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竞争性自适应重加权算法和相关系数法提取特征波长检测番茄叶片真菌病害 被引量:33
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作者 王海龙 杨国国 +2 位作者 张瑜 鲍一丹 何勇 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期2115-2119,共5页
基于竞争性自适应重加权算法(CARS)和相关系数法(CA)特征波长选择方法,提出了利用可见-近红外高光谱成像技术检测番茄叶片灰霉病的方法。首先获取380~1 023nm波段范围内80个染病和80个健康番茄叶片的高光谱图像,然后提取染病和健康叶片... 基于竞争性自适应重加权算法(CARS)和相关系数法(CA)特征波长选择方法,提出了利用可见-近红外高光谱成像技术检测番茄叶片灰霉病的方法。首先获取380~1 023nm波段范围内80个染病和80个健康番茄叶片的高光谱图像,然后提取染病和健康叶片感兴趣区域(ROI)的光谱反射率值,作为番茄叶片灰霉病鉴别模型的输入来建立支持向量机(SVM)鉴别模型,训练集和验证集的鉴别率都是100%。研究进一步通过CARS和CA提取特征波长,分别得到5个(554,694,696,738和880nm)和4个(527,555,571和633nm)特征波长,然后分别建立CARS-SVM和CA-SVM鉴别模型。结果显示,CARS-SVM模型中训练集和验证集的鉴别率都是100%,CA-SVM模型中训练集和验证集的鉴别率分别是91.59%和92.45%。以上结果说明了从可见-近红外高光谱图像中提取的光谱反射率值用于检测番茄叶片的灰霉病是可行的。 展开更多
关键词 高光谱成像技术 竞争自适应加权算法 相关系数法 支持向量机 番茄 灰霉病
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中红外光谱技术结合竞争性自适应重加权算法快速分析白酒风味组分 被引量:5
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作者 宋艳 杨洋 +4 位作者 张学平 许驰 王毓 蔡亮 李子文 《中国酿造》 CAS 北大核心 2022年第12期230-234,共5页
采用中红外光谱分析技术结合竞争性自适应重加权算法(CARS)对浓香型白酒基酒中的乳酸乙酯和乙酸乙酯的特征波长变量进行筛选后,建立偏最小二乘法(PLS)模型,并对其进行验证。结果表明,采用中红外光谱分析技术剔除明显噪声区域建立的PLS... 采用中红外光谱分析技术结合竞争性自适应重加权算法(CARS)对浓香型白酒基酒中的乳酸乙酯和乙酸乙酯的特征波长变量进行筛选后,建立偏最小二乘法(PLS)模型,并对其进行验证。结果表明,采用中红外光谱分析技术剔除明显噪声区域建立的PLS模型效果较好,而经CARS法进行特征波长选择后建立的CARS-PLS模型效果优于PLS模型,乙酸乙酯和乳酸乙酯的CARS-PLS模型相关系数R^(2)分别为0.995、0.989,预测均方根误差(RMSEP)分别为12.80、4.54,相对分析误差(RPD)分别为8.78及8.60,模型经独立验证均取得了较高的预测精度,验证数据相关系数R^(2)分别为0.994及0.992,RMSEP分别为13.55及4.86。该模型有较高的准确度及稳定性,能够用于白酒基酒中的乳酸乙酯和乙酸乙酯的快速分析,可为白酒酿造过程的质量把控提供技术方法。 展开更多
关键词 竞争自适应加权变量算法 白酒基酒 中红外光谱分析技术 波长变量选择 定量分析
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面向XRF的竞争性自适应重加权算法和粒子群优化的支持向量机定量分析研究 被引量:7
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作者 程惠珠 杨婉琪 +2 位作者 李福生 马骞 赵彦春 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期3742-3746,共5页
研究高效、准确、便捷的土壤重金属检测方法对于了解土壤的污染状况以及开展污染防治工作具有重要的意义。由于X射线荧光光谱分析(XRF)技术具备快速、准确、无损检测、样品制备简单等优势,在土壤重元素定量检测获得广泛应用。XRF仪器测... 研究高效、准确、便捷的土壤重金属检测方法对于了解土壤的污染状况以及开展污染防治工作具有重要的意义。由于X射线荧光光谱分析(XRF)技术具备快速、准确、无损检测、样品制备简单等优势,在土壤重元素定量检测获得广泛应用。XRF仪器测试标准样品的荧光光谱并建立校准曲线,通过反演计算得到待测样品的元素含量。由于样品元素间存在基体效应,以及荧光谱特征峰存在叠加干扰,未经优化的校准曲线的线性度较差,这给反演计算来困难。