用于硫酸软骨素生产监测的数据处理方法与流程

本发明涉及硫酸软骨素制备，具体涉及一种用于硫酸软骨素生产监测的数据处理方法。

背景技术：

1、硫酸软骨素富有大量的生物功能，在临床医疗上具有广泛的用途，在硫酸软骨素的现有制备过程中，通常是以猪的喉骨、鼻中骨、气管等软骨组织作为原材料，通过碱解、盐解、酶解等反应提取过程，并经过沉淀得到产物。以猪软骨作为原材料提取硫酸软骨素为例，具体反应提取过程主要包括浸出阶段、酶解阶段、吸附阶段和析出阶段。其中，在浸出阶段，使用naoh搅拌溶解过滤猪软骨残渣，在滤液中加入盐酸中和碱性以调整ph值为弱碱性；在酶解阶段，添加胰酶水解，并控制温度，水解时间通常为7小时左右，并随时添加naoh以调节ph值；在吸附阶段，水解完成后添加盐酸使得ph值为中性，添加陶白土和活性炭进行吸附，搅拌并调整ph值，吸附完成后调整ph值为弱酸性并沉淀过滤；在析出阶段，在滤液中加入naoh调中性并加入氯化钠溶液溶解过滤至澄清，加入乙醇并搅拌后静置8小时以上即可出现硫酸软骨素沉淀产品。

2、在硫酸软骨素的反应提取过程中，传统通常是根据经验来判断反应情况以确定原料的加入量，或者是加入过量的材料，这在一定程度上造成了原料浪费。随着制备过程的标准化，硫酸软骨素在反应提取过程中，现有往往是通过传感器对反应提取过程中的温度值和ph值进行监测，并根据所监测到的随时间变化的温度值和ph值来判断当前反应是否完成，从而确定是否继续添加原料以及添加原料的具体量。由于在硫酸软骨素的反应提取过程中需要限定温度和ph，而硫酸软骨素属于有机物在发生反应时存在吸热放热或可逆的因素，在固定ph与温度时会造成监测得到的温度值和ph值出现一些异常数据。例如，在硫酸软骨素的反应提取过程中的沉淀生成阶段，也就是从沉淀开始到沉淀结束阶段，传感器所检测到的温度值和ph值会出现较多的离簇数据，需要说明的是，离簇数据为相较于正常的限定温度采集得到的数据，超过温度或者ph限定的数据。比如水解过程中需要将ph限定在8.8-9.0的区间，温度保持在53-54°c；或在加入醇沉淀出成品的时需要调节ph =6.0，与限定区间存在差异的被认定为离簇数据。具体的，使用lof离群因子算法对采集的数据提取得到的离群点就是离簇数据；这些离簇数据部分为异常数据，部分为错误数据，错误数据的产生原因包括传感器周围的溶液材料分布不均、沉淀覆盖传感器等，因此需要对离簇数据中的异常数据进行筛选。但是现有在对硫酸软骨素的反应提取过程中的温度值和ph值等监测数据进行处理时，通常是将离簇数据直接作为异常噪声监测数据，这就导致最终所确定的异常监测数据不够准确，进而影响后续硫酸软骨素提取反应结果的判断，最终影响硫酸软骨素的提取过程。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于硫酸软骨素生产监测的数据处理方法，用于解决现有硫酸软骨素生产过程中的异常监测数据确定不够准确的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于硫酸软骨素生产监测的数据处理方法，包括以下步骤：

3、在硫酸软骨素生产的沉淀生成过程中，获取反应溶液在过去各个设定时刻对应的监测数据和溶液状态监测图像，所述监测数据包括温度值和ph值中的至少一种；

4、根据各个设定时刻对应的监测数据，构造各个设定时刻对应的数据点，并确定所有数据点中的各个疑似异常数据点；

5、根据每个溶液状态监测图像中每个像素点的像素值，确定每个溶液状态监测图像对应的沉淀强度值；

6、确定每个溶液状态监测图像中的各个沉淀连通域，根据所述沉淀连通域的位置，确定每个溶液状态监测图像对应的沉淀等效距离，并根据所述沉淀连通域的分布，确定每个溶液状态监测图像对应的沉淀等效半径；

