作為一種遙感分析手段,開放光路傅里葉變換紅外（Open-path Fourier transform infrared,OP/FT-IR）光譜儀具有無需樣品采樣和實時測量的優(yōu)點,因此被廣泛應(yīng)用于各種開放環(huán)境中的氣體監(jiān)測。但是開路方式下,復(fù)雜的大氣環(huán)境使得光譜噪聲和譜線重疊嚴(yán)重,造成定量分析的困難。通過化學(xué)計量學(xué)方法建立多元校正模型可以解決光譜與待測量間的定量關(guān)系,實現(xiàn)對復(fù)雜光譜的解析。構(gòu)建模型主要包含四個步驟,分別為校正集選取、光譜預(yù)處理、波長選擇和模型建立,每一步的處理都會影響模型的預(yù)測精度。特別地,選取具有代表性的校正集會提高模型的適用性。波長選擇會強(qiáng)化濃度與光譜吸收間的線性關(guān)系,提高模型穩(wěn)健性和準(zhǔn)確度。本文圍繞校正集選取和波長選擇這兩個方面對模型性能的改進(jìn)展開研究:1.探究實測校正集建立的模型的預(yù)測能力。運用合成光譜組成的合成校正集和實測光譜組成的實測校正集分別建立偏最小二乘（Partial least squares,PLS）模型,通過預(yù)測未知的OP/FT-IR光譜判斷兩個模型的表現(xiàn)。研究結(jié)果表明相較于合成PLS模型,實測光譜構(gòu)建的PLS模型的預(yù)測均方根誤差（Root mean... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１合成光譜和實測光譜進(jìn)行ＰＣＡ的第一和第二主成分得分??２．３．２合成和實測ＰＬＳ模型的預(yù)測性能??

是有一定偏差的。??３?７００?Ｉ??＾?７５０?｜－＾???Ｉ??６００?＼?７００?；??？?丨??＼?６５０?；??５?５００?５?１??＼?６００?１??氣?１??４００?＊?＊?產(chǎn)尊ｉ??Ｖ．?；?５５０?：?？―丄??＊？？?？?？?＊?＊??３００????????―１?５００??１?????一１??０?５?１０?１５?２０?０?５?１０?１５?２０??潛變嫌的數(shù)Ｉ〗?潛變量的數(shù)Ｗ??圖２．２?（ａ）合成和（ｂ）實測ＰＬＳ模型的ＡＩＣ隨潛變量數(shù)的變化（箭頭代表最優(yōu)潛變量數(shù)）??根據(jù)確定的最優(yōu)潛變量數(shù)，分別建立合成ＰＬＳ模型和實測ＰＬＳ模型，并對??實測驗證集進(jìn)行預(yù)測，用于判斷這兩個模型建立的近紅外光譜與待測量之間的定??量關(guān)系是否正確。相對誤差結(jié)果如圖２．３所示，通過對比可知，合成ＰＬＳ模型的??預(yù)測誤差較大，特別是在低濃度范圍內(nèi)。實測ＰＬＳ模型對任何一個樣品的預(yù)測??結(jié)果都較優(yōu)秀，在全濃度范圍內(nèi)表現(xiàn)穩(wěn)定。??由代表整體預(yù)測誤差的ＲＭＳＥＰ可以得出相同的結(jié)論（表２．１）。合成ＰＬＳ??模型的ＲＭＳＥＰ為６２．９４，實測ＰＬＳ模型的ＲＭＳＥＰ為８．４３，比合成模型的預(yù)測??誤差下降了?８６．６０％，再一次證明實測ＰＬＳ模型更適合預(yù)測ＯＰ／ＦＴ－ＩＲ光譜。雖然??合成光譜的存在具有合理性，但預(yù)測結(jié)果表明，運用和驗證光譜完全同源的光譜??作校正集，更有利于預(yù)測性能的提高。??ａ?１５?！?ｂ?１５???？、?，??１０?＇?＼?？?１０??＾?５?／?＼?；?Ｖ?‘?ｔ?５??１?〇?．．／?．．．．??

?第二章實測校正集????表２．１合成和實測ＰＬＳ模型表現(xiàn)???ＲＭＳＥＰ??模型類型?最優(yōu)潛變量數(shù)????合成驗證集?實測驗證集??合成模型?８?９．１０?６２．９４??實測模型?１３?２９．８４?８．４３??為了進(jìn)一步探宄合成和實測ＰＬＳ模型的區(qū)別，再次運用這兩種模型預(yù)測合??成驗證集。相對誤差結(jié)果如圖２．４所示，兩種模型的ＲＭＳＥＰ分別為９．１０和２９．８４??（表２．１）。所以預(yù)測未知的合成光譜時，合成ＰＬＳ模型表現(xiàn)要比實測ＰＬＳ模型??優(yōu)秀。以上結(jié)果表明非同源光譜很難確保光譜特征的一致性，運用和待測光譜同??源的光譜做校正集會更有利于模型預(yù)測精度的提高。??３?１０，??ｂ?１０，???５?５?！??＾?ｓ?！??殳?Ｉ?／?＼?／?？－?Ｖ?：?？??￣＾?１?°?；／＼????－５?－５?＾?＾??？１０?［???＇?＊—???——￣￣?－１０＊???????????????０?２００?４００?６００?８００?１０００?１２００?１４００?０?２００?４００?６００?８００?１０００?１２００?１４００??積分濃度／?ｐｐｍ－ｍ?積分濃度／?ｐｐｍ－ｍ??圖２．４?（ａ）合成和（ｂ）實測ＰＬＳ模型預(yù)測合成驗證集的相對誤差結(jié)果??２．３．３合成和實測ＰＬＳ模型的穩(wěn)健性??接下來探宄兩種模型的穩(wěn)健性。通過內(nèi)部交叉驗證結(jié)果篩選的最優(yōu)潛變量數(shù)??是基于對校正光譜的預(yù)測結(jié)果得出的結(jié)論。判斷該潛變量數(shù)的選擇是否真的正確，??需要看該模型預(yù)測未知光譜時是否也能得到最優(yōu)的結(jié)果，或者相對較優(yōu)的結(jié)果。?

【參考文獻(xiàn)】：
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