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原文传递一种基于光谱数据标准化进行水质参数的测定方法

专利名称：	一种基于光谱数据标准化进行水质参数的测定方法
摘要：	本发明提供了一种基于光谱数据标准化进行水质参数的测定方法，该方法首先利用EWMA对样本水质光谱数据进行滤波，并对数据进行降维提取主成分；再利用直接标准化算法对源机与目标机两组数据进行矩阵变换，然后进行Z‑score标准化与归一化数据处理，最后经过拟合回归光谱数据从而得到待测水样的水质参数值。本发明由于先将光谱数据进行标准化，解决不同水质多参数检测光谱探测存在单元分辨率、精度、响应范围不统一，难以进行不同仪器间测试数据的比对及多参数数据拟合等问题，从而使得不同仪器扫描的光谱经过转移后可以用一个通用模型分析，因此本方法在光谱标准化中具有良好的重复性和通用性，提高了模型传递的利用率，提高水质检测精度和系统的稳定性。
专利类型：	发明专利
申请人：	重庆理工大学
发明人：	汤斌;代理勇;钟年丙;罗彬彬;蒋上海;吴德操;周思寒;赵明富;李奉笑;汪仁杰;胡新宇;肖渝;肖棋森;戴若辰
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T14:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
申请号：	CN202010037852.3
公开号：	CN111198165A
代理机构：	重庆博凯知识产权代理有限公司
代理人：	李媛
分类号：	G01N21/31;G;G01;G01N;G01N21;G01N21/31
申请人地址：	400054 重庆市巴南区李家沱红光大道69号
主权项：	1.一种基于光谱数据标准化进行水质参数的测定方法，其特征在于，包括以下步骤： S1：获取若干具有不同水样参数的样本； S2：使用多源光谱仪对步骤S1所述的样本进行紫外-可见光谱采集并去噪，再将去噪后的检测光谱进行加权平均移动滤波处理后，即得到预处理后的检测光谱数据； S3：将步骤S2得到的预处理后的检测光谱采用主成分分析进行特征提取，对输入的水质检测光谱数据进行降维，从而输出含k个特征维度的光谱矩阵A′n×m； S4：任意选取一种标准的多源光谱仪作为源机，并将所述源机按照步骤S2-S3测定样本，得到源机测得的光谱数据矩阵；选取待标准的多源光谱仪作为目标机，并将所述目标机按照步骤S2-S3测定同一样本，得到目标机测得的光谱数据矩阵，然后由源机测得的光谱数据矩阵和目标机测得的光谱数据矩阵确定转移矩阵； S5：将待测水样使用目标机对水质参数进行检测得到待测光谱仪的光谱数据，然后将上述光谱数据代入标准化模型中，计算得到待测水样的标准化光谱数据；所述标准化模型采用如下公式： Astd＝AunknownF 式中，Aunknown标准化光谱，Astd表示待测光谱仪的光谱，F表示转移矩阵； S6：将步骤S5获得的标准化光谱数据进行归一化数据处理，并进行拟合回归，然后根据回归后的水质光谱模型得到待测水样的水质参数值。 2.根据权利要求1所述基于光谱数据标准化进行水质参数的测定方法，其特征在于，所述水样参数为COD、浊度、氨氮、TDS或TOC。 3.根据权利要求1所述基于光谱数据标准化进行水质参数的测定方法，其特征在于，所述源机和目标机独立选自为DH2000光源及滨松C10082CAH光谱仪、美国海洋光学Maya2000Pro光谱仪或厦门奥谱天成ATP2000光谱仪。 4.根据权利要求1所述基于光谱数据标准化进行水质参数的测定方法，其特征在于，所述加权平均移动滤波处理利用如下公式计算： EWMA(N)＝λY(N)+(1-λ)EWMA(N-1),i＝1,2,…,n；式中，EWMA(N)表示波段点N处的光谱数据估计值，Y(N)表示波段点N处的光谱数据的测量值，λ为权重因子，0<λ<1，且随着波段点N的增加而指数递减，n表示所测量的波段值的个数的总和。 5.根据权利要求1所述基于光谱数据标准化进行水质参数的测定方法，其特征在于，所述转移矩阵采用以下公式计算： Am＝AtF 式中，Am表示源机测得的光谱数据矩阵，At表示目标机测得的光谱数据矩阵，为At的广义逆矩阵，为n×n矩阵，n为光谱波长测量范围的点数，F表示转移矩阵。 6.根据权利要求1所述基于光谱数据标准化进行水质参数的测定方法，其特征在于，所述归一化数据处理采用以下步骤：采用Z-score标准化，将每个特征的数值平均变为0，标准值变为1，将超出取值范围的吸光度值回归于正常值A：式中，μ为所有吸光度数据的均值，σ为所有吸光度数据的标准差；然后将Z-score标准化的数据再进行归一化数据处理，使吸光度值映射到[0-1]之间：式中，为吸光度的最大值，为吸光度的最小值。
所属类别：	发明专利