本发明涉及油品建模领域，特别涉及一种汽油样品的建模系统及方法。
背景技术
汽油(柴油、原油)在线调合系统可以用于调合汽油的辛烷值在国标规定的合格值之上，并使得富余量不超过0.2或0.3个单位(简称“卡边”)，因此准确测量在线调合过程中的汽油的辛烷值、柴油的十六烷值和原油的分馏点是实现系统正常运行的关键，目前，对于这些指标只能采用近红外分析仪建模的方法才能实现，没有直接的方法可以实现准确测量。
现有的在油品调合上对近红外建模的方法基本是由化验分析车间利用日常分析化验并保存油罐中的样品，等到收集保存的样品到一定数量后再将这些样品集中送到在线近红外分析仪所在位置，对每个样品进行近红外光扫描成像以及建模后，将建模得到的模型进行校正和确认精度后才能将汽油在线调合系统投入正常使用。
然而，由于油品在建模扫描过程是静止的，而在线分析仪实际测量的是流动的油品，因此，建模与测量之间存在差异，会影响建模精度。
技术实现要素：
本发明提供一种汽油样品的建模系统及方法，能够提高建模精度。
为实现上述目的，本申请提供一种汽油样品的建模系统，所述系统包括在线调合工艺系统和样品预处理系统；其中，所述在线调合工艺系统的管道上开设有开口，所述开口通过预设管线连接至所述样品预处理系统，所述样品预处理系统的采样池中安装有测量探头；所述采样池中的汽油样品流向回收管线，其中，所述采样池与所述回收管线之间设置有用于将所述汽油样品从所述回收管线切换至外部采样瓶的切换阀门，以使得所述汽油样品动态地流入所述采样瓶时，所述测量探头对流经的所述汽油样品进行扫描成像。
进一步地，所述系统还包括流速控制计，所述流速控制计用于在对所述汽油样品进行扫描成像时，控制流进所述采样瓶的汽油样品的流速。
进一步地，所述系统还包括近红外分析仪，所述近红外分析仪中安装有化学计量学软件，所述近红外分析仪用于接收所述测量探头传来的样品数据，并将所述样品数据输入至光谱数据库中，以通过所述化学计量学软件对所述光谱数据库中的样品数据进行建模。
进一步地，所述测量探头传来的样品数据包括一天中处于不同时段以及不同环境温度下的多组样品成像数据，并且所述多组样品成像数据按照油品的类别进行划分，以使得针对不同油品的样品数据分别进行建模。
为实现上述目的，本申请还提供一种汽油样品的建模系统，其特征在于，所述系统包括在线调合工艺系统，在所述在线调合工艺系统的管道中安装有测量探头；其中，在所述管道上的指定位置处设置有阀门，所述阀门用于将所述管道中的汽油样品引出至采样瓶中，以使得所述汽油样品动态地流入所述采样瓶时，所述测量探头对流经的所述汽油样品进行扫描成像；所述指定位置处于所述汽油样品流过所述测量探头之后的位置。
进一步地，所述系统还包括流速控制计，所述流速控制计用于在对所述汽油样品进行扫描成像时，控制流进所述采样瓶的汽油样品的流速。
进一步地，所述系统还包括近红外分析仪，所述近红外分析仪中安装有化学计量学软件，所述近红外分析仪用于接收所述测量探头传来的样品数据，并将所述样品数据输入至光谱数据库中，以通过所述化学计量学软件对所述光谱数据库中的样品数据进行建模。
进一步地，所述测量探头传来的样品数据包括一天中处于不同时段以及不同环境温度下的多组样品成像数据，并且所述多组样品成像数据按照油品的类别进行划分，以使得针对不同油品的样品数据分别进行建模。
为实现上述目的，本申请还提供一种汽油样品的建模方法，所述方法包括：利用采样瓶采集一天中处于不同时段以及不同环境温度下的多组汽油样品；针对每组汽油样品，利用测量探头对所述汽油样品扫描指定数量次，以得到每组汽油样品对应的多组样品成像数据；将扫描得到的样品成像数据发送至近红外分析仪，以使得所述近红外分析仪将所述样品成像数据输入至光谱数据库中，并通过化学计量学软件对所述光谱数据库中的样品成像数据进行建模。
进一步地，在对所述光谱数据库中的样品成像数据进行建模时，按照下述公式确定经过迭代后的汽油样品的残留辛烷值：
其中，y表示当剩余m个主要单体烃成分时，汽油样品的残留辛烷值，x表示由汽油样品进行色谱分析后得到的各单体烃浓度构成的矩阵，em表示主成分解释后的剩余残差；
上述公式中：
ri根据下述公式求解：
yi＝yi-1-tirit
其中，cov(xij,yi)表示xij与yi的协方差，xij表示第i次迭代运算后第j个单体烃浓度标准化后的向量，yi表示第i次迭代后汽油样品的残留辛烷值，ti＝xiw′i，xi表示第i次迭代运算后由各单体烃浓度构成的矩阵，n表示各单体烃的总数量。
