运用近红外透射光谱技术检测苹果内部品质

通过运用近红外透射光谱技术快速分析了苹果的糖度和硬度,使用偏最小二乘法建立预测模型,得出校正集苹果糖度的最佳主因子维数为3,相关系数R为0.9943,校正标准差为0.2476;校正集苹果硬度交叉校验的最佳主因子维数为3,相关系数R为0.9644,校正标准差为0.3529。研究结果表明：运用近红外透射光谱技术可以准确地无损快速定量分析苹果糖度和硬度。     

饲料总能近红外反射光谱定量分析模型的优化

利用近红外反射分析技术, 采用偏最小二乘(PLS)回归方法,分别对光谱进行附加散射校正、变量标准化、一阶导数和二阶导数处理,建立了饲料中总能的预测模型.通过比较,附加散射校正和一阶导数处理定标效果最优.定标集化学分析值与预测值之间的决定系数R2和标准差RMSEC分别为0.9060和0.153,相对分析误差为3.36;验证集化学分析值与预测值之间的决定系数r2和标准差RMSEP分别为0.8924和0.156,相对分析误差为3.22.结果表明,利用近红外光谱反射(NIRS)分析技术可以定量检测充料总能的含量.     

近红外透射苹果运动速度模型适用性的研究

应用近红外透射检测技术在线检测苹果的糖度,分析运动速度对模型适用性的影响,在实验台分别以0,0.3,0.6,0.9m/s的切线速度检测苹果光谱,应用偏最小二乘法(PLS)建立苹果糖度的模型,得出最好的模型相关系数R为0.9386,校正标准差RMSEC为0.2894,最佳主因子数为4.研究结果表明:苹果运行速度对模型的预测结果有影响,用每个速度下的大量样品参与建模,可以有效地提高模型的稳健性,从而减少模型对水果运行速度的敏感性;当速度超过范围(阀值0.9m/s),模型的稳定性较差.     

表皮对果蔬品质漫反射光谱检测精度的影响

基于近红外漫反射光谱进行了马铃薯淀粉含量快速检测,并分析了表皮对光谱及淀粉含量检测精度的影响问题。本文对110个样品的漫反射光谱进行平均化(Mean centering)、微分处理及Norris滤波,建模方法选用主成分回归(PCR)及偏最小二乘法(PLS)。检测结果表明:近红外漫反射光谱检测马铃薯淀粉含量具有可行性,但表皮对光谱及检测精度有影响。采用PLS法对经Norris滤波处理的去皮马铃薯一阶微分光谱与淀粉含量建模,效果最好,相关系数r为0.893,根校正偏差RMSEC为1.01%;对预测集样品预测,均方根预测偏差RMSEP为1.38%,精度明显优于带皮马铃薯的建模及预测精度(r为0.834,RMSEC为1.29%,RMSEP为1.74%)。果蔬品质光谱检测中,如要实现样品品质精确检测,表皮影响需进一步校正。     

苹果内部品质分级机械手设计与试验

为检测苹果内部品质,基于可见/近红外光谱检测技术并结合分拣机械手,设计了苹果内部品质分级机械手。该装置主要由夹持机构、近红外光谱采集系统、控制系统等组成。机械手稳定夹持苹果后采集苹果的近红外光谱数据,上位机软件中的预测模型对光谱数据进行分析处理,并显示光谱曲线和预测结果。为建立苹果可溶性固形物含量预测模型,基于该装置采集了苹果在650～1 100 nm波长范围内的光谱数据,通过国家标准测量法测得苹果样本的可溶性固形物含量,采用SG卷积平滑(SG-smooth)、标准正态变量变换(SNV)和多元散射校正(MSC)对光谱数据进行预处理,并结合可溶性固形物含量测量值建立偏最小二乘(PLSR)模型。结果表明,采用多元散射校正方法预处理后的建模效果最优,其预测模型的校正集和预测集相关系数分别为0. 978 2、0. 970 1,均方根误差分别为0. 274 6、0. 326 3°Brix。选取20个同品种苹果样本对该装置的稳定性和准确性进行了测试,可溶性固形物含量预测值与测量值相关系数为0. 957 3,均方根误差为0. 422 4°Brix。试验结果表明,苹果内部品质分级机械手在夹持苹果的同时可以实现对苹果可溶性固形物含量的准确预测。     

