一種快速校正近紅外設(shè)備并檢測農(nóng)產(chǎn)品中化學(xué)成分的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種快速校正近紅外光譜檢測設(shè)備并檢測農(nóng)產(chǎn)品中化學(xué)成分的方法，該方法用標(biāo)準(zhǔn)近紅外檢測設(shè)備對農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行近紅外數(shù)據(jù)采集，用化學(xué)方法檢測農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)樣品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)庫和標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫建立標(biāo)準(zhǔn)映射模型；用檢測農(nóng)產(chǎn)品的實(shí)際近紅外檢測設(shè)備采集農(nóng)產(chǎn)品校驗(yàn)樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)和用化學(xué)方法檢測農(nóng)產(chǎn)品校驗(yàn)樣品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)，與標(biāo)準(zhǔn)映射模型進(jìn)行比對獲得校驗(yàn)映射模型，新樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)通過校驗(yàn)映射模型得到化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)。通過校驗(yàn)映射模型，解決了空間上相隔較遠(yuǎn)的地方采用新的近紅外檢測設(shè)備快速檢驗(yàn)然后快速檢測農(nóng)產(chǎn)品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)。
【專利說明】
一種快速校正近紅外設(shè)備并檢測農(nóng)產(chǎn)品中化學(xué)成分的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于農(nóng)產(chǎn)品檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種快速校正近紅外光譜檢測設(shè)備并檢測農(nóng)產(chǎn)品中化學(xué)成分的方法。【背景技術(shù)】
[0002]通過近紅外快速檢測農(nóng)產(chǎn)化學(xué)成分的方法越來越獲得科研工作者和農(nóng)產(chǎn)消費(fèi)者的關(guān)注，其中最為關(guān)鍵的是近紅外檢測設(shè)備的差異化導(dǎo)致檢測結(jié)果的不準(zhǔn)，每出現(xiàn)一種新的檢測設(shè)備型號都會導(dǎo)致已有數(shù)據(jù)庫難以利用的局面，目前還沒有較好的解決辦法。
[0003]公開號為CN102305772A的專利公開了一種用于食品和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測的基于遺傳核偏最小二乘法的近紅外光譜特征波長篩選方法，利用理化分析方法測定所有待測樣本的待測組分濃度值后劃分樣本的校正集和預(yù)測集;利用遺傳算法對預(yù)處理后的校正集光譜數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行全局搜索，依據(jù)核偏最小二乘法交互驗(yàn)證過程中最小的交互驗(yàn)證均方根誤差值確定出最終參與建模的特征變量數(shù)，并將遺傳算法篩選出來的特征變量重新組成新的數(shù)據(jù)矩陣作為模型的輸入;將測得的校正集樣本待測組分濃度矩陣作為模型的標(biāo)準(zhǔn)輸出，建立最佳校正分析模型。
[0004]公開號為CN102879353A的專利公開了一種檢測花生中蛋白質(zhì)組分含量的方法，包括1)對已知蛋白質(zhì)組分含量的花生標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行近紅外光譜掃描，獲得所述已知蛋白質(zhì)組分含量的花生標(biāo)準(zhǔn)品在近紅外波長的所有光譜信息，得到校正集樣本光譜的計(jì)算平均值;2) 對所述步驟1)所得校正集樣本光譜進(jìn)行預(yù)處理;3)將所述步驟2)預(yù)處理后的校正集樣本光譜中的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，提取特征信息數(shù)據(jù);4)以所述花生標(biāo)準(zhǔn)品的蛋白質(zhì)組分含量的化學(xué)測定值為校正值，將所述步驟3)所得特征信息數(shù)據(jù)作為自變量，所述校正值作為因變量，用化學(xué)計(jì)量學(xué)多元校正算法建立所述自變量與所述因變量之間的校正模型；5) 將所述步驟1)所述已知蛋白質(zhì)組分含量的花生標(biāo)準(zhǔn)品替換為待測花生樣品，重復(fù)所述步驟 1)至步驟3)，將所述步驟3)所得特征信息數(shù)據(jù)輸入所述步驟4)的校正模型，得到所述待測花生樣品中的蛋白質(zhì)組分含量。
[0005]公開號為CN101907564A的專利公開了一種油菜籽品質(zhì)的近紅外光譜快速檢測方法:先取不同水分和脂肪的油菜籽樣品若干份，一部分作為校正集，另一部分作為預(yù)測集， 其余部分作為待測樣品，采用國標(biāo)法測定所有樣品的含水量和脂肪含量作為實(shí)測值;再用本發(fā)明近紅外檢測儀采集校正集樣品、預(yù)測集樣品以及待測樣品的漫反射光譜信息，用校正集的光譜數(shù)據(jù)與其含水量和脂肪含量實(shí)測值間的關(guān)系建立校正模型;將預(yù)測集的光譜數(shù)據(jù)帶入到校正模型中進(jìn)行預(yù)測，獲取預(yù)測集的樣品含水量和脂肪含量的預(yù)測結(jié)果并分析與其實(shí)測值的差異，選取預(yù)測精度達(dá)到要求的校正模型;最后將模型參數(shù)導(dǎo)入到微處理器中， 同時(shí)將待測樣品的光譜信息調(diào)入選取的校正模型中，對待測樣品含水量和脂肪含量進(jìn)行計(jì)算，所獲得的含水量和脂肪含量預(yù)測值即為待測樣品含水量和脂肪含量的測定結(jié)果。
