一種基于紅外光譜的白酒鑒定及溯源方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于紅外光譜的白酒鑒定及溯源方法。該方法的具體步驟為：利用紅外光譜儀采集真酒樣本和公安機(jī)關(guān)查獲的假酒樣本的紅外光譜，分別建立真酒紅外光譜庫和假酒紅外光譜庫；利用最小二乘支持向量機(jī)分別對前述建立的真酒紅外光譜庫建立分層次的真酒分類鑒定模型，對前述建立的假酒紅外光譜庫建立假酒窩點(diǎn)溯源模型；采集待測白酒的紅外光譜，利用前述建立的真酒分類鑒定模型和假酒窩點(diǎn)溯源模型對待測白酒的紅外光譜進(jìn)行分類鑒別，通過對結(jié)果進(jìn)行綜合分析，實(shí)現(xiàn)待測白酒的真?zhèn)舞b定及溯源。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：鑒定速度快，鑒定真?zhèn)螠?zhǔn)確性高；將真酒庫與假酒庫建立的分類鑒別模型結(jié)合起來，分析結(jié)果更細(xì)致。
【專利說明】一種基于紅外光譜的白酒鑒定及溯源方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及白酒鑒定領(lǐng)域，具體地說是一種利用紅外光譜對白酒進(jìn)行真?zhèn)舞b定及溯源的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]白酒是我國獨(dú)有的傳統(tǒng)產(chǎn)品，品種繁多，歷史悠久。近些年來，白酒的產(chǎn)量尤其是名優(yōu)白酒的產(chǎn)量越來越大。在利益的驅(qū)使下，一些不法分子將口感相近、但價格相對較低的中低檔酒冒充高檔酒，灌入高檔酒的包裝中，有的甚至將自己釀的劣質(zhì)酒灌入高檔酒的包裝中來牟取暴利。如何對白酒的真?zhèn)芜M(jìn)行鑒定，對假酒的造假手段進(jìn)行確認(rèn)以及對造假窩點(diǎn)的溯源是公安機(jī)關(guān)打擊制造販賣假酒的不法行為的重要步驟之一。
[0003]目前對白酒進(jìn)行綜合分析的方法主要有兩類:一是色譜分析法；二是光譜法。
[0004]色譜分析法能檢測出白酒中的主要成分以及含量百分比，通過這些化學(xué)成分及其含量百分比來分析白酒的品質(zhì)。這種方法存在著如下缺點(diǎn):1、白酒中存在大量的水，水的存在會損壞儀器，測試前需要對樣本做復(fù)雜的預(yù)處理。2、白酒中的化學(xué)成分非常復(fù)雜，通常水和乙醇占98%，剩余2%的物質(zhì)決定了白酒的品質(zhì)；決定白酒品質(zhì)的關(guān)鍵物質(zhì)含量非常少，測試時由于誤差的原因，根本無法測定決定白酒品質(zhì)的所有物質(zhì)含量。3、利用色譜測量白酒中物質(zhì)的含量，是利用物質(zhì)的歸一化面積大小，作為物質(zhì)的含量，這種計算方法本身就有很大的誤差，無法進(jìn)行后續(xù)分析。4、測試時間長，通常測試一個樣本要40分鐘左右，因此不利于生產(chǎn)在線檢測。
[0005]光譜法具有快速、整體和無損鑒定復(fù)雜混合物體系等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于白酒檢測。光譜法中的紅外光譜特征性強(qiáng)、提供的信息量大、不受樣品物態(tài)的限制等優(yōu)點(diǎn)在有機(jī)化學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用。目前利用紅外光譜對白酒進(jìn)行分析的方法主要有兩類方法:一種是直接采集白酒的紅外光譜進(jìn)行分析。還有一種方法是通過物理分離方法去除白酒中的水和乙醇，然后再對剩余的殘留物質(zhì)進(jìn)行紅外光譜的采集和分析，這種方法可以有效地消除水和乙醇的影響，提高紅外光譜對白酒中微量成分的分析精度，但缺點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)條件苛刻，耗時長，復(fù)雜的分離操作也容易引起誤差，并且也損失了白酒中的乙醇濃度信息。而不管是哪種模式，現(xiàn)有分析方法都只局限于白酒的某一特性(如白酒的香型、白酒某一成分濃度等)上，本發(fā)明創(chuàng)新地將白酒的多種屬性有層次地結(jié)合起來分析，實(shí)現(xiàn)了對白酒的真假鑒定和溯源。