苹果糖度近红外光谱小波去噪和iPLS建模

为了提高苹果近红外光谱糖度预测模型的精度,利用多尺度小波去噪法对苹果近红外光谱进行了预处理,并用改进后的间隔偏最小二乘法(iPLS)建立预测模型。应用结果表明,多尺度小波去噪法滤除了原始光谱中的部分噪声,但又保留了原光谱中的主要信息。运用间隔偏最小二乘法对预处理后的光谱建模,其校正时的相关系数rc和校正均方根误差RMSEC分别为0.9635和0.3026,预测时的相关系数rp和预测均方根误差RMSEP分别为0.9214和0.4113,主因子数为5个。结果表明,用多尺度小波去噪和间隔偏最小二乘法所建立的苹果糖度模型不但精度有所提高,而且更加简洁、数据运算量也更少。     

翠冠梨坚实度可见/近红外光谱在线检测

采用可见/近红外光谱技术对翠冠梨的坚实度进行在线检测研究,并对不同预处理方法和不同平滑点数的影响进行研究.试验采用USB4000微型光纤光谱仪在0.5 m/s的水果运动速度下采集翠冠梨的透射光谱,并应用偏最小二乘(PLS)算法建立预测模型.试验样品为176个,119个样品作为校正集,57个样品作为预测集.研究结果表明,应用可见/近红外光谱技术检测翠冠梨的坚实度是可行的,确定580～840 nm为较合适的建模波段;光谱经一阶微分和变量标准化(SNV)处理后建立的预测模型性能最优,其相关系数R为0.820,校正标准差为2.50 N,预测标准差为3.02 N;对于S-G平滑处理,5点S-G平滑的效果最好,其相关系数R为0.848,校正标准差为2.31N,预测标准差为2.85 N.     

苹果糖度高光谱图像可视化预测的光强度校正方法

针对类球形水果表面曲率变化引起高光谱图像光响应强度差异较大,难以有效预测各部位的品质信息的问题,以富士苹果为研究对象,对高光谱图像进行黑白标定后,以糖度测试部位为感兴趣区域提取平均光谱并建立糖度的定量预测模型,校正集相关系数Rc为0.930 5,校正均方根误差RMSEC为0.433 1;高光谱图像经构建掩模消除样本背景噪声后,提出了高光谱图像光强度校正方法,比较校正前后的高光谱图像能量分布图可以发现光强度得到有效补偿,对校正后的高光谱图像标记空间信息并提取对应光谱,用已建立的苹果糖度模型计算各像素点对应的糖度值,绘制苹果糖度的伪彩色分布图。研究结果表明,高光谱图像经强度校正可以快速无损的预测苹果的糖度及其分布。     

苹果糖度在线检测降低杂散光影响研究

基于光谱学原理设计了智能苹果糖度在线分级设备,研究了上置式检测器在线检测中的杂散光问题,通过光路图分析了富士苹果3种摆放方式对杂散光的影响,并提出了遮光降噪方案。利用偏最小二乘(PLS)回归分别建立了3种摆放方式的富士苹果可溶性固形物含量(SSC)在线预测模型。研究结果表明,对于上置式检测器而言,摆放方式和遮光处理尤为重要。其中果柄朝上遮光为最佳降噪措施,所建立的模型校正集均方差(RMSEC)为0.60,校正集相关系数(RC)为0.94,预测集均方差(RMSEP)为0.67,预测集相关系数(RP)为0.87,可以满足实际生产中的在线分级要求。     

