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基于光谱与图像的红茶萎凋水分感知模型研究

基于光谱与图像的红茶萎凋水分感知模型研究

作者：安霆石河子大学

学位级别：硕士

萎凋是红茶加工的第一道工序,其品质的好坏直接会影响到成品茶的品质。含水率又是评判萎凋是否适度的主要指标,但目前大多数茶厂在对红茶萎凋时无法做到快速、无损、精确的判断萎凋叶的水分含量,并且无法客观的判断萎凋是否均匀;因此急... 详细信息

萎凋是红茶加工的第一道工序,其品质的好坏直接会影响到成品茶的品质。含水率又是评判萎凋是否适度的主要指标,但目前大多数茶厂在对红茶萎凋时无法做到快速、无损、精确的判断萎凋叶的水分含量,并且无法客观的判断萎凋是否均匀;因此急需一种能够迅速、无损、准确判断萎凋叶水分含量以及萎凋均匀程度的方法。本研究基于光谱与图像技术,以萎凋叶水分的定量预测作为感知手段,建立萎凋时序下水分定量预测模型,并通过该模型实现萎凋叶水分可视化,以期为提高红茶品质,推动红茶萎凋加工的智能化发展提供理论基础。本文主要研究内容如下:光谱信息对萎凋叶水分的表征能力要强于图像信息对萎凋叶水分的表征能力。分别采集时序萎凋叶的光谱信息和图像信息并检测样品的水分含量,对光谱信息进行标准正态变换(SNV)预处理,联合区间偏最小二乘回归(Si-PLS)特征波段筛选后所得模型精度最高;对图像信息提取9个颜色参数:R、G、B、H、S、V、L*、a*、b*,6个纹理参数:m、δ、r、μ、U和e,共15个特征变量进行标准分数法(Z-score)以及主成分分析(PCA)预处理,并建立偏最小二乘回归(PLSR)水分预测模型。两个模型的RPD值均大于2,说明光谱与图像信息都能较好的表达萎凋叶中水分的信息,但是光谱信息表达萎凋叶中水分的能力更强一些。萎凋叶单叶片正面(反面)光谱建立的预测模型不能预测反面(正面)萎凋叶的水分含量,但预处理以及特征波段的筛选能够很大程度上削弱因叶片正反面干扰对模型性能的影响。基于高光谱图像技术,分别拍摄萎凋叶正、反面高光谱图像并提取其中的光谱信息,建立单叶片正、反面原始光谱信息的PLSR水分预测模型,并对预测模型做交叉验证,发现验证模型性能大幅度下降;当正面光谱经1阶导(1Der)预处理以及随机蛙跳(SFLA)筛选特征波段,反面光谱经多元散射校正(MSC)预处理以及竞争性自适应重加权(CARS)筛选特征波段后,无论是建立的PLSR预测模型性能还是交叉验证模型性能都比原始光谱建立的模型有明显提升。这说明预处理以及特征波长筛选能够消弱萎凋叶因正、反面误差对水分预测模型的影响,但并不能完全消除此类影响。建立基于堆积萎凋叶的水分预测模型并基于图像信息对萎凋叶的水分进行可视化处理。针对萎凋叶正、反面产生的光谱误差,对水分预测模型性能造成影响的问题,以堆积萎凋叶为研究对象,拍摄高光谱图像,提取高光谱图像中的光谱信息,对光谱信息进行预处理,消除光谱中的基线漂移、高频噪声、光程散射等误差,通过特征波长提取的方式减少输入模型冗余信息,分别建立PLSR线性模型以及支持向量机回归(SVR)非线性模型并对比模型性能,最终确定Si-SFLA-SVR非线性模型为最优水分预测模型。并通过该模型计算高光谱图像上每一个像素点的水分值,最终实现萎凋叶水分的可视化。

关键词：红茶萎凋高光谱水分预测可视化

基于WebGIS的化工园区危险化学品事故应急资源调度研究

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基于WebGIS的化工园区危险化学品事故应急资源调度研究

作者：安霆华南理工大学

学位级别：硕士

化工园区作为一种化工产业发展模式在我国已逐步实现常态化。化工园区在带来规模经济效益的同时,其安全生产管理工作也不断面临挑战。由于化工生产多涉及危险工艺及毒害物质,很难实现彻底的“本质安全”,在一定程度上安全生产事故不可避... 详细信息

