一種汽油近紅外光譜的溫度修正方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種汽油近紅外光譜的溫度修正方法，首先將不同溫度下采集的汽油近紅外光譜原始數(shù)據(jù)進(jìn)行常規(guī)預(yù)處理，然后根據(jù)采譜溫度選擇相應(yīng)的轉(zhuǎn)換矩陣，通過轉(zhuǎn)移函數(shù)將不同溫度下采集的近紅外光譜向20℃修正，得到校正光譜。這種方法較好地降低了溫度對(duì)近紅外光譜的影響，為建立準(zhǔn)確的汽油性質(zhì)預(yù)測(cè)模型打下了良好基礎(chǔ)，有助于提高汽油性質(zhì)檢測(cè)精度。
【專利說明】
一種汽油近紅外光譜的溫度修正方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明為一種汽油近紅外光譜的溫度修正方法，具體是將不同溫度下采集的近紅 外光譜通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)移函數(shù)計(jì)算得到20°C時(shí)的校正光譜，主要用于汽油性質(zhì)的建模預(yù)測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在汽油性質(zhì)快速檢測(cè)及成品油調(diào)合過程中，為了快速無(wú)損地獲取汽油的多 種性質(zhì)數(shù)據(jù)，業(yè)界廣泛采用基于近紅外光譜的建模預(yù)測(cè)技術(shù)。
[0003] 由于近紅外光譜是分子的能量光譜，因而溫度因素對(duì)其影響較大。不同溫度下采 集到的近紅外光譜形狀不同，一般溫度越高，吸光度的絕對(duì)偏差越大。在實(shí)際工程應(yīng)用中， 冬季和夏季的環(huán)境溫度差較大，因此汽油近紅外光譜的采集會(huì)受到季節(jié)因素的影響，這種 情況下采集到的光譜數(shù)據(jù)不利于后續(xù)模型的建立與預(yù)測(cè)，影響了汽油性質(zhì)檢測(cè)的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了降低溫度對(duì)近紅外光譜的影響，提高汽油辛烷值的檢測(cè)精度，本發(fā)明提出了 一種汽油近紅外光譜的溫度修正方法。
[0005] 技術(shù)方案:一種汽油近紅外光譜的溫度修正方法，該方法將不同溫度下采集的光 譜通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)移函數(shù)得到20°C時(shí)的校正光譜，具有以下步驟：
[0006] (1)在一定的采譜溫度下獲取待測(cè)汽油樣本的近紅外光譜；
[0007] (2)對(duì)待測(cè)汽油樣本的近紅外光譜進(jìn)行常規(guī)預(yù)處理；
[0008] (3)根據(jù)待測(cè)汽油樣本的采譜溫度選擇相應(yīng)的轉(zhuǎn)換矩陣Fm;
[0009] (4)取步驟(2)處理后的數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)移函數(shù)：
[0010] Y=FmX (1)
[0011] 計(jì)算，得到20°C時(shí)的校正光譜數(shù)據(jù)，其中，X是修正前的光譜數(shù)據(jù)列向量;Y是修正 后的光譜數(shù)據(jù)列向量。
[0012] 優(yōu)選的，步驟(2)所述的常規(guī)預(yù)處理方法采用矢量歸一和基線校正。
[0013]優(yōu)選的，步驟(3)所述的根據(jù)采譜溫度選擇轉(zhuǎn)換矩陣Fm，其中!11=1，2，-_，6，采譜溫 度區(qū)間的分配情況如下：
[0014] ①m=l時(shí)，10°C區(qū)間為[5，12.5)，選擇10°(：向20°(：轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換矩陣卩1;
[0015] ②m = 2時(shí)，15°C區(qū)間為[12.5，17.5)，選擇15°(：向20°(：轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換矩陣?2;
[0016] ③溫度在[17.5，22.5)區(qū)間的樣本不做轉(zhuǎn)化，維持原樣；
[0017] ④m = 3時(shí)，25°C區(qū)間為[22.5，27.5)，選擇25°C向20°C轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換矩陣F3;
[0018] ⑤m = 4時(shí)，30 °C區(qū)間為[27.5，32.5)，選擇30 °C向20 °C轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換矩陣F4;
[0019] ⑥m = 5時(shí)，35°C區(qū)間為[32 · 5，37 · 5)，選擇35°C向20°C轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換矩陣F5;
[0020] ⑦m = 6時(shí)，40 °C區(qū)間為[37.5，42.5)，選擇40 °C向20 °C轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換矩陣F6。
[0021] 優(yōu)選的，轉(zhuǎn)換矩陣：
[0022] Fm=diag(ai，a2,…，ap)(m=l，2,…，6) (2)
[0023]式中，p是建模波段內(nèi)的波長(zhǎng)點(diǎn)數(shù);m，a2，H_，aP是轉(zhuǎn)換系數(shù)。