为了解决上述问题,分别利用小波变换、非对称加权惩罚最小二乘法(arPLS)对光谱进行去噪和扣除本底基线,提高校准曲线的决定系数(R2);运用竞争性自适应重加权算法(CARS),针对不同目标元素优化变量选取;进一步地,基于选取的变量建立粒子群算法(PSO)优化的支持向量机回归(SVR)模型,并通过该模型反演计算各元素含量,提高定量分析的准确度和预测的泛化能力。实验结果显示,经过小波去噪和arPLS本底扣除后的校准曲线的决定系数(R2)有明显提升,Cr、Cu、Zn、As、Pb分别从0.965、0.979、0.971、0.794、0.915提高为0.979、0.987、0.981、0.828、0.953;通过CARS选取的谱线变量的个数大幅度减少,从2 048个通道降低到30个以下,为原来变量个数的1.5%,提高了变量选择的精准性;与偏最小二乘法(PLS)、未优化的SVR模型进行对比,采用CARS变量选择和PSO优化的SVR模型进行含量预测,训练集RC2与测试集RP2的决定系数分别在0.99、0.90以上,预测准确性有明显提高。因此,所提出的竞争性自适应重加权算法和PSO优化的SVR定量分析模型对于土壤重金属元素定量分析具有较好的理论指导和应用价值。 展开更多
关键词 X射线荧光光谱 土壤金属 竞争自适应加权算法 粒子群算法 支持向量机回归模型
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基于稳定竞争自适应重加权采样的光谱分析无标模型传递方法 被引量:15
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作者 张晓羽 李庆波 张广军 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期1429-1433,共5页
提出了一种基于稳定竞争自适应重加权采样(stability competitive adaptive reweighted sampling,SCARS)的无标模型传递方法。利用有用信息标准即稳定度指数(定义为回归系数除以其标准偏差的绝对值)和传递后的预测均方根误差(root mean ... 提出了一种基于稳定竞争自适应重加权采样(stability competitive adaptive reweighted sampling,SCARS)的无标模型传递方法。利用有用信息标准即稳定度指数(定义为回归系数除以其标准偏差的绝对值)和传递后的预测均方根误差(root mean squared error of prediction,RMSEP),选择重要的、受测样参数影响不敏感的波长变量,能够消除或减少不同仪器或测量条件对样本信息反应差异,提高模型传递效果。此外,在该方法中,光谱变量被压缩、降维,从而使模型传递更稳定。采用该方法对谷物的近红外光谱分析模型在不同仪器之间进行传递研究。结果表明,该方法能消除仪器间的大部分差异,较好地实现模型传递效果。与正交信号校正法(orthogonal signal correction,OSC)、蒙特卡罗结合无用信息变量消除法(Monte Carlo uninformative variable elimination,MCUVE)、竞争自适应重加权采样法(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)的比较表明,SCARS不仅在传递精度上能取得比OSC、MCUVE及CARS更好的效果,而且能有效地对光谱数据进行压缩,简化并优化传递过程。 展开更多
关键词 稳定竞争自适应加权采样 无标样 模型传递 波长筛选 光谱分析
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窗口竞争性自适应重加权采样策略的近红外特征变量选择方法 被引量:12
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作者 李跑 周骏 +2 位作者 蒋立文 刘霞 杜国荣 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1428-1432,共5页
通过消除光谱中的冗余信息变量,挑选出代表样品性质的特征变量代替全谱建立定量模型,可以提高近红外分析结果的准确性。基于进化论中适者生存原理的竞争性自适应重加权采样(CARS)算法因具有计算速度快、筛选得到的特征波长少等优点,在... 通过消除光谱中的冗余信息变量,挑选出代表样品性质的特征变量代替全谱建立定量模型,可以提高近红外分析结果的准确性。基于进化论中适者生存原理的竞争性自适应重加权采样(CARS)算法因具有计算速度快、筛选得到的特征波长少等优点,在近红外特征变量筛选方面得到了广泛的应用。然而该方法在计算过程中容易出现校正集和验证集结果不一致情况。这是因为算法过于强调校正集交叉验证结果,且并未考虑相邻变量之间的协同作用。为了建立更加稳健的变量筛选方法,通过结合"窗口"以及CARS算法的优势,提出了一种基于窗口竞争性自适应重加权采样(WCARS)策略的近红外特征变量筛选方法,并将其应用于复杂植物样品近红外光谱与其化学成分含量之间的建模分析。采用WCARS方法可以实现准确定量分析,且通过与竞争性自适应重加权采样(CARS)方法结果相比较, WCARS方法得到的校正集和预测集结果一致,在一定程度上减少了过拟合问题的出现。该策略能有效增强特征变量选择的稳健性,提高了定量模型的可信度,具有一定的应用价值。 展开更多