7、根据每个溶液状态监测图像对应的沉淀强度值、沉淀等效距离和沉淀等效半径，确定每个溶液状态监测图像对应的沉淀程度值；

8、根据每个设定时刻及其前后相邻设定时刻的溶液状态监测图像的沉淀程度值，确定每个设定时刻对应的沉淀波动值；

9、根据各个疑似异常数据点对应的设定时刻的沉淀波动值，确定各个疑似异常数据点中的真实异常数据点，并将真实异常数据点对应的监测数据确定为异常数据。

10、进一步的，确定每个溶液状态监测图像对应的沉淀强度值，包括：

11、根据每个溶液状态监测图像中每个像素点的像素值，所述像素值包括r通道值、g通道值和b通道值，将每个像素点的像素值中的最小值确定为该像素点的暗通道值；

12、计算每个溶液状态监测图像中所有像素点的暗通道值的平均值，并将所述暗通道值的平均值确定为每个溶液状态监测图像对应的沉淀强度值。

13、进一步的，确定每个溶液状态监测图像对应的沉淀等效距离，包括：

14、确定每个溶液状态监测图像中各个沉淀连通域的质心，从而得到质心集合；

15、在质心集合中任意选择一个质心作为初始的目标质心，确定初始的目标质心与质心集合中其他每个质心之间的欧式距离，确定所有欧式距离中的最小值，将所述最小值确定为初始的目标质心对应的最小欧式距离；

16、将初始的目标质心从质心集合中删除，从而得到更新后的质心集合，在更新后的质心集合中将初始的目标质心对应的最小欧式距离所对应的另外一个质心作为新的目标质心，并确定新的目标质心与更新后的质心集合中其他每个质心之间的欧式距离，从而确定该新的目标质心对应的最小欧式距离，重复上述步骤，以不断确定新的目标质心并确定该新的目标质心对应的最小欧式距离，直至更新后的质心集合为空集，从而得到各个最小欧式距离；

17、计算各个最小欧式距离的平均值，并将所述各个最小欧式距离的平均值确定为每个溶液状态监测图像对应的沉淀等效距离。

18、进一步的，确定每个溶液状态监测图像对应的沉淀等效半径，包括：

19、根据每个溶液状态监测图像中每个沉淀连通域的分布，确定每个溶液状态监测图像中每个沉淀连通域的周长和面积；

20、根据每个溶液状态监测图像中每个沉淀连通域的周长，按照圆形的周长计算公式，确定每个溶液状态监测图像中每个沉淀连通域的第一半径；

21、根据每个溶液状态监测图像中每个沉淀连通域的面积，按照圆形的面积计算公式，确定每个溶液状态监测图像中每个沉淀连通域的第二半径；

22、根据每个溶液状态监测图像中每个沉淀连通域的周长和面积，确定每个溶液状态监测图像中每个沉淀连通域的第一半径和第二半径各自对应的权重；

23、根据每个溶液状态监测图像中每个沉淀连通域的第一半径和第二半径各自对应的权重，对每个沉淀连通域的第一半径和第二半径进行加权求和，从而得到每个溶液状态监测图像中每个沉淀连通域对应的综合半径；

24、计算每个溶液状态监测图像中所有沉淀连通域对应的综合半径的平均值，并将所述综合半径的平均值确定为每个溶液状态监测图像对应的沉淀等效半径。

25、进一步的，确定每个溶液状态监测图像中每个沉淀连通域的第一半径和第二半径各自对应的权重对应的计算公式为：

26、

27、

28、其中，为第i个溶液状态监测图像中第j个沉淀连通域的第一半径对应的权重，为第i个溶液状态监测图像中第j个沉淀连通域的第二半径对应的权重，为第i个溶液状态监测图像中第j个沉淀连通域的面积，为第i个溶液状态监测图像中第j个沉淀连通域的周长，| |为取绝对值符号，π为圆周率。

29、进一步的，确定每个溶液状态监测图像对应的沉淀程度值，包括：

30、计算每个溶液状态监测图像对应的沉淀强度值、沉淀等效距离和沉淀等效半径的乘积值，对所述乘积值进行归一化处理，并将归一化处理结果确定为每个溶液状态监测图像对应的沉淀程度值。

31、进一步的，构造各个设定时刻对应的数据点，包括：

32、所述监测数据包括温度值和ph值；

33、将各个设定时刻对应的ph值与各个设定时刻对应的先验标准ph值进行比较，从而得到各个设定时刻对应的ph残差值；

34、将各个设定时刻对应的温度值与各个设定时刻对应的先验标准温度值进行比较，从而得到各个设定时刻对应的温度残差值；

35、将每个设定时刻及其对应的ph残差值和温度残差值作为三维坐标系的三个坐标值，所述三个坐标值确定一个三维坐标点，并将所述三维坐标点确定为每个设定时刻对应的数据点，从而得到各个设定时刻对应的数据点。