[0024]優(yōu)選的，轉(zhuǎn)換系數(shù)a!，a2，…，aP的確定方法為：
[0025]首先在待修正光譜的第i(i<p)個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)左右擴(kuò)展一個(gè)窗口（^4+?)，令&表示 待修正光譜從i_k到i+w共k+w+Ι個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)的吸光度矩陣，
[0026] Bt>i = [Ct,i-k,Ct>i-k+i, ···,Ct>i+w-i,Ct>i+w] (3)
[0027] 然后將目標(biāo)光譜的第i個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)吸光度AM與構(gòu)造一個(gè)多元回歸模型：
[0028] At，i = Bt，iai+ei(i = l，2,3，···且i《p) (4)
[0029] 最后運(yùn)用偏最小二乘擬合方法求解上述方程，即可將得到回歸系數(shù)ai。
[0030] 有益效果：
[0031] 本發(fā)明提出了一種汽油近紅外光譜的溫度修正方法，通過轉(zhuǎn)移函數(shù)將不同溫度下 采集的汽油近紅外光譜向20°c進(jìn)行修正，得到校正光譜。該方法較好地降低了溫度對(duì)近紅 外光譜的影響，為建立汽油性質(zhì)預(yù)測(cè)模型打下了良好的基礎(chǔ)，有助于提高汽油性質(zhì)檢測(cè)精 度。
【附圖說明】
[0032]圖1汽油近紅外光譜的溫度修正方法的實(shí)施流程圖。
[0033] 具體實(shí)施過程
[0034]下面結(jié)合附圖和實(shí)施案例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0035]本發(fā)明以某95#成品油為例，介紹汽油近紅外光譜的溫度修正方法。本案例是針對(duì) 汽油研究法辛烷值(R0N)的測(cè)試，選擇的建模譜段為4000~4800(311^，共計(jì)208個(gè)波點(diǎn)數(shù)。此 處選擇34個(gè)不同樣本的近紅外光譜建立轉(zhuǎn)移函數(shù)。
[0036]以34個(gè)樣本20°C溫度下的近紅外光譜作為目標(biāo)光譜，首先建立10°C向20°C轉(zhuǎn)換的 轉(zhuǎn)移函數(shù)Y = hX，我們采用分段直接標(biāo)準(zhǔn)化算法(PDS)算法得到轉(zhuǎn)換矩陣h，取k = 0、w = 0時(shí) 得到一元回歸模型：
[0037] At,i = Ct,iai+ei(t = l，2,3，."，34;i = l，2,3，."，208) (5)
[0038] 應(yīng)用常規(guī)的偏最小二乘(PLS)擬合方法求解方程(5)計(jì)算得到轉(zhuǎn)換系數(shù)ai，繼而得 到10°〇向20°〇轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換矩陣卩1 = (1138(31，32，."，32()8)，其中31=1.682,32 = 1.757，&3 = 1.959,…，a2〇8 = _2.114〇
[0039] 繼續(xù)按照上述方法依次建立其他溫度下的轉(zhuǎn)移函數(shù)。
[0040] 為驗(yàn)證該溫度修正方法的有效性，進(jìn)行光譜轉(zhuǎn)移測(cè)試。
[0041 ] 表1為該34個(gè)樣本在溫度10、15、30及40 °C下的光譜轉(zhuǎn)移前后分別與20 °C時(shí)光譜的 歐式距離。
[0042]表1參與建立轉(zhuǎn)移函數(shù)的34個(gè)樣本轉(zhuǎn)移前后的光譜距離
[0043]
[0045]由表1可知，上述34個(gè)樣本經(jīng)過轉(zhuǎn)移后，光譜距離都大幅度減小，特別是對(duì)于10、 15、30 °C校正后的樣本，有80%多的樣本與原20 °C時(shí)的譜圖相比光譜距離都在0.08以下，在 實(shí)際工程中基本就可以認(rèn)為是同一樣本。
[0046]為了進(jìn)一步驗(yàn)證該溫度修正方法的有效性，對(duì)以上34個(gè)樣本不同溫度下的光譜轉(zhuǎn) 移前后分別進(jìn)行R0N預(yù)測(cè)，得到10~40°C之間最大模型預(yù)測(cè)偏差，如表2所示。
[0047]表2參與建立轉(zhuǎn)移函數(shù)的34個(gè)樣本轉(zhuǎn)移前后10~40°C之間最大模型預(yù)測(cè)偏差
[0050]由表2可見，在轉(zhuǎn)移前10~40 °C的樣本預(yù)測(cè)值的最大偏差為0.5~0.6左右，而轉(zhuǎn)移 之后，約95%的樣本預(yù)測(cè)值在0.15以內(nèi)。這說明了利用轉(zhuǎn)移函數(shù)將不同溫度下的近紅外光 譜修正到20°C下，較好地降低了溫度對(duì)光譜的影響，進(jìn)而提高了汽油R0N預(yù)測(cè)的精度。
[0051]為了測(cè)試轉(zhuǎn)移函數(shù)的適用性，現(xiàn)使用15個(gè)未參與建立轉(zhuǎn)移函數(shù)的汽油樣本進(jìn)行光 譜距離及R0N模型預(yù)測(cè)差值計(jì)算，測(cè)試結(jié)果分別如表3和表4所示。
[0052]表3測(cè)試樣本轉(zhuǎn)移前后的光譜距離
[0053]
[0054] 在表3中，15個(gè)測(cè)試樣本轉(zhuǎn)移之后光譜距離均大幅度減小，除40°C時(shí)的光譜距離稍 大外，其余溫度下的光譜距離均與20 °C時(shí)的光譜距離十分相近。觀察表4發(fā)現(xiàn)，15個(gè)測(cè)試樣 本在轉(zhuǎn)移前預(yù)測(cè)偏差約在〇. 3~0.6之間，而轉(zhuǎn)移后預(yù)測(cè)偏差均在0.15以內(nèi)，這表明轉(zhuǎn)移函 數(shù)在溫度修正方法起到良好作用，其修正效果明顯。
