一种用于光谱解译的模型转移方法与流程

本发明涉及光谱数据分析领域，特别涉及一种用于光谱解译的模型转移方法。

背景技术：

光谱分析技术是一种快速、简便、无损的绿色分析技术，具有分析速度快、多参数同时测定、样品不需要预处理或简单的预处理、非破坏性、实时、低成本和操作简单等特点，因此已广泛应用于地质、冶金、石油、化工、农业、医药、生物化学、环境保护等许多方面。然而，其应用限制于同类样品内部，难以把一类样品的预测模型应用于他类样品，这极大限制了该方法使用的深度。

技术实现要素：

本发明为了解决非同类样品间互用预测模型的问题，提供了一种用于光谱解译的模型转移方法，为实现上述目的，本发明通过以下步骤予以实现：

(1)根据标准物质建立普适的待测参数-光谱特征的校准模型；

(2)根据标准物质，运用傅里叶变换和小波变换建立干扰因素-光谱特征的干扰模型；

(3)采集待测参数的光谱特征；

(4)应用步骤(2)取得的干扰模型处理步骤(3)取得的光谱，去除干扰因素的背景光谱，得到待测参数的光谱特征；

(5)应用步骤(1)取得的校准模型处理步骤(4)得到的去除干扰的光谱；

(6)计算出待测参数。

具体的，所述干扰模型及校准模型分别根据标准物质的光谱实验而建立。

具体的，所述模型转移过程需要保证相同的测试仪器和实验条件，若条件改变，需要重新用标准物质建立测参数-光谱特征的建模模型，及干扰因素-光谱特征的干扰模型。

具体的，所述标准物质均购自国家标准物质中心，包括标准土壤及相关待测参数的标准物质。

本发明的有益效果是：

所述的模型转移方法基本解决了非同类样品间的预测模型适用性问题，极大程度上破除了光谱数据分析中的模型转移的技术瓶颈，提高了光谱分析技术使用的深度，为大数据分析提供了技术支撑。

附图说明

图1：本发明一种用于光谱解译的模型转移方法的原理图；

图2：青岛地区7类土壤样品的有机质含量分布图；

图3：青岛地区7类土壤样品的可见-近红外反射光谱；

图4：扣除干扰后的土壤样品光谱。

具体实施案例

下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：

旨在通过可见-近红外光谱法快速获取青岛地区的土壤有机质含量。

2015年6月采集了青岛崂山杏园(s1)、樱桃园(s2)、茶园(s4)、林地(s5)、水库(s3)及红岛农田(s6)、胶州荒地(s7)等7类土壤共91个样品，风干后，研磨过2mm筛；通过重铬酸钾法测定了有机质含量。土壤有机质含量分布如图2所示，分布范围为2.0-51.9g/kg，均值为21.0g/kg。

同时，用海洋光学qe65000光谱仪(10微米狭缝)，配置dh-2000光源，通过y型光纤测定了这些土壤样品在200-1100nm的反射光谱，如图3所示。

2015年6月之前，用同样的实验条件，建立了干扰因素-光谱特征的干扰模型及有机质含量-光谱特征的校准模型，如图4所示。分别使用辽宁棕壤(asa-1a)、河南黄潮土(asa-2a)、四川紫色土(asa-3a)、湖北水稻土(asa-4a)、江西红壤(asa-5a)、广东水稻土(asa-6a)、黑龙江黑土(asa-7)、新疆灰钙土(asa-8)、陕西黄绵土(asa-9)、安徽潮土(asa-10)作为标准土壤，使用腐植酸钠(gf-2625)、木质素(l0045-1)、硬脂酸钠(shj3235)作为有机质的标准物质。

分别把有机质标准物质用不同的标准土壤配置成不同浓度的有机质含量(各30份)，其中有机质用标准物质及其所有形式的混合物(腐殖酸钠+木质素、腐殖酸钠+硬质酸钠、木质素+硬质酸钠、腐殖酸钠+木质素+硬质酸钠，各种形式下的标准物质都按相同的比例混合)代表，然后通过光谱解译，建立有机质的光谱校准模型，模型是：y＝11.822x1-0.258x2-4.928x3-8.01x4+0.805x5-0.346x6+8.681x7+8.55x8-7.106x9+50.56(y是土壤有机质含量，x1-x9分别是360nm、390nm、420nm、440nm、540nm、600nm、700nm、740nm、900nm的反射率)。通过分析不同土壤类型及有机质组分的光谱特征，运用傅里叶变换及小波变换，建立有机质的干扰模型。

至此，可以进行土壤有机质的快速检测了。首先，使用干扰模型，去除土壤有机质的噪声光谱，获得土壤有机质的光谱特征(图3)，然后使用校准模型，获得土壤有机质的含量(表1)。基于光谱法的土壤有机质含量与化学方法的土壤有机质含量，相对误差较小(<15％，表1)，表明光谱法能够较好的替代化学方法。

表1光谱法与化学法的结果比对

以上所述仅是本发明的基本原理，并非对本发明作任何限制，凡是依据本发明对其进行等同变化和修饰，均在本专利技术保护方案的范畴之内。

技术特征：

技术总结
本发明属于光谱数据分析技术领域，具体公开了一种用于光谱解译的模型转移方法，根据标准物质建立普适的待测参数‑光谱特征的校准模型及干扰因素‑光谱特征的干扰模型，新采集光谱特征，根据干扰模型，扣除干扰因素的光谱特征，获得待测参数的光谱特征，根据建模模型，得到待测参数，过程中保证相同的测试仪器和实验条件。该发明基本解决了非同类样品间的预测模型适用性问题，极大程度上破除了光谱数据分析中的模型转移的技术瓶颈，提高了光谱分析技术使用的深度，为大数据分析提供了技术支撑。

技术研发人员：范萍萍;李雪莹;刘岩;吴宁;侯广利;吕美蓉
受保护的技术使用者：山东省科学院海洋仪器仪表研究所
技术研发日：2017.02.27
技术公布日：2017.07.14