[0006]支持向量機(jī)(Support Vector Machine, SVM)分類的基本思想是尋找兩類樣本的最優(yōu)分類面:對于樣本線性可分的情況，其目的是找到一個超平面將兩類線性可分的樣本完全分開，且使分類超平面具有更好的推廣能力，所謂最優(yōu)分類面就是不但能正確劃分兩類樣本，而且使每一類數(shù)據(jù)與超平面距離最近的點(diǎn)與超平面之間的距離最大，即分類間隔最大；對于非線性分類問題，則首先采用非線性映射將原空間映射到高維空間，然后在高維空間中對樣本進(jìn)行線性分類，再映射回原空間就達(dá)到了對非線性可分樣本分類的效果。
[0007]最小二乘支持向量機(jī)(LeastSquares Support Vector Machine,LS-SVM),是基于傳統(tǒng)SVM的一種改進(jìn)算法，它使用最小二乘線性系統(tǒng)代替原來的二次規(guī)劃系統(tǒng)作為損失函數(shù)，將原支持向量機(jī)中算法的二次尋優(yōu)變?yōu)榍蠼饩€性方程，與傳統(tǒng)SVM相比，LS-SVM求解速度快，占用內(nèi)存小，在許多領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是:提供一種檢測速度快、結(jié)果可靠的基于紅外光譜的白酒鑒定及溯源方法，為公安機(jī)關(guān)打擊假冒偽劣提供線索。本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0009]一種基于紅外光譜的白酒鑒定及溯源方法，具體包括如下步驟:(1)利用紅外光譜儀采集真酒樣本和公安機(jī)關(guān)查獲的假酒樣本的紅外光譜，分別建立真酒紅外光譜庫和假酒紅外光譜庫；(2)利用最小二乘支持向量機(jī)分別對前述建立的真酒紅外光譜庫建立分層次的真酒分類鑒定模型，對前述建立的假酒紅外光譜庫建立假酒窩點(diǎn)溯源模型；(3)利用紅外光譜儀采集待測白酒的紅外光譜，利用前述建立的真酒分類鑒定模型和假酒窩點(diǎn)溯源模型對待測白酒的紅外光譜進(jìn)行分類鑒別，通過對結(jié)果進(jìn)行綜合分析，實(shí)現(xiàn)待測白酒的真?zhèn)舞b定及溯源。
[0010]優(yōu)選地，所述利用紅外光譜儀采集白酒的紅外光譜的過程為:(I)測試無樣本時的紅外光譜:用重蒸餾水沖洗附件實(shí)驗(yàn)板上的鍺化鋅晶體，并用99.7%乙醇擦拭干凈，實(shí)驗(yàn)板置于800瓦烘干燈下，徹底干燥并冷卻后，將試驗(yàn)板放置到紅外光譜儀測試室，點(diǎn)擊測試軟件的“collect sample”按鈕，檢測無樣本時的紅外光譜；(2)測試樣本紅外光譜:吸取少量樣本，均勻涂抹在鍺化鋅晶體上，將試驗(yàn)板放置在紅外光譜儀的指定位置，點(diǎn)擊測試軟件的“collect sample”按鈕，進(jìn)行檢測，儀器自帶的軟件會將第一步測到的背景噪聲自動減去。
[0011]優(yōu)選地，所述步驟2中建立真酒分類鑒定模型的過程中，按照酒精度、香型、品牌信息建立分層次的真酒分類鑒定模型。
[0012]優(yōu)選地，所述步驟3中對待測白酒的紅外光譜進(jìn)行分類鑒別的具體過程如下:(1)利用紅外光譜儀對待測白酒采集K次，得到K條紅外光譜，其中K > 10 ; (2)將前述采集到的K條光譜分別帶入建立的真酒分類鑒定模型中，得到每條光譜的鑒定結(jié)果，所得到的鑒定結(jié)果為兩種情況:a，鑒定結(jié)果為真酒庫中的某種白酒；b，鑒定結(jié)果為未知類型；(3)對所有光譜的鑒定結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計，將結(jié)果類型占總體數(shù)目75%以上的結(jié)果，作為待測白酒的鑒定結(jié)果；(4)當(dāng)待測白酒的鑒定結(jié)果為未知類型時，再將前述采集到的K條光譜分別帶入建立的假酒窩點(diǎn)溯源模型中，得到每條光譜的溯源結(jié)果；對所有光譜的溯源結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析后，獲知該待測白酒是否為假酒庫中的某種造假白酒。
[0013]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，有益效果如下:
[0014]1、鑒定速度快；