关键词 近红外光谱仪 化学计量学 窗口竞争自适应加权采样
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自适应权重更新的两步定位算法
6
作者 彭锐 贾腾飞 胡捍英 《信息工程大学学报》 2014年第4期434-439,共6页
在室内环境中,影响定位精度的测量误差包括接收设备自身引起的误差以及信号非视距传播和多径效应所引起的测量正偏差。针对室内环境中测量数据包含测量误差服从正均值高斯分布的特性,提出了一种自适应权重更新的两步定位算法。该算法使... 在室内环境中,影响定位精度的测量误差包括接收设备自身引起的误差以及信号非视距传播和多径效应所引起的测量正偏差。针对室内环境中测量数据包含测量误差服从正均值高斯分布的特性,提出了一种自适应权重更新的两步定位算法。该算法使用卡尔曼滤波和自适应权重更新的加权最小二乘算法进行两步定位,通过对每个测量距离分配不同的权重,克服了固定权重分配需在特定环境下方能获得良好定位精度的缺点。仿真结果表明,该算法定位精度优于两步定位算法和EKF算法,且对环境适应性更强。 展开更多
关键词 两步定位 自适应 卡尔曼滤波 加权最小二乘算法
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基于自适应权重的RFID室内定位算法 被引量:1
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作者 田清 武斌 王丽 《天津城建大学学报》 2020年第4期296-301,共6页
针对复杂环境下室内定位稳定性差和误差大的问题,提出基于自适应权重的RFID室内定位算法.根据误差分布特性,采用马氏距离构造基于正态分布的权重函数,自适应赋予每个样本不同的权重;对加权最小二乘支持向量机建立惩罚系数和核函数参数... 针对复杂环境下室内定位稳定性差和误差大的问题,提出基于自适应权重的RFID室内定位算法.根据误差分布特性,采用马氏距离构造基于正态分布的权重函数,自适应赋予每个样本不同的权重;对加权最小二乘支持向量机建立惩罚系数和核函数参数组合的目标函数;采用粒子群优化算法(PSO)优化最优目标函数,利用混沌粒子的随机性和遍历性,将混沌寻优的最优解代替粒子群寻优的最优解,避免陷入局部最优,提高定位精度.仿真实验结果表明,该算法在室内定位中精度更高,定位更稳定. 展开更多
关键词 室内定位 自适应 正态分布 加权最小二乘支持向量机 混沌粒子群算法
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优化CARS结合PSO-SVM算法农田土壤重金属砷含量高光谱反演分析 被引量:29
8
作者 袁自然 魏立飞 +2 位作者 张杨熙 余铭 闫芯茹 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期567-573,共7页
土壤重金属污染是由于人类活动导致重金属物质大量残留在土壤中,超过土壤环境承载力,这种现象将造成土壤质量退化、生态环境恶化。高光谱遥感可以实现图谱合一,能有效地识别出土壤中不同元素的异常情况。为实现农田土壤重金属高效、准... 土壤重金属污染是由于人类活动导致重金属物质大量残留在土壤中,超过土壤环境承载力,这种现象将造成土壤质量退化、生态环境恶化。高光谱遥感可以实现图谱合一,能有效地识别出土壤中不同元素的异常情况。为实现农田土壤重金属高效、准确监测,提出了一种特征提高型竞争性自适应重加权算法(CARS)选取特征波段的粒子群算法(PSO)优化支持向量机(SVM)农田土壤重金属砷(As)含量高光谱估测分析方法。利用CARS对暗室实测光谱值进行粗选;利用一阶导数(FD)、高斯滤波(GF)、归一化(N)进行特征提高;在特征精选阶段利用皮尔逊相关系数(PCC)求取预处理后的光谱指标与土壤重金属As之间的相关系数,获取相关性大于0.6的波段作为特征波段;最后利用PSO对SVM所选择的核函数σ和正则化参数γ进行优化,以均方根误差(RMSE)作为适应度函数,通过迭代最优适应度得到SVM最优参数值。选择江汉平原典型区域洪湖市燕窝镇的土壤为研究对象,预测结果表明基于PSO-SVM算法其验证集的决定系数R 2为0.9823,均方根误差RMSE为0.5216,平均绝对误差MAE为0.4164。主要结论如下:PSO算法优化SVM参数,通过迭代更新个体极值和群体极值,可以迅速获取全局最优解,与支持向量机回归(SVMR)和随机森林回归(RFR)相比,在预测精度有了较大的提高;特征提高型CARS算法可以有效剔除无关信息,提高相关性,且选取波段少,模型简单,大大提高了效率;可以实现土壤污染预警、满足精准农业需求、为后期重金属污染土地生态修复提供数据基础。 展开更多