基于近红外漫反射光谱技术的芒果糖度无损检测方法研究

近红外光谱分析技术是近年迅速发展的一门绿色分析技术,具有快速、准确、无损伤检测的特点,正越来越广泛地应用于水果内部品质的无损检测。为此,应用近红外漫反射光谱技术无损检测芒果糖度,光谱数据经一阶微分和Savitzk-Golay预处理后,分别采用主成分回归法(PCR)和偏最小二乘法(PLS)建立芒果糖度近红外分析模型,当主成分数为10时,预测相关系数R分别为0.838 69,0.976 59,RMSEC分别为1.628 4,0.205 8,MEP为1.235 0,0.738 3;采用BP神经网络对70个样品光谱进行训练,建模集相关系数达到0.983 3,而对36个预测样品集的相关系数只有0.663 9;调整建模集和预测集样品,相关系数增大到0.683 6,平均相对误差由10.336 9%降到8.057 6%。研究结果表明,利用近红外漫反射光谱技术对芒果糖度进行无损检测是可行的。     

蜜瓜糖度透射光谱检测技术

采用便携式USB光纤光谱仪建立了蜜瓜糖度透射光谱检测系统,光源能量300W,光谱采集积分时间500ms,离散光谱累计采集次数为4次,光谱平滑采用厢车法,平滑点数为4点。利用该系统对140个非网纹类蜜瓜糖度进行了检测试验,采用经典最小二乘法(CLS)、逐步多元线性回归(SMLR)、主成分回归分析(PCR)和偏最小二乘法(PLS)对样品光谱和糖度的建模与预测结果表明,PLS法的建模与预测结果较好,相关系数r为0.857,均方根校正误差为0.655,均方根预测误差为0.838。     

近红外光谱仪快速检测甘蔗汁中蔗糖含量

为实现快速、便捷地检测甘蔗汁中蔗糖含量,以近红外微型光谱仪为技术支撑,以液相法为基础,采用偏最小二乘法（PLS）建立甘蔗汁蔗糖含量校正模型。结果表明,建立的PLS模型校正相关系数（R）、校正均方根误差（RMSEC）和验证均方根误差（RMSEP）分别为0.961 7、0.237和0.263,预测相对误差＜5%。      

西瓜可溶性固形物含量近红外透射检测技术

设计的近红外透射式西瓜可溶性固形物含量（SSC）检测系统主要包括光纤光谱仪、光纤透射附件、数据采集卡以及自制光源。对50个麒麟瓜SSC进行了预测试验,采用主成分回归和偏最小二乘回归法分别建立了样品的原始光谱、一阶微分光谱、二阶微分光谱和SSC的预测模型,结果表明偏最小二乘回归法建立的模型具有较高的相关性,相关系数为0．951,均方根校正误差0．347,均方根预测误差0．302,样本真实值与预测值的相关系数为0．910。     

南方平原灌区稻田涝水过程模拟

基于高邮灌区典型区域降雨涝水过程监测,根据灌区特点对水箱模型进行改进,构建了适合于平原稻区稻田涝水过程模拟模型,采用自适应遗传算法对模型参数进行了率定,并对模型在水稻灌区的适应性进行评价.结果表明:稻田水箱模型对稻田涝水过程模拟具有较高精度.率定期,降雨径流模拟值与实测值均方根误差RMSE为0.17~0.28 mm/h,相关系数r大于0.95,模型纳什系数NSE为0.79~0.96.验证期,降雨径流模拟值与实测值之间均方根误差RMSE为0.06~0.29 mm/h,相关系数r超过0.88,模型模拟纳什系数NSE为0.73~0.93;对稻田蓄水深的模拟,均方根误差RMSE为15~20 mm,相关系数均大于0.95,纳什系数NSE为0.84~0.90.因此,改进的稻田水箱模型能够反映稻田的水循环过程,可为南方平原水稻灌区防洪除涝减灾对策的制定提供决策支持.     

