收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于CARS-SPA-PLS优化模型的马铃薯干物质、淀粉可见近红外透射光谱检测

韩亚芬  赵庆亮  吕程序  杨炳南  曹有福  苑严伟  
【摘要】:中国是全球最大的马铃薯生产国和消费国,但马铃薯加工比例严重不足,马铃薯经济价值尚未充分发掘。干物质、淀粉含量是评价加工用薯的重要指标,与原料薯和加工薯制品的质地特性相关。干物质、淀粉含量传统检测方法需要进行破坏性检测,无法满足马铃薯在线分级要求。开发马铃薯干物质、淀粉含量快速无损检测技术对提高马铃薯检测分级效率、促进马铃薯产品增值和推动马铃薯检测行业技术进步等方面具有重要意义。基于自主研发的马铃薯内部品质光谱检测装置进行光谱数据采集,该装置由2个50 W卤素光源、石英光纤、复享PG2000L光谱仪三部分组成,光谱采集方式为漫透射方式,光源入射方向与出射方向呈120°,波段范围368~1 039 nm。分别采集74条马铃薯光谱数据(包含37个品种,每个品种采集2条)用于干物质、淀粉偏最小二乘模型(PLS)建立。采用随机法按3∶1将样本集划分为校正集和预测集,以决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)、预测偏差(RPD)作为模型评价指标。试验分别优选了Savitzky-Golay卷积平滑法和多元散射校正法作为干物质和淀粉光谱预处理方法,马铃薯干物质含量预测模型预测集的R2p、 RMSEp和RPD分别为0.879 5、1.520 6%和2.283 9%,淀粉含量预测模型预测集的R2p、 RMSEp和RPD分别为0.730 0、1.386 4%和1.924 2%。比较了无信息变量消除法(UVE)、竞争性自适应重加权算法(CARS)、连续投影算法(SPA)3种单一变量优选方法,经UVE、 CARS、 SPA处理后干物质模型变量数分别减少了65%、 95%、 97%,淀粉模型变量数分别减少了72%、 98%、 97%,说明CARS和SPA对模型的简化能力优于UVE;干物质模型RMSEp分别降低至1.431 9%、 1.091 9%、1.513 8%,R2p分别提高至0.888 9、 0.920 1、 0.876 9, RPD分别提高至2.656 1%、3.437 0%、 2.543 8%。淀粉模型RMSEp分别降低至1.434 2%、 1.224 9%、 1.257 4%,R2p分别提高至0.735 8、 0.769 5、 0.737 3, RPD分别提高到1.944 9%、 1.974 1%、1.927 4%。说明CARS优化后模型准确度高于UVE和SPA。CARS算法用于优选出PLS模型中回归系数绝对值大的关键变量,经CARS处理后干物质和淀粉PLS模型的准确度和预测能力均达到最高,但优化后变量数仍然相对较多;SPA算法用于最大限度减少冗余信息,对模型的简化效果最好,但单一采用SPA算法对模型准确性的提升效果有限; UVE算法用于去除无关变量,降低光谱噪声,避免过拟合,缺点是筛选得到的变量数量仍然很大,并且单一使用UVE算法对模型准确性的提升效果有限。结合3种单一变量优选方法的特点,构建了CARS-SPA、 CARS-UVE、 UVE-SPA联合变量筛选模型。结果表明CARS-SPA法效果最优,与原变量模型相比,干物质含量的预测模型变量数减少了97.9%, RMSEp由1.520 6%降低至1.041 8%,R2p、 RPD分别由0.879 5和2.283 9%提高至0.932 6和3.641 7%。淀粉含量的预测模型变量数减少了98.7%, RMSEp由1.386 4%降低至1.215 6%,R2p、 RPD分别由0.730 0和1.924 2%提高至0.769 9和1.989 5%。利用未参与建模的20个马铃薯样品验证了马铃薯内部品质检测装置的模型准确性和稳定性,干物质含量预测模型的R2p为0.898 9, RMSEp为1.004 1%,预测值与测定值的平均相对误差为3.62%;淀粉含量预测模型的R2p为0.789 8, RMSEp为1.266 0%,预测值与测定值的平均相对误差为7.00%。因此,本文利用CARS-SPA联合变量筛选方法,首先通过CARS算法得到对模型贡献率最高的关键变量,然后利用SPA算法去除冗余,进一步简化模型,提高模型预测能力的效果。经过外部验证试验表明模型稳定可靠,准确率较高。

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 郑云桓;黄凤珍;丁奕然;;逆向教学主线在生物学模型教学的应用——以“DNA分子的结构”为例[J];中学生物学;2017年08期
2 游翕;张林;姚俊鹏;周思远;王路;李瑛;;食源性肥胖动物模型评价的研究进展[J];中华中医药杂志;2021年04期