36、进一步的，确定所有数据点中的疑似异常数据点，包括：

37、根据所有数据点的三个坐标值，利用局部离群点检测算法计算所有数据点的局部离群因子；

38、将所有数据点的局部离群因子分别与设定离群因子阈值进行比较，并将局部离群因子大于设定离群因子阈值的数据点确定为疑似异常数据点。

39、进一步的，确定每个设定时刻对应的沉淀波动值，包括：

40、根据每个设定时刻及其前后相邻设定时刻的溶液状态监测图像的沉淀程度值，计算每个设定时刻与其每个相邻设定时刻的溶液状态监测图像的沉淀程度值之间的差值绝对值，并将每个设定时刻与其所有相邻设定时刻对应的差值绝对值的平均值确定为每个设定时刻对应的沉淀波动值。

41、进一步的，确定疑似异常数据点中的真实异常数据点，包括：

42、将各个疑似异常数据点对应的设定时刻的沉淀波动值分别与设定沉淀波动阈值进行比较，并将沉淀波动值小于设定沉淀波动阈值所对应的疑似异常数据点确定为真实异常数据点。

43、本发明具有如下有益效果：本发明在硫酸软骨素制备过程中，通过获取监测数据对应的溶液状态监测图像，从而可以准确确定监测数据中的异常数据。具体的，在硫酸软骨素生产的沉淀生成过程中，为了实时了解反应溶液的沉淀生成情况，获取反应溶液在过去各个设定时刻对应的监测数据，由于这些监测数据往往可能会混有异常数据，因此为了便于后续对这些异常监测数据进行筛选，还需要获取反应溶液在过去各个设定时刻对应的溶液状态监测图像。根据各个设定时刻对应的监测数据，构造数据点，并对这些数据点进行初步筛选，筛选出有可能为异常监测数据所对应的各个疑似异常数据点。考虑到随着溶液中沉淀的生成，溶液的透明度就会发生变化，沉淀的密度会越来越大，沉淀结块程度会越强，因此根据溶液状态监测图像中每个像素点的像素值，计算每个溶液状态监测图像对应的沉淀强度值，利用该沉淀强度值来准确表征当前溶液发生沉淀的程度情况。由于随着溶液中沉淀生成时间的推进，溶液中沉淀的大小、形状、松散程度等都会发生变化，因此为了对反应溶液的沉淀特征进行准确提取，确定每个溶液状态监测图像中的各个沉淀连通域，每个沉淀连通域对应一个沉淀块，然后根据这些沉淀连通域，确定每个溶液状态监测图像对应的沉淀等效距离和沉淀等效半径。由于在沉淀形成的初始阶段，溶液中的沉淀颗粒离散均匀分布，此时沉淀颗粒之间的距离较小，沉淀颗粒尺寸也比较小，随着沉淀反应的进行，沉淀颗粒相互聚集，沉淀颗粒数量减小，沉淀颗粒的大小和质量不断地增加，沉淀颗粒聚集成簇，此时沉淀之间的距离逐渐变大，沉淀尺寸也逐渐变大，因此通过确定沉淀等效距离和沉淀等效半径，并利用沉淀等效距离来表征沉淀之间的距离大小，利用沉淀等效半径来表征沉淀尺寸的大小，有利于确定当前溶液的沉淀分布情况。综合考虑沉淀强度值、沉淀等效距离和沉淀等效半径，确定沉淀程度值，利用该沉淀程度值对当前溶液中沉淀的综合特征进行准确衡量。考虑到在沉淀生成阶段，沉淀在不断形成，沉淀的特征也在不断变化，因此将每个设定时刻与其前后相邻设定时刻的溶液状态监测图像的沉淀程度值进行比较，从而可以确定每个设定时刻对应的沉淀波动值，并利用该沉淀波动值来衡量当前沉淀分布特征的变化情况。最后基于每个设定时刻对应的沉淀波动值，对各个疑似异常数据点所对应的监测数据进行考量，最终可以准确确定各个疑似异常数据点中的真实异常数据点所对应的监测数据，这些监测数据即为真实的异常数据。本发明通过同步获取监测数据所对应的溶液状态监测图像，并对该溶液状态监测图像进行图像处理，得到每个设定时刻所对应的沉淀波动值，并利用该沉淀波动值准确确定监测数据汇总的异常数据，有效解决了现有硫酸软骨素生产制备过程中的异常监测数据确定不够准确的问题。