一種基于自動(dòng)添加虛擬光譜點(diǎn)的油品性質(zhì)建模方法
【專利摘要】一種基于自動(dòng)添加虛擬光譜點(diǎn)的油品性質(zhì)建模方法，該方法基于油品近紅外光譜數(shù)據(jù)庫，通過對(duì)虛擬光譜點(diǎn)自動(dòng)添加及過濾，獲得符合建模需求的虛擬樣本，加入近紅外光譜數(shù)據(jù)庫。本發(fā)明的自動(dòng)添加虛擬光譜點(diǎn)的方法，可快速產(chǎn)生建模所需要的虛擬樣品，解決了人工指定比例添加過程中，由于逐個(gè)檢查虛擬樣本是否有必要添加導(dǎo)致的時(shí)間和成本的消耗問題。該方法基于油品近紅外光譜數(shù)據(jù)庫，結(jié)合光譜過濾算法對(duì)添加的光譜點(diǎn)進(jìn)行過濾，獲得符合建模需求的虛擬樣本，有效性高。
【專利說明】一種基于自動(dòng)添加虛擬光譜點(diǎn)的油品性質(zhì)建模方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及油品性質(zhì)的近紅外建模方法，尤其涉及當(dāng)油品光譜數(shù)據(jù)庫中樣本較少 情景下的一種基于自動(dòng)添加虛擬光譜點(diǎn)的油品性質(zhì)建模方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 拓?fù)鋵W(xué)建模是化學(xué)計(jì)量學(xué)的一個(gè)重要分支，在油品性質(zhì)預(yù)測(cè)中有著廣泛的應(yīng)用。 拓?fù)鋵W(xué)建模是以油品光譜數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，基于數(shù)據(jù)庫中油品的光譜特征，對(duì)鄰近油品進(jìn)行 模式識(shí)別，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)油品性質(zhì)預(yù)測(cè)的技術(shù)。
[0003] 為了獲得準(zhǔn)確的油品性質(zhì)預(yù)測(cè)結(jié)果，需建立含有大量樣本的油品光譜數(shù)據(jù)庫。在 建立油品光譜數(shù)據(jù)庫時(shí)，所有樣本的光譜及對(duì)應(yīng)的性質(zhì)數(shù)據(jù)均可完全采用傳統(tǒng)的分析測(cè)試 實(shí)驗(yàn)獲得，但這種方法成本高，時(shí)間長(zhǎng)。由近紅外光譜的朗伯一比耳定律可知，近紅外光譜 具有加和特性，因此，在建立油品調(diào)合規(guī)則后，可通過建立虛擬樣品，作為對(duì)傳統(tǒng)分析實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)的補(bǔ)充，這種方法尤其適合于混合油品的建模。
[0004] 目前在向光譜庫添加虛擬樣品時(shí)，主要是通過人為指定比例，產(chǎn)生大量的虛擬樣 品后，再人工逐個(gè)檢查虛擬樣品是否有必要添加，耗時(shí)費(fèi)力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對(duì)目前在向光譜庫添加虛擬樣品時(shí)，主要是通過人為指定比 例，產(chǎn)生大量的虛擬樣品后，再人工逐個(gè)檢查虛擬樣品是否有必要添加，耗時(shí)費(fèi)力的問題， 提出一種基于自動(dòng)添加虛擬光譜點(diǎn)的油品性質(zhì)建模方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] -種基于自動(dòng)添加虛擬光譜點(diǎn)的油品性質(zhì)建模方法，該方法基于油品近紅外光譜 數(shù)據(jù)庫,通過對(duì)虛擬光譜點(diǎn)自動(dòng)添加及過濾，獲得符合建模需求的虛擬樣本,加入近紅外光 譜數(shù)據(jù)庫。
[0008] 本發(fā)明中，對(duì)虛擬光譜點(diǎn)自動(dòng)添加是指：對(duì)于光譜庫中的m個(gè)組分油即m個(gè)光譜 點(diǎn)Q，CfC m，按指定的比例范圍混合計(jì)算產(chǎn)生大量虛擬光譜點(diǎn)，光譜點(diǎn)記錄形式為樣本名 稱、樣本光譜數(shù)據(jù)和樣本屬性數(shù)據(jù)。
[0009] 本發(fā)明中，混合計(jì)算產(chǎn)生大量虛擬光譜點(diǎn)是指：選擇光譜庫中全部原油光譜進(jìn)行 配對(duì)時(shí)，混合光譜或性質(zhì)計(jì)算需按E為比例間隔進(jìn)行比例變化，并使全部原油光譜點(diǎn)的混 合比例總和為1 :
[0010] 參與混合的光譜組中有m個(gè)光譜樣本，比例間隔E滿足式（1):
[0011]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于自動(dòng)添加虛擬光譜點(diǎn)的油品性質(zhì)建模方法，其特征在于該方法基于油品近 紅外光譜數(shù)據(jù)庫,通過對(duì)虛擬光譜點(diǎn)自動(dòng)添加及過濾，獲得符合建模需求的虛擬樣本，加入 近紅外光譜數(shù)據(jù)庫。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自動(dòng)添加虛擬光譜點(diǎn)的油品性質(zhì)建模方法，其特征在于 對(duì)虛擬光譜點(diǎn)自動(dòng)添加是指：對(duì)于光譜庫中的m個(gè)組分油即m個(gè)光譜點(diǎn)Q，CfC m，按指定 的比例范圍混合計(jì)算產(chǎn)生大量虛擬光譜點(diǎn)，光譜點(diǎn)記錄形式為樣本名稱、樣本光譜數(shù)據(jù)和 樣本屬性數(shù)據(jù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于自動(dòng)添加虛擬光譜點(diǎn)的油品性質(zhì)建模方法，其特征在于 混合計(jì)算產(chǎn)生大量虛擬光譜點(diǎn)是指：選擇光譜庫中全部原油光譜進(jìn)行配對(duì)時(shí)，混合光譜或 性質(zhì)計(jì)算需按E為比例間隔進(jìn)行比例變化，并使全部原油光譜點(diǎn)的混合比例總和為1 : 參與混合的光譜組中有m個(gè)光譜樣本，比例間隔E滿足式（1):
