障预警, 在提升了业务质量的同时进一步增强了现有网络“自动驾驶”能力。
网络质量监测 网络质量优化 方案设计 智能预警 network quality monitoring network quality optimization solution design intelligent warning
电子科技大学 光电科学与工程学院，四川 成都 610054
激光选区熔化技术在实际应用中会出现熔点突出、工件翘曲等问题，影响铺粉质量及最终成型工件质量。为了提高激光选区熔化的铺粉质量，该文设计了一款基于PZT-5H阵列的L式双向智能刮刀，并对其传感器性能、单路信号灵敏度、铺粉模拟等进行了测试。结果表明，测试得到刮刀整体灵敏度为100 μm，有效地提高了智能刮刀在激光选区熔化中的铺粉质量，为后续增材制造智能化奠定了基础。
激光选区熔化 铺粉质量监测 翘曲变形 智能刮刀 压电复合传感 laser selective melting powder spreading quality monitoring warping deformation intelligent scraper piezoelectric composite sensing
南瑞集团(国网电力科学研究院)有限公司, 江苏 南京 211000
目前微型分光光度计已广泛应用于水质在线分析仪器中, 而杂散光作为分光光度计检定中的一个重要指标, 其大小对于测量结果具有很大的影响。理论分析了杂散光的来源及其对分光光度计测量结果的影响, 搭建了测试平台, 对两台不同程度杂散光的微型分光光度计进行了检测, 并将其分别应用于六价铬水质分析仪中, 对不同浓度的标准溶液进行了测量, 结果表明, 杂散光的存在会引入较大的测量误差, 且随着溶液浓度的增大, 其影响更加严重。因此, 在仪器设计制造和实际应用工作中须重视对杂散光的抑制和控制, 从而提高仪器的测量精度, 进一步保证用水安全, 降低水质污染带来的各种风险。
地下水 水质监测 杂散光 分光光度计 吸光度 groundwater water quality monitoring stray light spectrophotometer absorbance
1 中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术重点实验室, 陕西 西安 710119
3 深圳市盐田港集团有限公司, 广东 深圳 518081
水是一种有限的资源, 对农业、 工业乃至人类的生存都是必不可少的, 良好的水环境是可持续发展的重要保障。 对水质信息的科学监测, 是实现水资源优化配置与高效利用的基础。 联合国环境署(UNEP)与世界卫生组织(WHO)指出, 应当加强发展中国家的水质监测网络, 包括数据质量的保证和分析能力的提高。 光谱法作为一种新兴的水质分析方法, 相比传统的化学水质监测方法, 具有“响应速度快、 多参数同步、 绿色无污染”的特点。 传统单波长、 多波长的线性模型依赖于水体对特定波长的吸收特征, 不适用于多组分混合溶液且普适性较差。 因此, 提出了一种基于IERT的非线性全光谱定量分析算法, 建立适用于多组分混合溶液浓度预测模型, 达到利用全光谱信息来预测浓度信息的目的。 利用实验室配置的COD, BOD5和TOC多组分混合溶液与NO3-N、 浊度、 色度多组分混合溶液作为实验样本, 使用光谱仪采集样本的光谱曲线, 通过全光谱数据进行浓度预测实验, 结果显示, 对于COD, BOD5和TOC多组分混合溶液, 本算法对于三种组分的决定系数(R2)分别为0.999 3, 0.991 4和0.999 3, 均方根误差(RMSE)分别为0.024 4, 0.057 7和0.000 4; 对于NO3-N、 浊度、 色度多组分混合溶液, 决定系数(R2)分别为0.983 4, 0.868 4和0.981 0, 均方根误差(RMSE)分别为0.100 5, 0.326 4和0.120 2。 通过对比本算法与偏最小二乘(PLS)、 支持向量机回归(SVR)、 决策树(DT)、 极端随机树(ERT)对于同一组数据的实验结果, 表明: 在两组多组分混合溶液的实验中, 本算法对于其中各组分的决定系数(R2)均为最优, 相比于其他对比算法均方根误差(RMSE)均有大幅减少。 本算法可利用光谱信息对多组分混合溶液进行定量分析, 在计算时间相当的情况下, 可有效的提高浓度预测精度, 减少定量分析的均方根误差, 可为光谱法水质监测提供一种新的有效途径。
光谱法水质监测 紫外可见光谱技术 光谱定量分析 多组分混合溶液 极端随机树 Spectroscopic water quality monitoring Ultraviolet visible spectroscopy technology Spectral quantitative analysis Multi-component mixed solution Extreme random trees 光谱学与光谱分析