[0055] 表4測(cè)試樣本轉(zhuǎn)移前后的10~40°C之間模型預(yù)測(cè)最大偏差
[0058]可見，采用本發(fā)明提出的方法，能降低溫度對(duì)汽油近紅外光譜的影響，為建立汽油 性質(zhì)預(yù)測(cè)模型打下良好基礎(chǔ)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種汽油近紅外光譜的溫度修正方法，其特征在于該方法將不同溫度下采集的光譜 通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)移函數(shù)得到20°C時(shí)的校正光譜，具有以下步驟： (1) 在一定的采譜溫度下獲取待測(cè)汽油樣本的近紅外光譜； (2) 對(duì)待測(cè)汽油樣本的近紅外光譜進(jìn)行常規(guī)預(yù)處理； (3) 根據(jù)待測(cè)汽油樣本的采譜溫度選擇相應(yīng)的轉(zhuǎn)換矩陣Fm; (4) 取步驟(2)處理后的數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)移函數(shù)： Y = FmX (1) 計(jì)算，得到20°C時(shí)的校正光譜數(shù)據(jù)，其中，X是修正前的光譜數(shù)據(jù)列向量;Y是修正后的 光譜數(shù)據(jù)列向量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(2)所述的常規(guī)預(yù)處理方法采用矢量歸 一和基線校正。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽油近紅外光譜的溫度修正方法，其特征在于步驟(3)所 述的根據(jù)采譜溫度選擇轉(zhuǎn)換矩陣Fm，其中m= 1，2，…，6，采譜溫度區(qū)間的分配情況如下： ① m= 1時(shí)，10°C區(qū)間為[5，12.5)，選擇10°C向20°C轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換矩陣Fi; ② m=2時(shí)，15°C區(qū)間為[12.5，17.5)，選擇15°C向20°C轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換矩陣F2; ③ 溫度在[17.5，22.5)區(qū)間的樣本不做轉(zhuǎn)化，維持原樣； ④ m=3時(shí)，25°C區(qū)間為[22.5，27.5)，選擇25°C向20°C轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換矩陣F3; ⑤ m=4時(shí)，30°C區(qū)間為[27.5，32.5)，選擇30°C向20°C轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換矩陣F4; ⑥ m=5時(shí)，35°C區(qū)間為[32.5，37.5)，選擇35°C向20°C轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換矩陣F5; ⑦ m=6時(shí)，40°C區(qū)間為[37.5，42.5)，選擇40°C向20°C轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換矩陣F6。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種汽油近紅外光譜的溫度修正方法，其特征在于 Fm=diag(ai，a2,…，aP) (m= 1，2，···，6) (2) 式中，是修正前的光譜數(shù)據(jù)列向量;是修正后的光譜數(shù)據(jù)列向量;是Ρ是建模波段內(nèi)的 波長(zhǎng)點(diǎn)數(shù);ai，a2，···，aP是轉(zhuǎn)換系數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種汽油近紅外光譜的溫度修正方法，其特征在于轉(zhuǎn)換系數(shù) ai，a2，···，aP的確定方法為： 首先在待修正光譜的第i(i < P)個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)左右擴(kuò)展一個(gè)窗口（i-k，i+w)，令Bi表示待修 正光譜從i-k到i+w共k+w+Ι個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)的吸光度矩陣， Bt, i - [ Ct，i-k，Ct，i-k+1，· · ·，Ct，i+w-1，Ct，i+w] ( 3 ) 然后將目標(biāo)光譜的第i個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)吸光度At,1與隊(duì)1構(gòu)造一個(gè)多元回歸模型： At，i = Bt,iai+ei(i = l，2,3，···且i《p) (4) 最后運(yùn)用偏最小二乘擬合方法求解上述方程，即可將得到回歸系數(shù)m。
【文檔編號(hào)】G01N21/359GK105866062SQ201610204753
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月1日
【發(fā)明人】陳夕松, 姜?jiǎng)倌? 杜瞇, 費(fèi)樹岷, 胡云云, 宋玲政
【申請(qǐng)人】南京富島信息工程有限公司