关键词 高光谱遥感 土壤金属 粒子群算法 特征波段 竞争自适应加权算法
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近红外光谱结合竞争性自适应重加权采样算法用于人工牛黄的质量分析研究 被引量:11
9
作者 石岩 孙冬梅 +2 位作者 熊婧 魏锋 马双成 《中国药学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2018年第14期1216-1221,共6页
目的对人工牛黄近红外光谱的特征波长进行分析和研究。方法使用竞争性自适应重加权采样算法(CARS),分别从定性和各定量指标的角度,优化筛选出近红外光谱的特征波长变量。结果筛选出的特征波长数目仅为全变量的0.48%~4.44%,所构建的模型... 目的对人工牛黄近红外光谱的特征波长进行分析和研究。方法使用竞争性自适应重加权采样算法(CARS),分别从定性和各定量指标的角度,优化筛选出近红外光谱的特征波长变量。结果筛选出的特征波长数目仅为全变量的0.48%~4.44%,所构建的模型相比于近红外光谱全波长构建的模型来说,不仅变量数量大幅度减少,而且评价模型的指标参数更佳。结论该方法适用于人工牛黄的质量评价与控制。 展开更多
关键词 人工牛黄 近红外光谱 竞争自适应加权采样算法 胆汁酸 偏最小二乘回归
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激光诱导击穿光谱结合竞争自适应重加权采样算法对猪饲料中铜元素的定量分析 被引量:8
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作者 刘珊珊 张俊 +3 位作者 林思寒 刘木华 黎静 潘作栋 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2018年第2期457-463,共7页
饲料中添加铜元素对猪生长速度的促进效果明显,因而铜元素在猪饲料中的超标情况非常普遍,但其带来的危害也非常严重。利用共线双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)技术对猪饲料中的铜元素进行快速定量分析,采用竞争自适应重加权采样(CARS)... 饲料中添加铜元素对猪生长速度的促进效果明显,因而铜元素在猪饲料中的超标情况非常普遍,但其带来的危害也非常严重。利用共线双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)技术对猪饲料中的铜元素进行快速定量分析,采用竞争自适应重加权采样(CARS)算法筛选出与猪饲料中铜元素相关的22个重要变量,压缩率为1.1%;基于筛选出来的22个重要波长变量,利用偏最小二乘(PLS)回归方法建立猪饲料中铜元素含量的预测模型,并对预测集猪饲料样品中的铜元素含量进行预测。结果表明:与全光谱-PLS模型相比,CARS-PLS模型具有更高的预测精度和预测能力,模型相关系数、交叉验证均方根误差、平均相对误差分别为0.978、19.25、5.59%。CARS算法可以有效地优化猪饲料中铜元素的激光诱导击穿光谱在线检测模型,并可以提高模型的预测精度。 展开更多
关键词 光谱学 激光诱导击穿光谱 猪饲料 竞争自适应加权采样算法
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近红外光谱技术结合竞争自适应重加权采样算法用于中药定量分析 被引量:8
11
作者 聂黎行 戴忠 +2 位作者 马双成 张晓楠 解素花 《中国实验方剂学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2017年第11期45-49,共5页
目的:基质复杂、谱带重叠严重,影响了中药近红外定量模型的准确性。为解决以上问题,探讨竞争自适应重加权采样(Competitive adaptive reweighted sampling,CARS)变量筛选方法在中药材、中药提取物和中成药的定量分析中的应用。方法:采... 目的:基质复杂、谱带重叠严重,影响了中药近红外定量模型的准确性。为解决以上问题,探讨竞争自适应重加权采样(Competitive adaptive reweighted sampling,CARS)变量筛选方法在中药材、中药提取物和中成药的定量分析中的应用。方法:采集葛根药材、葛根提取物和愈风宁心滴丸的近红外漫反射光谱,测定葛根素含量。分别优化光谱前处理方式,剔除奇异样本后,运用CARS法筛选出的相关变量,建立偏最小二乘法(PLS)校正模型。结果:原料、中间体和制剂的定量模型交互验证均方差(RMSECV)分别为0.35%,1.76%,0.54%,与基于全光谱建立的模型比较,原料、中间体和制剂的CARS-PLS模型的预测准确度均有提高。结论:竞争自适应重加权采样变量筛选方法可以提高模型的预测能力,并有效简化运算过程,为中药的快速、无损检测提供了新的思路。 展开更多
关键词 近红外光谱 愈风宁心滴丸 葛根提取物 葛根 定量分析 竞争自适应加权采样