由上可见，在本申请中，一方面可以在在线调合工艺系统的管道上开设开口，该开口通过预设管线连接至样品预处理系统，并且可以在所述样品预处理系统的采样池中安装测量探头，所述采样池中的汽油样品流向回收管线，其中，所述采样池与所述回收管线之间设置有用于将所述汽油样品从所述回收管线切换至外部采样瓶的切换阀门，从而可以使得所述汽油样品动态地流入所述采样瓶时，所述测量探头对流经的所述汽油样品进行扫描成像。另外，还可以直接在所述在线调合工艺系统的管道中安装有测量探头，在所述管道上的指定位置处设置有阀门，所述阀门用于将所述管道中的汽油样品引出至采样瓶中，以使得所述汽油样品动态地流入所述采样瓶时，所述测量探头对流经的所述汽油样品进行扫描成像。由上可见，不管是哪种结构，都可以保证在汽油样品动态流动时进行扫描成像，使得建模与测量之间一致，从而提高了建模精度。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中汽油样品的建模系统的结构示意图；
图2为本发明另一个实施例中汽油样品的建模系统的结构示意图；
图3为本发明实施例中汽油样品的建模方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本申请提供一种汽油样品的建模系统，所述系统包括在线调合工艺系统和样品预处理系统；其中，所述在线调合工艺系统的管道1上开设有开口2，所述开口2通过预设管线3连接至所述样品预处理系统，所述样品预处理系统的采样池中安装有测量探头；所述采样池中的汽油样品流向回收管线4，其中，所述采样池与所述回收管线4之间设置有用于将所述汽油样品从所述回收管线切换至外部采样瓶的切换阀门5，以使得所述汽油样品动态地流入所述采样瓶时，所述测量探头对流经的所述汽油样品进行扫描成像。
在本实施方式中，所述系统还包括流速控制计，所述流速控制计用于在对所述汽油样品进行扫描成像时，控制流进所述采样瓶的汽油样品的流速。
在本实施方式中，所述系统还包括近红外分析仪，所述近红外分析仪中安装有化学计量学软件，所述近红外分析仪用于接收所述测量探头传来的样品数据，并将所述样品数据输入至光谱数据库中，以通过所述化学计量学软件对所述光谱数据库中的样品数据进行建模。
在本实施方式中，所述测量探头传来的样品数据包括一天中处于不同时段以及不同环境温度下的多组样品成像数据，并且所述多组样品成像数据按照油品的类别进行划分，以使得针对不同油品的样品数据分别进行建模。
请参阅图2，本申请还提供一种汽油样品的建模系统，所述系统包括在线调合工艺系统，在所述在线调合工艺系统的管道6中安装有测量探头7；其中，在所述管道6上的指定位置处设置有阀门8，所述阀门8用于将所述管道6中的汽油样品引出至采样瓶中，以使得所述汽油样品动态地流入所述采样瓶时，所述测量探头对流经的所述汽油样品进行扫描成像；所述指定位置处于所述汽油样品流过所述测量探头之后的位置。
在本实施方式中，所述系统还包括流速控制计，所述流速控制计用于在对所述汽油样品进行扫描成像时，控制流进所述采样瓶的汽油样品的流速。
在本实施方式中，所述系统还包括近红外分析仪，所述近红外分析仪中安装有化学计量学软件，所述近红外分析仪用于接收所述测量探头传来的样品数据，并将所述样品数据输入至光谱数据库中，以通过所述化学计量学软件对所述光谱数据库中的样品数据进行建模。
在本实施方式中，所述测量探头传来的样品数据包括一天中处于不同时段以及不同环境温度下的多组样品成像数据，并且所述多组样品成像数据按照油品的类别进行划分，以使得针对不同油品的样品数据分别进行建模。
请参阅图3，本申请还提供一种应用于上述汽油样品的建模系统中的汽油样品的建模方法，所述方法包括：
s1：利用采样瓶采集一天中处于不同时段以及不同环境温度下的多组汽油样品；
s2：针对每组汽油样品，利用测量探头对所述汽油样品扫描指定数量次，以得到每组汽油样品对应的多组样品成像数据；
s3：将扫描得到的样品成像数据发送至近红外分析仪，以使得所述近红外分析仪将所述样品成像数据输入至光谱数据库中，并通过化学计量学软件对所述光谱数据库中的样品成像数据进行建模。
在本实施方式中，在建模过程中，所述方法还包括：
按照油品的类别对所述样品成像数据进行分类，并针对每类样品成像数据分别进行建模的过程，以得到不同的油品对应的不同的建模结果。