3 谢如锋;杨洁;任亚娜;范华骅;钱开诚;;应用小鼠模型评价人血小板体内活力的实验研究[J];中国输血杂志;2010年S1期
4 王海彬,石印玉,沈培芝,张戈;早期股骨头缺血性坏死的模型评价[J];中国中医骨伤科;1998年03期
5 陈云卿;根据需求回归模型评价福利状况变化的一些结果[J];管理科学文摘;1994年07期
6 克劳斯·齐勒;史戴芬·韦恩克;约亨·维尔纳;吕霁月;撒兰应;;德国的经典普通教学论模型——有效的抑或不切实际的?[J];全球教育展望;2018年07期
7 周锐;蒋觉义;乔丽;;综合传动装置一体化模型评价与验证研究[J];计算机测量与控制;2020年04期
8 徐涵;刘小平;;作者主题模型及其改进的方法与应用研究综述[J];图书情报工作;2019年07期
9 姚云;郑世清;沈志良;;利用人工神经网络模型评价胶州湾水域富营养化水平[J];海洋环境科学;2008年01期
10 赵勇胜;水文地质数值模型应用中存在的问题及模型评价方法的探讨[J];吉林水利;1996年11期
11 王川,黄铮,樊民星,李树森;天然气资源成藏模型评价系统的建立[J];石油与天然气地质;1996年02期
12 沈凤仙;;关于云计算安全的架构、机制与模型评价[J];信息系统工程;2019年01期
13 柳伟;王怀民;唐扬斌;卢刚;;基于序关系的信誉模型评价方法[J];小型微型计算机系统;2011年12期
14 彭丹虹;王燕萍;刘晓琪;李先涛;;中医病证结合动物模型评价体系的现状分析[J];中华中医药学刊;2017年08期
15 熊云霞;王丽;易宏波;温晓鹿;邱月琴;田志梅;蒋宗勇;;热应激模型评价及其降低猪采食的机制研究进展[J];中国畜牧杂志;2018年12期
16 张岩,刘英,孙玉珍,陈美琳;应用尿素动力模型评价CAPD患者透析的充分性[J];中国急救医学;2000年08期
17 杨研;邵学军;周刚;秦翠翠;;地表水环境质量模型评价体系的建立及应用[J];清华大学学报(自然科学版);2015年02期
18 李娟;薛永端;徐丙垠;高厚磊;孙波;;基于层次分析的电力系统暂态模型评价方法[J];电网技术;2013年08期
19 魏盛;孙鹏;张惠云;;证候动物模型质量考核的思路与方法[J];中华中医药杂志;2012年10期
20 史雅翼;线性结构方程模型评价指标的应用[J];中国医院统计;2001年04期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 韩亚芬;赵庆亮;吕程序;杨炳南;曹有福;苑严伟;;基于CARS-SPA-PLS优化模型的马铃薯干物质、淀粉可见近红外透射光谱检测[A];马铃薯产业与绿色发展(2021)[C];2021年
2 杜一平;张若秋;;多元校正模型有关误差问题的讨论[A];2019中国化学会第十五届全国计算(机)化学学术会议论文集[C];2019年
3 谢如锋;杨洁;任亚娜;范华骅;钱开诚;;应用小鼠模型评价人血小板体内活力的实验研究[A];中国输血协会第五届输血大会论文专集(摘要篇)[C];2010年
4 郭胜亚;徐懿乔;张勇;刘洪翠;李春启;;应用斑马鱼模型评价中药毒性[A];浙江省毒理学会第二届学术年会论文集[C];2015年
5 吕玉凤;陈玉宙;段明慧;赵民富;张东旭;;再淹没传热试验数据分析及模型评价[A];中国核科学技术进展报告(第五卷)——中国核学会2017年学术年会论文集第10册(核测试与分析分卷、核安全分卷)[C];2017年
6 王雪;韩利文;彭维兵;张云;何秋霞;孙晨;刘可春;;肌酐检测在以斑马鱼为模型评价化合物肾脏毒性中的应用[A];中国毒理学会中药与天然药物毒理专业委员会第一次(2016年)学术交流大会论文集[C];2016年
7 童巧文;朱英标;姚苏琴;郦铮铮;李晓莉;夏念格;韩钊;郑荣远;;不同神经功能评分标准在小鼠EAE模型评价中的比较[A];2009年浙江省神经病学学术年会论文汇编[C];2009年
8 胡玥;周谡;刘诗宏;石劲敏;周志俊;唐黎明;;人肝微粒-小鼠3T3细胞联合模型评价氟咯草酮代谢后的体外细胞毒性[A];中国毒理学会中药与天然药物毒理专业委员会第二次(2017年)学术交流大会论文集[C];2017年
9 高冬梅;乔明琦;张惠云;王海军;;经前期综合征肝气郁证猕猴模型评价指标[A];中医药优秀论文选(下)[C];2009年
10 邢立国;张光甫;刘薇;胥维昌;金一和;;人皮肤模型评价杀菌类农药腐蚀/刺激性研究[A];2014线粒体毒性与基于毒性通路的安全性评价新策略学术研讨会暨中国毒理学会毒理学替代法与转化毒理学专业委员会成立大会论文集[C];2014年
11 阮璐薇;张鹏横;陈启亮;沈建英;梁文娜;;基于CNKI数据库的CUMS郁证模型建立的规律研究[A];中国中西医结合学会诊断专业委员会第十三次全国学术研讨会论文集[C];2019年