鲜枣可溶性固形物可见/近红外光谱检测建模方法比较

对采摘于一枣园的180个壶瓶枣样本,随机分成150个样本校正集和30个样本预测集。用FieldSpec3光谱仪采集光谱,并进行多元散射校正(MSC)预处理,之后分别利用连续投影算法(SPA)和逐步回归法(SRA)提取特征波长,并结合光谱理论分析确定,再分别基于偏最小二乘法(PLS)和最小二乘-支持向量机(LS-SVM)建立壶瓶枣可溶性固形物含量预测的简化模型和全波段模型。结果表明,全波段PLS模型预测的相关系数和预测均方根误差分别为0.887 4和1.088 9,预测效果最好;建立的MSC-SPA-PLS模型预测的相关系数和均方根误差分别为0.799 0和1.407 8,建立的MSC-SRA-PLS模型预测的相关系数和均方根误差分别为0.822 4和1.3851,与全波段的MSC-PLS相比,精度均降低;建立的MSC-SPA-LS-SVM模型预测的相关系数和均方根误差分别为0.796 3和1.145 8,与全波段的MSC-LS-SVM相比,精度提高;建立的MSC-SRA-LS-SVM模型预测精度很低,不适用。     

水果糖度近红外光谱在线检测装置

采用短波近红外光谱仪,进行机械传送、光谱采集处理、自动控制等系统的设计和集成,研制水果糖度近红外光谱在线检测装置。在550~850nm范围,采用偏最小二乘法,建立了苹果糖度近红外光谱在线检测数学模型。经比较,标准正交校正和一阶导数处理后的光谱建立的数学模型预测效果最优,模型的相关系数为0.78,模型预测均方根误差为0.67°Brix。实验表明:水果糖度近红外光谱在线检测装置可准确地检测苹果糖度含量。     

便携式蔬菜叶片重金属镉含量无损检测仪设计与试验

针对蔬菜叶片重金属镉检测传统方法存在的检测仪器体积大、检测成本高和具有破坏性等问题,提出一种基于可见光-近红外波段光谱蔬菜叶片重金属镉检测方法,并设计了一款无需预处理、检测速度快、体积小且便于携带的重金属镉检测仪,能够适用于移动式的现场检测.配置4个重金属镉胁迫梯度(0、1、3、5 mg/L)营养液,培育各镉胁迫的生菜...     

玉米农田生态系统蒸散发模型参数优化

[目的]在无法根据实测值得到具体模型参数的地域,对经验参数进行优化以提高区域蒸散发模型的精度.[方法]通过黑河流域生态水文过程综合遥感试验水文气象观测数据集中的大满超级站气象要素梯度观测系统的数据,研究玉米农田生态系统的蒸散发模型优化问题.采用差分进化自适应算法,以潜热通量和感热通量为优化目标,引入能量闭合因子对模型参...     

鲜枣内部综合品质光谱评价指标建立与分析

为实现鲜枣内部综合品质的在线无损快速检测,利用可见/近红外光谱漫反射技术,针对完熟期壶瓶枣的内部品质,包括含水率、可溶性固形物含量、硬度、可溶性蛋白质含量、维生素C含量5项指标,分别采用竞争性自适应重加权算法(CARS)提取特征波长并建立最小二乘-支持向量机(LS-SVM)预测模型,硬度预测模型的相关系数和均方根误差分别为0.945 2和41.684 9,其余品质预测模型的相关系数均在0.923 0及以上、均方根误差均在3.779 2及以下。在此基础上,对5项品质指标进行了相关性分析,表明在0.01或0.05水平上两两指标间存在极显著或显著的相关性,故采用因子分析法构建了内部综合品质评价指标,建立了CARS-LS-SVM预测模型,结果表明该模型的相关系数和均方根误差分别为0.924 1和6.063 5,预测精度较高。研究表明,所建立的CARS-LS-SVM模型可有效实现鲜枣内部综合品质的评价。