[0006]但是現(xiàn)有技術(shù)中對于能夠?qū)崿F(xiàn)快速檢測的方法都沒有解決不同檢測儀器造成已有數(shù)據(jù)庫難以利用的問題，無法實(shí)現(xiàn)利用新儀器對樣品進(jìn)行快速檢測。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種快速校正近紅外光譜檢測設(shè)備并檢測農(nóng)產(chǎn)品中化學(xué)成分的方法，其特征在于該方法包括如下步驟:
[0008]步驟A:用標(biāo)準(zhǔn)近紅外檢測設(shè)備對n個(gè)農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行近紅外數(shù)據(jù)采集，得到標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)庫；
[0009]步驟B:用化學(xué)方法檢測步驟A中的n個(gè)農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)樣品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)，形成標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫；
[0010]步驟C:根據(jù)步驟A的標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)庫和步驟B的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫建立標(biāo)準(zhǔn)映射t吳型；
[0011]步驟D:用檢測農(nóng)產(chǎn)品的實(shí)際近紅外檢測設(shè)備采集m個(gè)農(nóng)產(chǎn)品校驗(yàn)樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)，形成校驗(yàn)近紅外光譜數(shù)據(jù)庫；
[0012]步驟E:用化學(xué)方法檢測步驟D中的m個(gè)農(nóng)產(chǎn)品校驗(yàn)樣品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)，形成校驗(yàn)化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫；
[0013]步驟F:將校驗(yàn)近紅外光譜數(shù)據(jù)庫和校驗(yàn)化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫與標(biāo)準(zhǔn)映射模型進(jìn)行比對，獲得實(shí)際近紅外檢測設(shè)備所采集的近紅外光譜與化學(xué)成分關(guān)系的校驗(yàn)映射模型；
[0014]步驟G:用實(shí)際近紅外檢測設(shè)備采集農(nóng)產(chǎn)品新樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)，通過校驗(yàn)映射模型計(jì)算得到農(nóng)產(chǎn)品新樣品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)；
[0015]其中步驟A、步驟D和步驟G中的農(nóng)產(chǎn)品屬于植物學(xué)上同一種；
[0016]其中n和m為整數(shù)，且n>50>m>5。[〇〇17] 優(yōu)選的，上述方法中，標(biāo)準(zhǔn)近紅外檢測設(shè)備為穩(wěn)定的全譜段紅外光譜儀器。
[0018]優(yōu)選的，上述方法中，實(shí)際近紅外檢測設(shè)備為連續(xù)型便攜式紅外光譜儀、單點(diǎn)式手持光譜儀或者其他形式的光譜測量設(shè)備。
[0019]優(yōu)選的，上述方法中，標(biāo)準(zhǔn)映射模型和校驗(yàn)映射模型可以應(yīng)用數(shù)據(jù)構(gòu)建模型的任意方法進(jìn)行構(gòu)建，構(gòu)建過程中不斷通過標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)和校驗(yàn)化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證， 最終實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)映射模型和校驗(yàn)映射模型能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)際近紅外檢測設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)近紅外檢測設(shè)備之間在計(jì)算化學(xué)成分含量之間的相對準(zhǔn)確的對應(yīng)關(guān)系。
[0020]優(yōu)選的，上述方法中，農(nóng)產(chǎn)品為蔬菜、水果或糧食等，農(nóng)產(chǎn)品也可以替換為食品在上述方法中被檢測。
[0021]本發(fā)明還提供了一種快速校正近紅外光譜檢測設(shè)備并檢測農(nóng)產(chǎn)品中化學(xué)成分的系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)輸入端、云服務(wù)器和數(shù)據(jù)輸出端，其特征在于數(shù)據(jù)輸入端具有標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)產(chǎn)品近紅外光譜數(shù)據(jù)輸入接口和標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)產(chǎn)品化學(xué)數(shù)據(jù)輸入接口，同一數(shù)據(jù)輸入端或另一數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫還具有校驗(yàn)近紅外光譜數(shù)據(jù)輸入結(jié)構(gòu)和校驗(yàn)化學(xué)農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)輸入結(jié)構(gòu)，云服務(wù)器包括標(biāo)準(zhǔn)映射模型和校驗(yàn)映射模型，數(shù)據(jù)輸出端具有農(nóng)產(chǎn)品化學(xué)數(shù)據(jù)輸出端口，數(shù)據(jù)輸入端與云服務(wù)器雙向連接，云服務(wù)器與數(shù)據(jù)輸出端連接。[〇〇22] 有益效果:
