1 东北大学资源与土木工程学院, 辽宁 沈阳 110819
2 东北大学江河建筑学院, 辽宁 沈阳 110819
3 中国黄金集团, 北京 100000
铁矿资源是我国国民经济基础产业中的重要组成要素, 在我国经济发展中有举足轻重的地位。 铁矿品位的检定效率对铁矿石开采效率有重大影响。 目前, 铁矿石品位的化学分析检定法, 不仅存在成本较高, 化验周期长的问题, 更主要的是其无法实现铁矿品位原位测定, 相对配矿流程存在滞后效应, 无法有效降低矿石开采的损失贫化率; 基于可见光-近红外光谱分析的铁矿品位原位测定技术是解决这一问题的有效途径。 以225个红岭矽卡岩型铁矿测试样本的可见光-近红外光谱数据及化学分析数据为数据源, 首先对原始数据进行了平滑处理, 并分析了矽卡岩型铁矿可见光-近红外光谱特征, 然后利用倒数对数、 多元散射校正(MSC)两种预处理方法对平滑后的光谱数据进行处理, 再分别以主成分分析法(PCA)、 遗传算法(GA)两种降维算法对预处理前后的光谱数据进行了处理, 获取了六种不同预处理组合算法处理后的数据源。 其中以PCA降维算法所降维数分别为3维、 3维、 7维; 以GA降维算法所降维数分别为477维、 489维、 509维。 最后基于随机森林(RF)和极限学习机(ELM)建立了矽卡岩型矿石金属铁品位的定量反演模型, 以决定系数(R2)、 均方根误差(RMSE)和平均相对误差(MRE)三个指标分别对模型的稳定性、 精确度、 可信度进行评价。 结果表明, 经MSC处理及PCA降维后的数据基于ELM算法建立的定量反演模型效果最优, 其R2可达0.99、 RMSE为0.005 7、 MRE为2.0%, 该方法所建模型对红岭矽卡岩型铁矿品位反演精度有明显的提升。 对矽卡岩铁矿品位的实时、 快速分析提供了一种有效的方法, 对实现矽卡岩型铁矿的高效开采具有重要的现实意义。
可见光-近红外光谱 矽卡岩铁矿 降维算法 预处理组合算法 定量反演模型 Visible and near-infrared spectroscopy Skarn-type iron ore Dimensionality reduction algorithm Preprocessing combination algorithm Quantitative inversion model
1 华中农业大学工学院, 湖北 武汉 430070
2 农业农村部长江中下游农业装备实验室, 湖北 武汉 430070
3 华中农业大学交叉科学研究院, 湖北 武汉 430070
对近红外光谱(NIRS)分析技术结合化学计量学方法定量检测混合溶液中鲜味物质浓度及其鲜味强度的可行性进行探讨。以谷氨酸钠与肌苷酸二钠所构成的鲜味物质混合溶液为研究对象,获取不同鲜味强度的样本并采集其近红外光谱数据。基于偏最小二乘回归法结合竞争性自适应移动窗口区间组合(CMIC)新算法,以及多种常用变量优化算法分别建立混合溶液中鲜味物质浓度和混合溶液鲜味强度的检测模型。实验结果表明,最优的混合溶液中鲜味物质浓度和混合溶液鲜味强度检测模型均是基于CMIC算法建立的简化模型,预测决定系数分别为0.8886、0.9182和0.8097。因此,NIRS分析技术结合化学计量学方法可应用于定量检测混合溶液中鲜味物质浓度及其鲜味强度。
光谱学 近红外光谱 混合溶液 鲜味物质 鲜味强度 竞争性自适应移动窗口区间组合算法
华东交通大学 电气与自动化工程学院，南昌 330013
为了实时了解铁路轨道的轨距变化情况，研制了一种实时在线监测轨距变化的测量系统。采用位置敏感探测器和激光发射器作为测量元件实时采集轨距的变化信息，建立数学模型计算轨距的偏移量，通过组合算法来获取两根钢轨移动状态后的偏移量，并通过二次插值算法对位置敏感探测器进行非线性补偿以提高位置敏感探测器的精度和准确度；采用控制器局域网络总线和通用分组无线服务技术将一定区域内的轨距变化信息发送到监控中心进行显示；通过和现有二级铁路轨距尺分别对同一模拟轨道进行了测量实验。结果表明，该系统的测量精度为0.32mm，达到了目前轨道检测行业所规定的1mm精度要求。
激光技术 轨距监测 位置敏感探测器 组合算法 非线性补偿 laser technique gauge monitoring position sensitive detector combination algorithm nonliner compensation
1 华北理工大学电气工程学院, 河北 唐山 063210
2 燕山大学河北省测试计量技术与仪器重点实验室, 河北 秦皇岛 066004