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鲸鱼算法改进极限学习机的葡萄酒品质评价研究 被引量:1
12
作者 窦力 郑崴 +1 位作者 李柏秋 李斐 《食品与机械》 CSCD 北大核心 2024年第6期62-68,共7页
[目的]解决近红外光谱中冗余信息过多的问题,提升葡萄酒品质评价模型的准确性,并构建一种快速无损的葡萄酒品质评价方法。[方法]运用竞争性自适应重加权采样法进行特征波长筛选,提出了鲸鱼算法改进极限学习机的葡萄酒品质评价模型。通... [目的]解决近红外光谱中冗余信息过多的问题,提升葡萄酒品质评价模型的准确性,并构建一种快速无损的葡萄酒品质评价方法。[方法]运用竞争性自适应重加权采样法进行特征波长筛选,提出了鲸鱼算法改进极限学习机的葡萄酒品质评价模型。通过自适应重加权采样法等多种特征波长筛选方法,确定了最适用于葡萄酒光谱特征波长筛选的方法;针对ELM的初值权值与隐含层偏置选取问题,利用鲸鱼优化方法对初值权值与隐含层偏置进行优化,从而构建了一种基于鲸鱼优化算法改进的极限学习机葡萄酒品质评价模型。[结果]与GA-ELM、PSO-ELM和传统的ELM模型相比,WOA-ELM的准确率最高,达到了0.9445,GA-ELM的准确率为0.9290,PSO-ELM的准确率为0.9061,传统的ELM方法准确率为0.8177。[结论]通过智能算法优化ELM模型的参数,可以有效提高葡萄酒品质评价的准确性。 展开更多
关键词 近红外光谱 极限学习机 鲸鱼优化算法 特征波长 竞争自适应加权采样法
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基于CARS和1D-CNN联合的XRF土壤重金属超标分析方法研究 被引量:1
13
作者 杨婉琪 李智琪 +2 位作者 李福生 吕树彬 樊佳婧 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期670-674,共5页
随着社会现代化进程的迈进,愈加频繁的人类活动加剧了土壤重金属污染。当土壤中重金属元素含量超过风险筛选值时,会经过食物链摄入人体,过量的重金属累积对人体健康造成损害。筛选出具有重金属污染风险的土壤是治理土壤污染的重要环节... 随着社会现代化进程的迈进,愈加频繁的人类活动加剧了土壤重金属污染。当土壤中重金属元素含量超过风险筛选值时,会经过食物链摄入人体,过量的重金属累积对人体健康造成损害。筛选出具有重金属污染风险的土壤是治理土壤污染的重要环节。采用X射线荧光(XRF)光谱仪获取了59份国家标准土壤样品的光谱数据,然后对其进行小波阈值去噪和迭代离散小波变换本底扣除等预处理;运用基于竞争性自适应重加权采样(CARS)算法对土壤中的重金属元素进行谱线筛选;将筛选后的结果作为模型的输入,通过建立1D-CNN模型预测土壤样本是否具有重金属污染的风险。实验结果显示,通过CARS算法采样后的特征通道数大幅度减少,Ni、Cu、As、Pb元素从原来的2048个特征点分别减少为37、53、37、45个,为原来通道数的1.81%~2.59%。相较于不筛选和连续投影(SPA)筛选方法,结合CARS算法的1D-CNN模型在判断土壤样品是否有Ni、Cu、As、Pb元素污染风险时的准确率分别可以达到96.67%,93.22%,91.67%,88.33%。经CARS筛选,1D-CNN比偏最小二乘回归(PLSR)方法在预测准确性方面有明显优势。提出的CARS-1D-CNN算法在提高模型预测准确率的同时减少了模型的计算量,对于XRF光谱土壤重金属元素污染风险筛选具有较好的理论指导和应用价值。 展开更多
关键词 X射线荧光光谱 金属 竞争自适应加权采样 一维卷积神经网络
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基于竞争适应重加权采样算法耦合机器学习的土壤含水量估算 被引量:30
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作者 葛翔宇 丁建丽 +3 位作者 王敬哲 王飞 蔡亮红 孙慧兰 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期385-392,共8页
土壤含水量是干旱区地表水-热-溶质耦合运移的关键指标;以干旱区典型样点实测土壤含水量及其室内可见光-近红外光谱数据作为数据集,通过蒙特卡罗交叉验证确定77个有效样本;基于竞争适应重加权采样算法筛选出最优光谱变量子集,利用3种机... 土壤含水量是干旱区地表水-热-溶质耦合运移的关键指标;以干旱区典型样点实测土壤含水量及其室内可见光-近红外光谱数据作为数据集,通过蒙特卡罗交叉验证确定77个有效样本;基于竞争适应重加权采样算法筛选出最优光谱变量子集,利用3种机器学习方法——BP神经网络、随机森林回归和极限学习机建立土壤含水量预测模型,进而实现土壤含水量估算模型的优选。结果表明:竞争适应重加权采样算法能有效剔除无关变量,从2151个光谱波段中优选出20个特征波段,其中R1848与土壤含水量的最大相关系数为0.531;引入偏最小二乘模型和机器学习方法进行对比,分析发现机器学习方法的预测结果比偏最小二乘模型更高;分析比较BP神经网络、随机森林回归和极限学习机的建模结果可知:极限学习机模型建模在机器学习方法中的效果最佳,决定系数R2=0.918,均方根误差RMSE=0.015,相对分析误差RPD=3.123,四分位数间隔RPIQ=3.325;机器学习能显著提升光谱建模反演土壤含水量的精度和稳定性,显示出其在非线性问题中具有很强的透析力和较好的模型稳健性,针对干旱区土壤水分的精准预测和定量估算具有可行性,可为干旱区土壤墒情、精准农业等研究提供科学参考。 展开更多