[0023]1、建立特定農(nóng)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)映射模型，然后結(jié)合其他近紅外檢測儀器的近紅外光譜數(shù)據(jù)和化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)建立校驗(yàn)映射模型，能夠?qū)崿F(xiàn)對新的近紅外檢測設(shè)備的快速校正和快速檢測化學(xué)成分。
[0024]2、通過校驗(yàn)映射模型，解決了空間上相隔較遠(yuǎn)的地方采用新的近紅外檢測設(shè)備快速檢驗(yàn)然后快速檢測農(nóng)產(chǎn)品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)。
[0025]3、標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜檢測設(shè)備和實(shí)際近紅外光譜檢測設(shè)備可以任意選擇，尤其是實(shí)際近紅外檢測設(shè)備，當(dāng)需要快速檢測農(nóng)產(chǎn)品化學(xué)成分的情況下，僅僅需要少量樣品的化學(xué)檢測就能夠?qū)崿F(xiàn)新設(shè)備的快速校驗(yàn)并投入使用。[〇〇26]4、標(biāo)準(zhǔn)映射模型內(nèi)嵌在云端，校驗(yàn)光譜數(shù)據(jù)庫和校驗(yàn)化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫傳輸?shù)皆贫撕螅湍軌驅(qū)崿F(xiàn)建立新的校驗(yàn)映射模型，再將實(shí)際樣品檢測的近紅外光譜數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫ｒ?yàn)映射模型即可獲得樣品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)?！靖綀D說明】[〇〇27]圖1為標(biāo)準(zhǔn)映射模型建立框圖；[〇〇28]圖2為校驗(yàn)映射模型建立框圖；
[0029]圖3為實(shí)際樣品化學(xué)成分檢測框圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0030]實(shí)施例1
[0031]步驟A:用穩(wěn)定的全譜段紅外光譜儀器(作為標(biāo)準(zhǔn)近紅外檢測設(shè)備)對150個(gè)黃瓜標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行近紅外數(shù)據(jù)采集，得到黃瓜標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)庫；
[0032]步驟B:用化學(xué)方法檢測步驟A中的150個(gè)黃瓜標(biāo)準(zhǔn)樣品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)，形成黃瓜標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫；
[0033]步驟C:根據(jù)步驟A的黃瓜標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)庫和步驟B的黃瓜標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫建立黃瓜標(biāo)準(zhǔn)映射模型；
[0034]步驟D:用單點(diǎn)式手持光譜儀(作為檢測農(nóng)產(chǎn)品的實(shí)際近紅外檢測設(shè)備)采集20個(gè)黃瓜校驗(yàn)樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)，形成黃瓜校驗(yàn)近紅外光譜數(shù)據(jù)庫；
[0035]步驟E:用化學(xué)方法檢測步驟D中的20個(gè)黃瓜校驗(yàn)樣品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)，形成黃瓜校驗(yàn)化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫；
[0036]步驟F:將黃瓜校驗(yàn)近紅外光譜數(shù)據(jù)庫和黃瓜校驗(yàn)化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫與黃瓜標(biāo)準(zhǔn)映射模型進(jìn)行比對，獲得校驗(yàn)映射模型；
[0037]步驟G:用單點(diǎn)式手持光譜儀采集黃瓜新樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)，通過校驗(yàn)映射模型計(jì)算得到黃瓜新樣品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)。
[0038]實(shí)施例2[〇〇39]步驟A:用穩(wěn)定的全譜段紅外光譜儀器(作為標(biāo)準(zhǔn)近紅外檢測設(shè)備)對120個(gè)西紅柿標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行近紅外數(shù)據(jù)采集，得到西紅柿標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)庫；
[0040]步驟B:用化學(xué)方法檢測步驟A中的120個(gè)西紅柿標(biāo)準(zhǔn)樣品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)，形成西紅柿標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫；
[0041]步驟C:根據(jù)步驟A的西紅柿標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)庫和步驟B的西紅柿標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫建立西紅柿標(biāo)準(zhǔn)映射模型；
[0042]步驟D:用連續(xù)型便攜式紅外光譜儀(作為檢測農(nóng)產(chǎn)品的實(shí)際近紅外檢測設(shè)備)采集10個(gè)西紅柿校驗(yàn)樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)，形成西紅柿校驗(yàn)近紅外光譜數(shù)據(jù)庫；