针对油类污染物成分复杂, 光谱重叠难以识别的问题, 提出采用三维荧光光谱结合组合算法对油类污染物进行了定性和定量分析。 荧光光谱中存在的瑞利散射对三维荧光光谱检测有较大影响, 提出了缺损数据修复-主成分分析(MDR-PCA)方法对矿物油三维荧光光谱的瑞利散射进行处理, 原理是单个荧光光谱激发发射矩阵符合双线性, 可用主成分分析(PCA)法来解析。 MDR-PCA法首先将荧光数据中的散射干扰数据全部扣除, 之后利用主成分分析(PCA)迭代过程对扣除数据进行重构修复后补全数据。 该方法在消除散射干扰的同时充分利用了荧光物质光谱矩阵中的有效信息。 利用不同浓度的矿物油的激发-发射荧光光谱构建了三维数据。 样品数据来源于柴油、 汽油和煤油三种溶质的四氯化碳溶液。 常用于三维荧光光谱数据分析的三线性分解算法有平行因子分析(PARAFAC)、 交替三线性分解(ATLD)和自加权交替三线性分解算法(SWATLD)等。 PARAFAC基于严格意义上的最小二乘原则, 具有抗噪声强、 模型稳定、 微小预期误差等优点, 可以实现三维数据阵列的最佳拟合, 但该算法收敛速度较慢, 对组分数敏感。 ATLD算法通过提取对角主元和切尾奇异值求解广义逆, 极大提高了收敛速度并降低了对组分数的敏感度, 从而实现三线性分解。 然而, 取对角元时易使ATLD方法对噪声敏感。 SWATLD算法既继承了对组分数不敏感、 收敛速度快等优点, 又降低了噪声水平的影响。 但是在抗共线程度方面, SWATLD算法在抵抗共线性程度方面的能力较ATLD略有降低。 基于此, 论文根据三线性分解算法迭代过程中损失函数的变化, 对迭代过程进行划分, 提出了三线性迭代方法的组合算法(algorithm combination methodology, ACM)—将ATLD, SWATLD与PARAFAC组合在一起, 充分发挥各算法的优点, 实现二阶校正算法的优势互补。 采用ACM算法对两组分及三组分矿物油样品的三维荧光光谱数据进行解析, 并对三种矿物油的回收率进行了计算。 柴油的回收率为97.08%, 汽油的回收率为97.34%, 煤油的回收率为97.25%。 解析光谱和回收率表明, ACM算法能够实现油类污染物的种类识别及浓度测量。
三维荧光光谱 组合算法 缺损数据修复-主成分分析 组分数 回收率 Three-dimensional fluorescence spectrum Algorithm combination methodology Missing data recovery-principal component analysis Component number Recovery rate 光谱学与光谱分析
2019, 39(10): 3313
华北理工大学电气工程学院, 河北 唐山 063210
针对油类污染物成分复杂、光谱重叠难以识别的问题,提出三维荧光光谱结合组合算法(ACM)。将交替三线性分解(ATLD)、自加权交替三线性分解(SWATLD)与平行因子分析(PARAFAC)算法组合,实现3种算法的优势互补。通过配制以四氯化碳为溶剂的不同质量浓度的柴油、汽油和煤油的混合溶液,利用F-7000荧光光谱仪测量混合溶液的三维荧光光谱,采用空白扣除法与缺损数据修复——主成分分析法进行预处理消除散射干扰,对三维光谱数据矩阵进行分解,并与以上3种算法解析结果进行对比。结果表明,ACM对组分数不敏感,且解析结果更准确,样本中对柴油、汽油和煤油的平均回收率分别为 96.68%、97.83%、97.11%。实现了混合油类物质的定性、定量分析,具有一定的普适性。
光谱学 荧光分析 组合算法 油类污染物 三线性分解 激光与光电子学进展
2019, 56(3): 033002
红外热成像系统的输出图像非均匀性比较明显，成像模糊，因此研究针对红外图像的锐化增强算法，具有比较重大的意义。一种新的红外图像组合边缘算法在软件仿真上的有效性已经探讨过，在此基础上，对算法稍作改进，重点探讨该算法在硬件实时图像锐化增强上的有效性。为此，设计 FPGA+SRAM的硬件结构，探讨该算法在硬件系统上的实现方法，分析该算法在硬件平台上的实施效果，比较该算法在软件仿真和硬件实现上的实施效果。图像经过该锐化算法实时处理后，轮廓得到加强，易于识别图像目标。验证了改进锐化算法的有效性。
图像增强 组合算法 硬件实现 image enhancement combination algorithm FPGA FPGA hardware realization
1 南京工程学院,江苏南京211167
2 国电南瑞科技股份有限公司,江苏南京210061
红外图像增强技术是夜视技术领域一项重要内容。由于红外热成像系统的输出图像成像模糊且非均匀性明显，研究针对其图像的锐化增强算法具有重大意义。重点探讨了图像增强中的锐化算法，深入分析了现有算法在实现过程中锐化增强与大量引入噪声的矛盾根源，在大量仿真实验基础上，提出了一种有效的改进算法。改进算法取得了良好的实验效果，减弱了图像非均匀性对锐化的影响，较好的解决了图像锐化增强与噪声加重这对矛盾
红外图像 图像增强 锐化 组合算法 infrared image image enhancement edge sharpen combination algorithm