其中Dli2，Dli3,…D(m_lhm分別為參與混合的m個(gè)光譜點(diǎn)中任兩個(gè)光譜點(diǎn)的光譜距離數(shù)，r 為混合計(jì)算的步長(zhǎng)調(diào)節(jié)系數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自動(dòng)添加虛擬光譜點(diǎn)的油品性質(zhì)建模方法，其特征在于 產(chǎn)生虛擬光譜點(diǎn)后，采用光譜過濾算法對(duì)虛擬光譜點(diǎn)進(jìn)行過濾，得到過濾后的光譜代表點(diǎn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于自動(dòng)添加虛擬光譜點(diǎn)的油品性質(zhì)建模方法，其特征在 于：所述的光譜過濾算法包括下列步驟： (1)計(jì)算η個(gè)虛擬光譜點(diǎn)中的任兩個(gè)光譜點(diǎn)的光譜距離數(shù)Du，如公式（2)所示；
公式（2)中，η為虛擬光譜點(diǎn)的總數(shù)，i、j為η個(gè)虛擬光譜點(diǎn)中的任兩個(gè)光譜樣本序號(hào)； i為1,2,3···η ;j為1,2,3···η 為編號(hào)i和j的虛擬光譜點(diǎn)間的光譜距離；dmax為任兩 個(gè)光譜樣本間的光譜距離數(shù)du中最大的光譜距離數(shù)；λ為光譜波數(shù);A Aii，AAij分別為編 號(hào)為i和j的虛擬光譜點(diǎn)在波數(shù)λ處的吸光度；Am-Au通過公式（5)計(jì)算得到：
公式（5)中，CA>1，CA，2, CA，3…CA，m分別為參與混合的第1,2，…!!!個(gè)組分油在波 數(shù)λ下的吸光度；k1;i，k2，i，hylVi為生成第i個(gè)光譜樣本時(shí)的各組分油的混合比例； 1^"1 %」，1^/"、」為生成第」個(gè)光譜樣本時(shí)各組分油的混合比例；(1為參與混合的組分油序 號(hào)。 (2) 構(gòu)建η行η列光譜距離數(shù)矩陣Β，η為虛擬光譜點(diǎn)的總數(shù)，B如下所示：
(3) 構(gòu)建η行η列矩陣R，判斷任兩個(gè)光譜的光譜距離數(shù)Du是否小于光譜距離數(shù)指標(biāo) Ds，若Du〈Ds，則構(gòu)建的R矩陣的i行j列的元素值為1，否則為0 ;
(4) 對(duì)光譜距離數(shù)矩陣B的每行求平方和，構(gòu)建η行列向量SB ;
(5) 構(gòu)建η行列向量C表示選中的光譜，C 、…Cn]T，初始時(shí)= = ·= Cn = 0 ;對(duì)η行列向量SB中的值按從小到大的順序計(jì)算相應(yīng)的第i行光譜的鄰近光譜數(shù) 量；當(dāng)計(jì)算SB的第i行時(shí)，該行光譜的鄰近光譜數(shù)量q為A = RiXC，其中氏為矩陣R的 第i行向量；若Ci〈Cs，則該光譜允許加入近紅外光譜數(shù)據(jù)庫，否則，不允許加入；C s為允許的 光譜數(shù)量指標(biāo)，將η行列向量C中第i行的元素?cái)?shù)值置為1，按照前述方法計(jì)算η行列向量 SB中每行元素的的鄰近光譜數(shù)量，確定所有元素是否加入近紅外光譜數(shù)據(jù)庫，即可獲得選 中的全部光譜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于自動(dòng)添加虛擬光譜點(diǎn)的油品性質(zhì)建模方法，其特征在 于：光譜距離數(shù)指標(biāo)Ds取40-60。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于自動(dòng)添加虛擬光譜點(diǎn)的油品性質(zhì)建模方法，其特征在 于：光譜波數(shù)λ選取擇特征波數(shù)在4000?4740范圍內(nèi)的吸光度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于自動(dòng)添加虛擬光譜點(diǎn)的油品性質(zhì)建模方法，其特征在于 過濾后的樣本屬性數(shù)據(jù)采用線性或非線性調(diào)合規(guī)則來計(jì)算虛擬光譜性質(zhì)，其中，采用的線 性混合規(guī)則如下：
(6) 式中，Μρ為過濾后的虛擬光譜點(diǎn)的屬性數(shù)據(jù)；Clp，C2fCmp為參與混合計(jì)算的光譜庫光 譜點(diǎn)Q，C2?Cm的屬性數(shù)據(jù)；klf，k2f…k mp為參與混合計(jì)算的光譜點(diǎn)Q，C2?Cm的混合比例。
【文檔編號(hào)】G01N21/3577GK104215601SQ201410323812
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】葉彥斐, 張向榮, 梅彬, 吳滬寧 申請(qǐng)人:南京富島信息工程有限公司