[0043]步驟E:用化學(xué)方法檢測步驟D中的10個(gè)西紅柿校驗(yàn)樣品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)，形成西紅柿校驗(yàn)化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫；
[0044]步驟F:將西紅柿校驗(yàn)近紅外光譜數(shù)據(jù)庫和西紅柿校驗(yàn)化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫與西紅柿標(biāo)準(zhǔn)映射模型進(jìn)行比對，獲得校驗(yàn)映射模型；
[0045]步驟G:用連續(xù)型便攜式紅外光譜儀采集西紅柿新樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)，通過校驗(yàn)映射模型計(jì)算得到西紅柿新樣品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種快速校正近紅外光譜檢測設(shè)備并檢測農(nóng)產(chǎn)品中化學(xué)成分的方法，其特征在于該 方法包括如下步驟:步驟A:用標(biāo)準(zhǔn)近紅外檢測設(shè)備對n個(gè)農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行近紅外數(shù)據(jù)采集，得到標(biāo)準(zhǔn) 近紅外光譜數(shù)據(jù)庫；步驟B:用化學(xué)方法檢測步驟A中的n個(gè)農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)樣品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)，形成標(biāo)準(zhǔn)化學(xué) 成分?jǐn)?shù)據(jù)庫；步驟C:根據(jù)步驟A的標(biāo)準(zhǔn)近紅外光譜數(shù)據(jù)庫和步驟B的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫建立標(biāo)準(zhǔn) 映射模型；步驟D:用檢測農(nóng)產(chǎn)品的實(shí)際近紅外檢測設(shè)備采集m個(gè)農(nóng)產(chǎn)品校驗(yàn)樣品的近紅外光譜數(shù) 據(jù)，形成校驗(yàn)近紅外光譜數(shù)據(jù)庫；步驟E:用化學(xué)方法檢測步驟D中的m個(gè)農(nóng)產(chǎn)品校驗(yàn)樣品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)，形成校驗(yàn)化學(xué) 成分?jǐn)?shù)據(jù)庫；步驟F:將校驗(yàn)近紅外光譜數(shù)據(jù)庫和校驗(yàn)化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫與標(biāo)準(zhǔn)映射模型進(jìn)行比對，獲 得實(shí)際近紅外檢測設(shè)備所采集的近紅外光譜與化學(xué)成分關(guān)系的校驗(yàn)映射模型；步驟G:用實(shí)際近紅外檢測設(shè)備采集農(nóng)產(chǎn)品新樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)，通過校驗(yàn)映射模 型計(jì)算得到農(nóng)產(chǎn)品新樣品的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)；其中步驟A、步驟D和步驟G中的農(nóng)產(chǎn)品屬于植物學(xué)上同一種；其中n和m為整數(shù)，且n>50>m>5。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中標(biāo)準(zhǔn)近紅外檢測設(shè)備為穩(wěn)定的全譜段紅外光譜儀器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中實(shí)際近紅外檢測設(shè)備為連續(xù)型便攜式紅外光譜儀、 單點(diǎn)式手持光譜儀或者其他形式的光譜測量設(shè)備。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中農(nóng)產(chǎn)品為蔬菜、水果或糧食。5.—種快速校正近紅外光譜檢測設(shè)備并檢測農(nóng)產(chǎn)品中化學(xué)成分的系統(tǒng)，其特征在于該 系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)輸入端、云服務(wù)器和數(shù)據(jù)輸出端，其特征在于數(shù)據(jù)輸入端具有標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)產(chǎn)品近 紅外光譜數(shù)據(jù)輸入接口和標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)產(chǎn)品化學(xué)數(shù)據(jù)輸入接口，同一數(shù)據(jù)輸入端或另一數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 庫還具有校驗(yàn)近紅外光譜數(shù)據(jù)輸入結(jié)構(gòu)和校驗(yàn)化學(xué)農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)輸入結(jié)構(gòu)，云服務(wù)器包括標(biāo) 準(zhǔn)映射模型和校驗(yàn)映射模型，數(shù)據(jù)輸出端具有農(nóng)產(chǎn)品化學(xué)數(shù)據(jù)輸出端口，數(shù)據(jù)輸入端與云 服務(wù)器雙向連接，云服務(wù)器與數(shù)據(jù)輸出端連接。
【文檔編號】G01N21/359GK106092960SQ201610604333
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月28日 公開號201610604333.4, CN 106092960 A, CN 106092960A, CN 201610604333, CN-A-106092960, CN106092960 A, CN106092960A, CN201610604333, CN201610604333.4
【發(fā)明人】朱湘飛, 劉毅, 劉法安, 譚占鰲, 陳劍
【申請人】深圳市芭田生態(tài)工程股份有限公司