关键词 光谱学 土壤含水量估算 机器学习 竞争适应加权采样算法 极限学习机 随机森林
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基于分数阶微分的草原地区土壤全氮含量高光谱估测
15
作者 李二霞 施和平 《南方农机》 2025年第2期84-87,共4页
【目的】精确了解草原土壤退化状况,在保证监测时效性的基础上提高土壤全氮含量实时监测的精度。【方法】以内蒙古草甸草原、典型草原和荒漠草原为研究对象,土壤样本经过预处理,在室内获取高光谱反射率后测定土壤全氮含量。通过使用分... 【目的】精确了解草原土壤退化状况,在保证监测时效性的基础上提高土壤全氮含量实时监测的精度。【方法】以内蒙古草甸草原、典型草原和荒漠草原为研究对象,土壤样本经过预处理,在室内获取高光谱反射率后测定土壤全氮含量。通过使用分数阶微分(FOD)与竞争自适应重加权算法(CARS)协同的方法,建立基于高光谱的草原土壤全氮预测模型,探究拟合点数、微分阶数对光谱反射率与土壤全氮含量相关性以及模型估测性能的影响。【结果】1)在土壤全氮含量的高光谱估测中,最佳土壤全氮含量估测模型为拟合点数40、微分阶数1.2结合CARS建立的偏最小二乘回归(PLSR)模型。2)模型训练集的R^(2)为0.95、RMSE为0.20 g/kg,测试集的R^(2)为0.91、RMSE为0.36 g/kg,验证集的R^(2)为0.88、RMSE为0.23 g/kg。【结论】FOD结合CARS算法建立的PLSR模型是一种高效的土壤全氮含量估测技术,可为草原地区的土壤全氮含量准确估测提供可靠依据。此外,由于土壤类型以及土壤母质存在空间差异性,适用于不同地区的土壤类型以及同一土壤类型的不同土壤母质的估测方法还有待研究。 展开更多
关键词 土壤全氮 分数阶微分 竞争自适应重加权算法 偏最小二乘回归
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近红外高光谱图像结合CARS算法对鸭梨SSC含量定量测定 被引量:39
16
作者 李江波 彭彦昆 +1 位作者 陈立平 黄文倩 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期1264-1269,共6页
高光谱数据量大、维数高且原始光谱噪声明显、散射严重等特征导致光谱建模时关键波长变量提取困难。基于此,提出采用竞争性自适应重加权算法(CARS)对近红外高光谱数据进行关键变量选择。鸭梨作为研究对象。采用决定系数r2、预测均方根误... 高光谱数据量大、维数高且原始光谱噪声明显、散射严重等特征导致光谱建模时关键波长变量提取困难。基于此,提出采用竞争性自适应重加权算法(CARS)对近红外高光谱数据进行关键变量选择。鸭梨作为研究对象。采用决定系数r2、预测均方根误差RMSEP和验证集标准偏差和预测集标准偏差的比值RPD值进行模型性能评估。基于选择的关键变量建立PLS模型(CARS-PLS)与全光谱变量建立的PLS模型进行比较发现CARS-PLS模型仅仅使用原始变量中15.6%的信息获得了比全变量PLS模型更好的鸭梨SSC含量预测结果,r2pre,RMSEP和RPD分别为0.908 2,0.312 0和3.300 5。进一步与基于蒙特卡罗无信息变量MC-UVE和遗传算法(GA)获得的特征变量建立的PLS模型比较发现,CARS不仅可以去除原始光谱数据中的无信息变量,同时也能够对共线性的变量进行压缩去除,该方法能够有效地用于高光谱数据变量的选择。结果表明,近红外高光谱技术结合CARS-PLS模型能够用于鸭梨可溶性固形物SSC含量的定量预测。从而为基于近红外高光谱技术预测水果内部品质的研究提供了参考。 展开更多
关键词 近红外高光谱 可溶性固形物 鸭梨 变量选择 竞争自适应加权算法
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联合FOD-sCARS的土壤有机质高光谱机器学习估测模型
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作者 吴梦红 窦森 +5 位作者 林楠 姜然哲 陈思 李佳璇 付佳伟 梅显军 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS 北大核心 2025年第1期204-212,共9页