12 胡玥;周谡;石劲敏;刘诗宏;唐黎明;;人肝微粒-小鼠3T3细胞联合模型评价氟咯草酮代谢后的体外细胞毒性[A];2015年(第五届)药物毒理学年会论文集[C];2015年
13 刘成成;他得安;王威琪;;Nakagami模型评价松质骨状况的可行性研究[A];泛在信息社会中的声学——中国声学学会2010年全国会员代表大会暨学术会议论文集[C];2010年
14 李建国;;药动-药效学联合模型评价新药对心血管系统的影响(英文)[A];第三届全国定量药理研究方法学研讨会论文集[C];2010年
15 肖云峰;常福厚;张微;李君;胡玉霞;;心肌缺血再灌注和遥测模型在药物评价中的应用[A];2017年(第七届)药物毒理学年会论文集[C];2017年
16 梁逸曾;李洪东;许青松;曹东升;张志敏;;灰色化学建模与模型集群分析——兼论过拟合、稳健估计、变量选择与模型评价[A];中国化学会第27届学术年会第15分会场摘要集[C];2010年
17 邵克花;魏敏吉;;利用Caco-2细胞单层模型评价P-糖蛋白对安妥沙星转运的影响[A];第8届全国抗菌药物临床药理学术会议暨北京大学临床药理研究所成立三十周年论文集[C];2010年
18 颜慧;宫泽辉;;利用斑马鱼T迷宫模型评价药物对于学习记忆及位置偏爱的影响[A];中国药理学会第十一次全国学术会议专刊[C];2011年
19 刘怀军;杨冀萍;李晖;张强;刘凤海;;线栓法兔脑缺血再灌注模型评价体系[A];中华医学会第十三届全国放射学大会论文汇编(下册)[C];2006年
20 淡墨;赵华琛;吴宇;苗玉发;张迪;杨艳伟;刘丽;李佐刚;;体外肝脏3D模型在药物肝毒性评价中的优势[A];2016年第六届全国药物毒理学年会论文集[C];2016年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 陈雷;应用模糊数学中模式识别方法进行脾虚大鼠模型评价研究[D];辽宁中医学院;2004年
2 闫宁;典型造纸湿部化学品质量参数的检测及过程评价方法的研究[D];华南理工大学;2020年
3 吴韬;天津市轨道交通站域特征分析及优化策略研究[D];天津大学;2017年
4 王晓骁;基于影像组学高维数据构建早期肺腺癌诊断模型的研究[D];南京医科大学;2019年
5 李洪东;广义灰色分析体系建模的基本问题及其模型集群分析研究[D];中南大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 周航;基于CRNN-Attention模型的文本情感分类研究[D];中南财经政法大学;2019年
2 张平平;卷积CIFG模型在影评情感分析中的应用[D];上海师范大学;2019年
3 张丽媛;基于目标端双向解码一致性的机器翻译[D];哈尔滨工业大学;2019年
4 李秀全;基于MCR与CA模型的城市扩张模拟对比分析[D];东华理工大学;2017年
5 李曼;灰色Verhulst模型和非等间距幂模型的优化方法研究[D];西华师范大学;2017年
6 杨悦;rAAV8介导的C基因型乙型肝炎病毒复制小鼠药物评价模型的建立及应用[D];桂林医学院;2017年
7 贾丹娜;基于区域空间结构的快递企业货物运输方式研究[D];华北电力大学;2015年
8 钱世通;废纸造纸企业清洁生产及废水循环回用研究[D];重庆大学;2006年
9 吴定欢;交通模型评价与平衡模型研究[D];大连理工大学;2006年
10 姚明辉;时空受限机会网络模型构建及评价[D];南昌航空大学;2018年
11 盖营;O2O运行机制与评价研究[D];长春理工大学;2015年
12 郑鹏飞;儿科新入职护士岗位胜任能力模型评价指标体系构建研究[D];苏州大学;2020年
13 张超;熵在经济预测模型评价中的应用[D];东北大学;2010年
14 程冠皓;基于数据的信用评级处理和分析系统的设计与实现[D];哈尔滨工业大学;2015年
15 靳晓丽;姜黄中姜黄素类组效关系研究[D];天津大学;2012年
16 王雄;基于免疫调节机制探讨龙牡汤对特应性皮炎小鼠模型的治疗作用[D];中国中医科学院;2017年
17 张慧;作者学术影响力评价新模型构建与实证研究[D];山西大学;2017年
18 包艳莉;痛泻要方煎剂治疗肠易激综合征内脏高敏感性模型大鼠的实验研究[D];辽宁中医药大学;2008年
19 王剑武;浙江省县域森林生态资源承载力评价研究[D];浙江农林大学;2020年
20 金秀云;DEA方法在模型评价中的应用研究[D];华中师范大学;2009年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 郭红苗 张国琳;模型评价控采购 结构优化降成本[N];中国冶金报;2012年
2 陈立 陈彦池;基于绩效棱柱模型对业绩评价分析[N];财会信报;2018年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978