在本实施方式中，在对所述光谱数据库中的样品成像数据进行建模时，按照下述公式确定经过迭代后的汽油样品的残留辛烷值：
其中，y表示当剩余m个主要单体烃成分时，汽油样品的残留辛烷值，x表示由汽油样品进行色谱分析后得到的各单体烃浓度构成的矩阵，em表示主成分解释后的剩余残差；
上述公式中：
ri根据下述公式求解：
yi＝yi-1-tirit
其中，cov(xij,yi)表示xij与yi的协方差，xij表示第i次迭代运算后第j个单体烃浓度标准化后的向量，yi表示第i次迭代后汽油样品的残留辛烷值，ti＝xiw′i，xi表示第i次迭代运算后由各单体烃浓度构成的矩阵，n表示各单体烃的总数量。
在实际应用中，根据测量探头传来的不同时间，不同温度环境下的样品数据，按照油品的类别进行划分，接着针对不同油品的样品数据分别进行建模，下面假设不同样本均取自相同时间相同环境，以此来说明建模过程。
为了最后模型能够准确反映各烃重要性，分别对自变量与因变量进行标准化。
x：表示样品进行色谱分析后得到的各单体烃浓度，经标准化后的构成矩阵，即
x＝[x1,x2,…xn]，xi为第i个单体烃浓度标准化后的向量。
y，表示经标准化后的汽油样本的辛烷值；
令y＝y0，x＝x0,通过迭代法拟合模型系数，重复进行，
计算第i次迭代后残差为：
yi＝yi-1-tirit
其中，x′i为第i个主要单体烃浓度，
ti＝xiw′i，且
cov(xi1,yi)为xi1与yi的协方差。
最终为了防止模型过拟合，通过交叉有效性，确定具有代表性影响的m个成分x′1,x′2,…x′m，则停止迭代。
可得模型为
在某次实际过程中，抽取标号为1-42份相同时间相同环境下的不同样本，根据色谱分析后得到的37个单体烃浓度，以及样本对应的辛烷值,分别标准化后。
模型经过21轮迭代后，模型整体误差维持在0.026左右(符合<0.2(0.3)的国家标准)，不再减少。故留下21个主要单体烃，作为最终模型解释变量，拟合模型。
具体地，在实际应用中，在线近红外的测量探头安装有2种方式，一种是将在线调合工艺管道上开口接细管引到近红外分析仪所在的分析小屋的样品预处理系统(该系统包括过滤、除水等功能系统)，测量探头安装在预处理的采样池中，汽油样品流经采样池后进入回收管线；另一种使将探头直接安装在工艺管道中。
为了实现采集流动的样品，并同时进行分析仪成像的扫描，应该在预处理的采样池后增加一个将样品从流向回收管线切换到外部接到采样玻璃瓶的切换阀门；对于安装在工艺管线上的探头则在后部管线安装一个引出样品的阀门。在上述两种方式将样品动态流入采样玻璃瓶的同时对流经探头的样品扫描成像。此外，扫描时控制流进玻璃瓶的样品流速，多次扫描成像并存储在模型样品数据库。采样和扫描成像时要求确保调合系统的流量稳定。
经过上述方法采样扫描，将采集的玻璃瓶样品送到化验进行常规分析得出一组辛烷值等指标数据。
本方法还可以按照一天的早上、中午、傍晚和夜间等不同时段由于不同的环境温度情况下进行操作，就可以快速收集到满足建模的样品成像的数量，例如每天收集4瓶样品，每次样品扫描5次，就会共有20个样品成像。
在建模过程中，该方法是将按照油品的类别(比如汽、柴油的标号，原油的类别)进行分类样品选择和数学方案处理，例如对于汽油按照汽油的92#、95#和98#等汽油类别建模，快速达到在线测量说需要的模型精度。
由上可见，在本申请中，一方面可以在在线调合工艺系统的管道上开设开口，该开口通过预设管线连接至样品预处理系统，并且可以在所述样品预处理系统的采样池中安装测量探头，所述采样池中的汽油样品流向回收管线，其中，所述采样池与所述回收管线之间设置有用于将所述汽油样品从所述回收管线切换至外部采样瓶的切换阀门，从而可以使得所述汽油样品动态地流入所述采样瓶时，所述测量探头对流经的所述汽油样品进行扫描成像。另外，还可以直接在所述在线调合工艺系统的管道中安装有测量探头，在所述管道上的指定位置处设置有阀门，所述阀门用于将所述管道中的汽油样品引出至采样瓶中，以使得所述汽油样品动态地流入所述采样瓶时，所述测量探头对流经的所述汽油样品进行扫描成像。由上可见，不管是哪种结构，都可以保证在汽油样品动态流动时进行扫描成像，使得建模与测量之间一致，从而提高了建模精度。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。