土壤有机质(SOM)含量是表征土壤质量的关键指标,在全球碳循环系统中发挥重大作用。快速准确的SOM估算和空间制图对土壤碳库估算、作物生长监测和耕地规划管理具有重要意义。利用传统方法监测区域性SOM含量耗时费力,基于高光谱遥感影像建... 土壤有机质(SOM)含量是表征土壤质量的关键指标,在全球碳循环系统中发挥重大作用。快速准确的SOM估算和空间制图对土壤碳库估算、作物生长监测和耕地规划管理具有重要意义。利用传统方法监测区域性SOM含量耗时费力,基于高光谱遥感影像建立SOM估测模型是现在较为合理有效的方法。为探索解决目前高光谱遥感影像建立SOM含量估测模型存在光谱数据冗余、光谱数据特征提取精度低、小样本模型泛化能力不强的问题,选择位于青海省湟中县的研究区,共采集67个土壤样本。获取资源1号02D(ZY1-02D)高光谱遥感影像并进行预处理得到样点像元光谱数据,采用分数阶微分变换(FOD)方法挖掘与SOM含量具有响应关系的敏感波段,以0.2为一个步长,利用相关性阈值法对比分析不同阶次微分处理数据挖掘能力;运用稳定性竞争性自适应重加权采样算法(sCARS)去除高光谱冗余数据获取建模特征波段,选择随机森林(RF)、极端梯度提升树、极限学习机和岭回归机器学习作为建模算法,以全波段和特征波段光谱数据分别作为模型输入变量构建SOM估测模型进行高光谱反演研究工作;最后根据最优特征变量和建模算法,基于ZY1-02D遥感影像进行了SOM空间分布制图。结果表明:采用FOD变换相比整数阶可以大大提高波段与SOM含量间的相关性,挖掘出更多细微的与SOM含量产生响应关系的光谱波段,其中0.8阶微分变换效果最优,较原始波段相比相关系数最大值提高了0.546;相较于全波段光谱数据,采用sCARS特征提取方法获取特征波段构建模型的估测精度得到较大提升,说明sCARS可以有效提升建模数据的质量,提升模型预测精度。建模算法中RF表现最优,R_(p)^(2)(模型决定系数)达到0.766,RPD达到1.86,较全波段建模结果R_(p)^(2)提升约7.58%;基于FOD-sCARS和RF实现了区域SOM含量估测制图。研究进一步验证利用星载高光谱遥感影像是实现区域SOM估测制图的可靠途径,研究结果可为估测区域SOM含量提供新思路,为利用星载高光谱遥感影像绘制SOM含量空间分布图提供了数据支持。 展开更多
关键词 高光谱遥感影像 分数阶微分变换 稳定性竞争自适应加权采样算法 土壤有机质 随机森林
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高光谱技术结合CARS算法预测土壤水分含量 被引量:38
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作者 于雷 朱亚星 +3 位作者 洪永胜 夏天 刘目兴 周勇 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第22期138-145,共8页
高光谱技术已成为预测土壤含水量(soil moisture content,SMC)的重要方法,但因土壤高光谱中包含了大量冗余信息和无效信息,不仅导致SMC的高光谱估算模型复杂度高,而且影响了模型的预测精度。因此,该研究在室内设计SMC梯度试验,测定土... 高光谱技术已成为预测土壤含水量(soil moisture content,SMC)的重要方法,但因土壤高光谱中包含了大量冗余信息和无效信息,不仅导致SMC的高光谱估算模型复杂度高,而且影响了模型的预测精度。因此,该研究在室内设计SMC梯度试验,测定土壤高光谱反射率,经Savitzky-Golay平滑(Savitzky-Golay smoothing,SG)和连续统去除(continuum removal,CR)预处理后,基于竞争适应重加权采样(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)方法分别优选出土壤在全部SMC的水分敏感波长变量,确定适用于土壤在全部SMC的共性波长变量,以其为优选变量集,采用偏最小二乘(partial least squares regression,PLSR)回归方法建立模型并进行验证。结果表明,SG和CR预处理后的光谱曲线在450、1 400、1 900、2 200 nm附近吸收峰的形状特征凸显;基于CARS方法对土壤在不同SMC的光谱曲线进行变量优选后,得出优选变量集为443~449、1 408~1 456、1 916~1 943、2 209~2 225 nm;CARS-PLSR模型性能优于全波段PLSR模型,模型预测R2、均方根误差、相对分析误差分别为0.983、0.0144、8.36,不仅提升了预测精度和预测能力,而且降低了变量维度和模型复杂度。该文通过优选土壤水分的敏感波段,有效提高了SMC预测模型的鲁棒性,为快速准确评估农田墒情提供了新途径,为开发田间SMC测定传感器提供了理论依据。 展开更多
关键词 土壤水分 算法 模型 高光谱 竞争适应加权采样算法 变量优选 潮土
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基于分数阶微分的猕猴桃叶片叶绿素含量估算