[0015]2、鑒定時對同一樣本采集多個光譜O 10)進(jìn)行綜合分析，提高了鑒定結(jié)果的魯棒性；
[0016]3、鑒定真?zhèn)螠?zhǔn)確性高；
[0017]4、能有效檢測多種造假手段制造的假酒，進(jìn)行溯源，使假酒案件并案處理，節(jié)省監(jiān)管、辦案部門的人力物力?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中通過紅外光譜對待測白酒進(jìn)行鑒定及溯源的方法流程示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中真酒分類鑒定模型的分層次結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中為待測白酒分析鑒定的流程示意圖；
[0021]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中待測白酒采用真酒分類鑒定模型進(jìn)行鑒定的結(jié)果示意圖；
[0022]圖5為本發(fā)明實(shí)施例中待測白酒采用假酒窩點(diǎn)溯源模型進(jìn)行鑒定的結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明的核心思想是:利用紅外光譜儀采集市售真酒樣本和公安機(jī)關(guān)查獲的假酒樣本的紅外光譜，建立真酒紅外光譜庫(簡稱真酒庫)和假酒紅外光譜庫(簡稱假酒庫);利用最小二乘支持向量機(jī)對真酒庫中的白酒光譜按酒精度、香型和品牌信息建立分層次的真酒分類鑒定模型，對假酒庫中的白酒光譜按造假窩點(diǎn)信息建立假酒窩點(diǎn)溯源模型。對于待測白酒，首先利用紅外光譜儀多次采集該酒的紅外光譜(大于等于10次)，得到多條待測光譜；然后利用建立好的真酒分類鑒定模型及假酒窩點(diǎn)溯源模型對這多條光譜進(jìn)行鑒定，最后綜合分析這些光譜的鑒定結(jié)果得到綜合分析結(jié)果。通過綜合分析結(jié)果鑒定樣本是否是假酒。若是假酒，又是何種類型的假酒，來自哪個造假窩點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)假酒窩點(diǎn)的溯源和假酒案件的串并案，為公安等監(jiān)管部門提供線索。參見圖1，該圖為本發(fā)明中對白酒進(jìn)行鑒定及溯源的方法流程示意圖。
[0024]本發(fā)明對白酒進(jìn)行鑒定及溯源的方法詳細(xì)過程如下:
[0025]第一部分，光譜數(shù)據(jù)的采集和真假酒庫的建立
[0026](I)光譜數(shù)據(jù)的采集:
[0027]選用儀器:美國尼高力儀器公司Nexus670,附件Nexus smart APK。參數(shù)設(shè)置:波數(shù):4000-650cm ;分辨率:8cm_l ;重復(fù)掃描次數(shù)16次。
[0028]采集紅外光譜的具體過程為:測試分為兩步，第一步需要測試無樣本時的光譜數(shù)據(jù)，這是背景噪聲。需要從樣本數(shù)據(jù)中減去。第二步放置樣本進(jìn)行測量。測試無樣本時的紅外光譜:用重蒸餾水沖洗附件實(shí)驗(yàn)板上的鍺化鋅晶體，并用99.7%乙醇，擦拭干凈，實(shí)驗(yàn)板置于800瓦烘干燈下。徹底干燥并冷卻后，將試驗(yàn)板放置到紅外光譜儀測試室，點(diǎn)擊測試軟件的“collect sample”按鈕，檢測無樣本時的紅外光譜。測試樣本紅外光譜:用一次性吸管吸取少量樣本，均勻涂抹在鍺化鋅晶體上，將試驗(yàn)板放置在紅外光譜儀的指定位置，點(diǎn)擊測試軟件的“collect sample”按鈕，進(jìn)行檢測。儀器自帶的軟件會將第一步測到的背景噪聲自動減去。一個樣本檢測完之后，保存數(shù)據(jù)。將試驗(yàn)板從儀器中取出，重復(fù)蒸餾水沖洗-無水乙醇擦拭-烘干-涂抹樣本-測試這幾個步驟。在不更改實(shí)驗(yàn)參數(shù)的條件下，背景噪聲的測量只需要在試驗(yàn)開始時檢測一次即可。
[0029](2)真假酒庫的建立:利用(I)中的光譜采集方法分別采集真酒和假酒的紅外光譜，建立真酒紅外光譜庫和假酒紅外光譜庫，要求每種類型的真酒或假酒至少采集30條光
-1'TfeP曰。
[0030]第二部分，真酒分類鑒定模型和假酒窩點(diǎn)溯源模型的建立