2021, 41(12): 3922
1 合肥工业大学光电技术研究院, 特种显示技术国家工程实验室, 安徽 合肥 230009
2 中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所, 中国科学院传感技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
针对国家环境空气质量监测站 (NAAQMS) 由于体积大、成本高而不利于大面积广泛布点的问题, 研制了一种微型空气质量监测系统, 用于监测大气中 CO、NO2、O3、SO2、PM2.5 和 PM10 的浓度。该系统分别采用电化学气体传感器和光学粒子计数器来测量气体污染物和颗粒物浓度。考虑到传感器在测量污染物浓度时容易受到大气温湿度的影响, 基于多传感器融合技术通过温湿度补偿算法对测量结果进行了修正, 并与 NAAQMS 发布的数据进行了比较, 分析表明二者具有很强的相关性。与 NAAQMS 的数据相比, 本系统 10 天监测数据的相关系数优于 0.7; 通过算法校正后, 某些污染物 (如 PM2.5) 的相关系数甚至可以提高到 0.9。新设计的空气质量监测系统具有鲁棒性强、体积小的特点, 适用于环境空气污染物的长期大面积分布式网络监测。
空气质量监测 优化设计 多传感器融合 小型化 air quality monitoring optimization design multi-sensor fusion miniaturization 大气与环境光学学报
2021, 16(4): 349
中国石油大学(华东)地球科学与技术学院, 山东 青岛 266580
高光谱数据信息量丰富, 波段数量多, 能够为地物分析提供更全面的依据, 但同时也增加了数据分析的复杂性和干扰性, 尤其是水质遥感监测等低信噪比的应用领域。 传统波段选择常借助相关性系数等方法, 在众多光谱波段中选择标识波段, 并在所选波段集合上进行数据分析。 基于约束能量最小化(CEM)从信号检测角度提出了一种面向目标向量的波段选择算法——基于CEM的波段选择算法(CBS), 采用信号匹配滤波器从观测向量中找出与目标向量匹配度高的波段, 结合正交原理, 最大程度地选出与目标向量匹配度高且波段向量冗余度低的波段子集。 以水质监测中的成分测定作为验证, 采集辽河入海口试验区的高光谱数据, 结合同步实地水样数据进行建模, 预测辽河水域氮磷含量。 比较CBS算法的波段选择结果和皮尔逊相关系数(PCC)波段选择结果, 将两种方法得到的显著性波段子集作为变量进行逐步回归分析, 建立多元回归模型, 进一步对模型进行精度检验, 分析其预测值与真实值的平均相对误差。 总磷浓度模型的精度检验中, 通过PCC算法选择波段得到的模型平均相对误差为20.7%, 而通过CBS算法选择波段得到的模型平均相对误差为8.17%; 总氮浓度模型的精度检验中, 通过PCC算法选择波段得到的模型平均相对误差为16.8%, 而通过CBS算法选择波段得到的模型平均相对误差为12.4%。 数据分析的结果表明, CBS算法得到的波段子集, 在氮磷浓度反演的能力上, 优于传统基于相关系数的选择方法。
高光谱遥感 波段选择 水质监测 Hyperspectral remote sensing Band Selection Water quality monitoring 光谱学与光谱分析
2020, 40(12): 3778
西安科技大学机械工程学院，陕西 西安 710054
激光熔覆再制造技术在零件修复方面已被广泛应用几十年，该技术在应用时熔覆层易出现成形不均匀，存在气孔、裂纹等缺陷，熔覆层的质量会直接影响零件的修复效果。因此，有效控制熔覆层质量是该技术应用过程中的关键。分析了国内外现有的以熔覆层截面形貌、稀释率和热影响区宽度为评价指标的质量评估方法，介绍了以图像、温度等为监测信号的质量监测技术，综述了自适应控制系统，继而根据目前研究进展对熔覆层成形质量的提高提供依据。
激光熔覆 质量评估 质量监测 自适应控制 laser cladding quality assessment quality monitoring adaptive control
南瑞集团(国网电力科学研究院)有限公司, 江苏 南京 211000
基于交叉非对称式Czerny-Turner系统,研制了一种宽光谱、高分辨率的微型分光光度计。采用三次多项式拟合的方法对该分光光度计进行波长标定,测得其相对波长误差小于0.1 nm。采用该分光光度计搭建一套实验测量系统,并配制显色剂与六价铬标准溶液,测试该系统的性能。结果表明:该分光光度计能够满足六价铬水质在线分析仪的应用需求,为实现高精度、多波长水质参数在线监测提供了解决方案。
光学设计 水质监测 分光光度计 波长标定 光谱分辨率 激光与光电子学进展
2018, 55(12): 122201