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作者 唐国强 刘梦云 +2 位作者 蒋丹垚 宋正华 常庆瑞 《江苏农业学报》 北大核心 2025年第2期335-344,共10页
叶片叶绿素含量是表征植被生长状态的重要生理生化参数,传统的叶绿素含量测定方法操作复杂且会破坏叶片组织结构,对植物造成不可逆的损伤。通过构建高精度叶绿素反演模型,可以实现对猕猴桃叶片叶绿素含量的实时无损监测。本研究采集了... 叶片叶绿素含量是表征植被生长状态的重要生理生化参数,传统的叶绿素含量测定方法操作复杂且会破坏叶片组织结构,对植物造成不可逆的损伤。通过构建高精度叶绿素反演模型,可以实现对猕猴桃叶片叶绿素含量的实时无损监测。本研究采集了猕猴桃冠层的高光谱数据,并同步测定了叶片叶绿素相对含量(SPAD值)。通过对原始光谱进行分数阶微分变换(阶数为0~2,步长为0.2),结合竞争自适应重加权采样算法(CARS)筛选得到敏感波段。分别基于原始波段和敏感波段训练随机森林模型(RF)、支持向量机模型(SVR)和极限学习机模型(ELM)。结果表明,分数阶微分变换显著提高了光谱反射率与猕猴桃叶片叶绿素含量的相关性,CARS算法提升了模型精度。光谱反射率经过1.8阶微分处理后,采用CARS算法筛选出敏感波段,利用这些敏感波段训练随机森林模型,取得了最佳效果。训练后的随机森林模型在验证集上决定系数(R^(2))达到0.93,均方根误差(RMSE)为2.56,相对分析误差(RPD)为3.89。该研究结果可为猕猴桃叶片叶绿素含量的高精度估算提供理论依据和技术参考,对猕猴桃生长监测和精准农业管理具有重要意义。 展开更多
关键词 猕猴桃 叶绿素含量 高光谱 分数阶微分变换 竞争自适应加权采样
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高光谱结合波长选择算法串联策略检测调理牛排新鲜度 被引量:5
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作者 孙宗保 王天真 +5 位作者 刘小裕 邹小波 梁黎明 李君奎 牛增 高云龙 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期3224-3229,共6页
生鲜调理牛排超过货架期时,其散发的腐败气味易被调料气味掩蔽,使消费者难以分辨。挥发性盐基氮(TVB-N)是表征肉品新鲜度的有效指标。由于测定TVB-N含量的化学方法繁琐耗时,利用高光谱对生鲜调理牛排中TVB-N含量进行预测,并讨论了不同... 生鲜调理牛排超过货架期时,其散发的腐败气味易被调料气味掩蔽,使消费者难以分辨。挥发性盐基氮(TVB-N)是表征肉品新鲜度的有效指标。由于测定TVB-N含量的化学方法繁琐耗时,利用高光谱对生鲜调理牛排中TVB-N含量进行预测,并讨论了不同波长选择算法所建模型的预测效果。分别在第0,2,4,6,8天取出制备好的生鲜调理牛排,进行高光谱数据采集和TVB-N含量测定。采用1^st Der,2^nd Der,MC,MSC,SG和SNVT六种光谱预处理方法对光谱数据进行预处理,并建立偏最小二乘模型(PLS)优选出最佳预处理方法。采用竞争性自适应重加权算法(CARS)、变量组合集群分析法(VCPA)、间隔随机蛙跳(iRF)、iRF-CARS、iRF-VCPA等方法对预处理后的光谱数据进行波长选择,建立特征波长下的预测模型。将CARS和VCPA重复运行50次考察其稳定性,并选择频次较高波长建模与单次运行比较。结果表明:在六种光谱预处理方法中,1 st Der为最佳预处理方法。CARS和VCPA单次运行时分别选择了21和11个波长,其中VCPA选择波长建模预测效果更好,模型的R C和R P分别为0.944和0.931,RMSECV和RMSEP分别为1.12和1.28 mg·(100 g)^-1。统计CARS和VCPA重复运行50次时各波长被选择频次,结果表明VCPA因其二进制矩阵采样法(BMS)为每个变量提供相同的采样机会而有更好的稳定性。同时发现两种方法有共同的高频次波长:694.9,696.6,761.8,763.5,811.5和813.3 nm等。将波长被选频次降序排列,选择与单次运行数量相同的较高频次的波长建模,所得模型性能较差。将iRF分别与CARS和VCPA联用,其中iRF-CARS表现出较强的预测能力,选择了24个波长建模,模型的R C和R P分别为0.966和0.938,RMSECV和RMSEP分别为0.91和1.22 mg·(100 g)^-1。这说明将波长区间选择和波长点选择联用可以实现它们的优势互补。高光谱技术结合波长选择方法可以很好地预测调理牛排中TVB-N含量,研究可为波长选择算法联用策略和调理牛排新鲜度快速检测提供理论参考。 展开更多
关键词 高光谱成像 生鲜调理牛排 挥发性盐基氮 竞争自适应加权采样 变量组合集群分析
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