[0031](I)真酒分類鑒定模型的建立:本發(fā)明提出一種層次化的真酒分類鑒定模型，首先對真酒庫中的白酒按酒精度建立分類模型，然后對每種酒精度按香型進(jìn)行分類，接著對同一酒精度和香型中的白酒按品牌分類，最后再分別對同一品牌內(nèi)進(jìn)行分類。參見圖2，該圖為真酒分類鑒定模型的分層次結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]對每一層最小二乘支持向量機(jī)分類模型建立的具體做法為:以酒精度分類模型為例，假設(shè)真酒庫中共有η條白酒紅外光譜，有m種不同的酒精度類型，則這η條光譜的酒精度標(biāo)簽可以表示為向量Fni=[fn…fni]，i = l，...，!!!；那么可以通過求解以下優(yōu)化模型獲得
分類器:
[0033]
【權(quán)利要求】
1.一種基于紅外光譜的白酒鑒定及溯源方法，其特征在于該方法包括如下步驟: (1)利用紅外光譜儀采集真酒樣本和公安機(jī)關(guān)查獲的假酒樣本的紅外光譜，分別建立真酒紅外光譜庫和假酒紅外光譜庫； (2)利用最小二乘支持向量機(jī)分別對前述建立的真酒紅外光譜庫建立分層次的真酒分類鑒定模型，對前述建立的假酒紅外光譜庫建立假酒窩點(diǎn)溯源模型； (3)利用紅外光譜儀采集待測白酒的紅外光譜，利用前述建立的真酒分類鑒定模型和假酒窩點(diǎn)溯源模型對待測白酒的紅外光譜進(jìn)行分類鑒別，通過對結(jié)果進(jìn)行綜合分析，實(shí)現(xiàn)待測白酒的真?zhèn)舞b定及溯源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外光譜的白酒鑒定及溯源方法，其特征在于:所述利用紅外光譜儀采集白酒紅外光譜的過程為: (1)測試無樣本時的紅外光譜:用重蒸餾水沖洗附件實(shí)驗(yàn)板上的鍺化鋅晶體，并用99.7%乙醇擦拭干凈，實(shí)驗(yàn)板置于800瓦烘干燈下，徹底干燥并冷卻后，將試驗(yàn)板放置到紅外光譜儀測試室，點(diǎn)擊測試儀的“collect sample”按鈕，檢測無樣本時的紅外光譜； (2)測試樣本紅外光譜:吸取少量樣本，均勻涂抹在鍺化鋅晶體上，將試驗(yàn)板放置在紅外光譜儀的指定位置，點(diǎn)擊測試儀的“collectsample”按鈕，進(jìn)行檢測，儀器自帶的軟件會將第一步測到的背景噪聲自動減去。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外光譜的白酒鑒定及溯源方法，其特征在于:所述步驟2中建立真酒分類鑒定模型的過程中，按照酒精度、香型、品牌信息建立分層次的真酒分類鑒定模型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于紅外光譜的白酒鑒定及溯源方法，其特征在于:按照酒精度建立真酒分類鑒定模型 時，通過求解以下優(yōu)化模型獲得酒精度分類器:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外光譜的白酒鑒定及溯源方法，其特征在于:所述步驟3中對待測白酒的紅外光譜進(jìn)行分類鑒別的具體過程如下: (1)利用紅外光譜儀對待測白酒采集K次，得到K條紅外光譜，其中K> 10 ; (2)將前述采集到的K條光譜分別帶入建立的真酒分類鑒定模型中，得到每條光譜的鑒定結(jié)果，所得到的鑒定結(jié)果為兩種情況:a，鑒定結(jié)果為真酒庫中的某種白酒；b，鑒定結(jié)果為未知類型； (3)對所有光譜的鑒定結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計，將結(jié)果類型占總體數(shù)目75%以上的結(jié)果，作為待測白酒的鑒定結(jié)果； (4)當(dāng)待測白酒的鑒定結(jié)果為未知類型時，再將前述采集到的K條光譜分別帶入建立的假酒窩點(diǎn)溯源模型中，得到每條光譜的溯源結(jié)果；對所有光譜的溯源結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析后，獲知該待測白酒是否為假`酒庫中的某種造假白酒。
【文檔編號】G01N21/3577GK103822897SQ201410082742
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月7日
【發(fā)明者】王同暉, 尤新革, 徐端全, 牟懌, 周龍, 曾武 申請人:華中科技大學(xué)