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核偏最小二乘特征提取在混合气体FTIR光谱定量分析中的应用
  • ISSN号:1001-9014
  • 期刊名称:《红外与毫米波学报》
  • 时间:0
  • 分类:TE642[石油与天然气工程—油气加工工程] TH744.4[机械工程—光学工程;机械工程—仪器科学与技术;机械工程—精密仪器及机械]
  • 作者机构:[1]西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,陕西西安710049, [2]太原钢铁公司自动化公司,山西太原030003
  • 相关基金:国家自然科学基金(60276037)资助项目
中文摘要:

为进一步提高FTIR光谱法实现特征吸收光谱严重重叠的甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷以及正戊烷七组分混合气体定量分析的精度和速度,提出一种核偏最小二乘(Kernel Partial Least Square,KPLS)特征提取耦合支持向量回归机(Support Vector Regression Machine,SVR)的红外光谱定量分析新方法.首先采用KPLS方法对上述七组分混合气体的FTIR光谱进行特征提取,然后将特征提取得到的特征组分作为SVR的输入建立混合气体的定量分析模型.对标准混合气体进行定量分析的结果显示:KPLS—SVR模型的预测精度高于未进行特征提取SVR模型预测的精度,同时预测时间也减少了一半.研究表明,KPLS法可以很好地提取隐含在混合气体FTIR光谱数据与其组分浓度之间的非线性特征并有效地消除光谱数据噪声,大幅度降低数据维数,与SVR耦合可以提高红外光谱分析的精度和速度,是一种有效的红外光谱定量分析方法.

英文摘要:

A new method for FTIR spectral quantitative analysis was presented. The new method couples kernel partial least squares (KPLS) feature extraction with support vector regression machine(SVR) to improve the quantitative analysis accuracy and speed of seven-component alkane gas mixtures composedoof methane, ethane, propane, iso-butane, n-butane, isopentane, and n-pentane, whose feature absorption spectra are cross each other and overlapped seriously. Firstly, the KPLS was employed to extract feature components from the FTIR spectra of above-mentioned seven-component gas mixtures. And then, the extracted feature components were fed into SVR to create the quantitative analysis model of seven component gases. The quantitative analysis results of calibration gas mixtures show that the prediction accuracy by KPLS-SVR model is higher than that by SVR model without feature extraction processing. Meanwhile, the predicting time by KPLS-SVR model is only half of that by SVR model. The study indicates that KPLS approach can effectively extract the latent nonlinear features implied in the spectra and component concentration, eliminate the noise of FTIR spectral data, and reduce the dimension of the spectral data. Coupling with SVR, KPLS feature extraction can improve the accuracy of FTIR spectral analysis, shorten the predicting time. KPLS-SVR is a very effective method for infrared spectral quantitative analysis.

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期刊信息
  • 《红外与毫米波学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院上海技术物理研究所 中国光学学会
  • 主编:褚君浩
  • 地址:上海市玉田路500号
  • 邮编:200083
  • 邮箱:jimw@mail.sitp.ac.cn
  • 电话:021-25051553
  • 国际标准刊号:ISSN:1001-9014
  • 国内统一刊号:ISSN:31-1577/TN
  • 邮发代号:4-335
  • 获奖情况:
  • 1992、1996年获全国优秀学术期刊一等奖,1999年首届国家期刊奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,美国科学引文索引(扩展库),日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),瑞典开放获取期刊指南,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:8778