化工园区作为一种化工产业发展模式在我国已逐步实现常态化。化工园区在带来规模经济效益的同时,其安全生产管理工作也不断面临挑战。由于化工生产多涉及危险工艺及毒害物质,很难实现彻底的“本质安全”,在一定程度上安全生产事故不可避免,因此应加强事故发生后的应急处置救援能力建设。危险化学品事故作为化工园区最主要的事故类型,其应急处置救援能力建设应被摆在首要位置。应急资源调度作为突发事件应急处置流程中的重要环节,直接影响到应急救援工作的开展及实施效果。然而由于化工园区危险化学品事故特征机理复杂,加之事态紧急,导致应急资源调度方案往往难以及时有效制定。因此亟需对化工园区危险化学品事故应急资源调度问题展开研究并开发相应的辅助支持系统,为应急资源调度决策提供支持。为此,本文从以下4个方面展开研究:(1)应急资源需求类型与数量。依据化工园区危险化学品事故特性,对不同事故场景下的应急资源需求类型进行分析。引入应急资源需求结构链的概念并提出基于事故场景的单一危险化学品事故应急资源需求量估算方法。进一步考虑化工园区危险源高度聚集容易诱发事故多米诺效应的特点,提出了基于“事故概率场景”和“共性—个性”应急资源分类方法的潜在多米诺效应事故应急资源需求量估算模型。(2)应急资源调配行程时间。结合应急资源需求的紧急性、弱经济性特点及危险化学品事故特征,提出了在确保行车安全前提下行车时间最短的应急资源调配行程时间优化目标。分析了影响应急行程时间的3个关键因素——路段阻抗、交叉口阻抗和风险阻抗,并分别针对每种阻抗构建了量化计算模型。最终结合GIS的路径分析功能实现了最优应急资源调配行程时间的计算和最优行车路径的可视化呈现。(3)应急资源调度方案。对化工园区危险化学品事故应急资源调度特征进行分析,认为其属于多出救点多资源单受灾点的连续型应急资源调度问题,并结合应急资源需求特点构建了基于应急开始时间最早、应急出救点最少的双目标优化模型,最终利用粒子群算法实现模型的求解。(4)辅助决策支持系统。结合应急资源调度决策的一般思路流程,利用Web GIS技术开发了化工园区危险化学品事故应急资源调度辅助决策支持系统,实现了应急资源调度问题的快速求解和应急资源调度方案的可视化呈现。

关键词：化工园区危险化学品事故应急资源调度优化 WebGIS

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基于高光谱的工夫红茶发酵品质程度判别方法

光谱学与光谱分析 2021年第4期41卷 1320-1328页

作者：杨崇山董春旺江用文安霆赵岩石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832000 中国农业科学院茶叶研究所浙江杭州310008

发酵作为影响红茶品质形成的重要流程,发酵品质程度的判断主要基于人工经验,难以实现准确客观的评价。该研究主要针对于工夫红茶发酵工序,以不同发酵时序下的样品为对象,利用高光谱检测技术并结合化学计量学方法,对制备的不同发酵程度... 详细信息

发酵作为影响红茶品质形成的重要流程,发酵品质程度的判断主要基于人工经验,难以实现准确客观的评价。该研究主要针对于工夫红茶发酵工序,以不同发酵时序下的样品为对象,利用高光谱检测技术并结合化学计量学方法,对制备的不同发酵程度的样本进行无损检测和智能判别。首先利用高光谱成像仪(400~1000 nm)采集工夫红茶发酵样品的高光谱数据,并根据气温、茶叶嫩度、萎凋情况、揉捻过程、发酵叶颜色及香气等现场生产信息,将6个不同发酵时序下的样本,根据发酵程度依次划分为3类(轻度发酵、适度发酵、过度发酵)。为了降低采集高光谱信息时因培养皿中发酵叶的不平整而产生的散射现象对光谱数据的影响,选取标准正态变量变换算法(standard normal variate,SNV)与多元散射校正算法(multiplicative scatter correction,MSC)对全波段光谱进行预处理,将预处理后的光谱数据进行主成分分析(principal components analysis,PCA),分别得到前3个主成分的三维载荷图,根据样本在图中的空间分布特征,因而选择效果较好的SNV预处理方法。以全波段光谱最优主成分作为模型输入量,建立邻近算法(K-nearest neighbor,KNN)、随机森林(random forests,RF)、极限学习机(extreme learning machine,ELM)判别模型,识别率分别为63.89%,94.44%和86.11%,结果表明,非线性模型(RF、ELM)识别率较高,其中RF模型性能优于ELM模型。为比较基于全波段与特征波长建立的工夫红茶发酵品质程度模型判别效果,采用连续投影算法(successive projections algorithm,SPA)提取31个特征波长进行PCA降维处理,以特征波长最优主成分作为模型输入量,构建SPA-KNN,SPA-RF和SPA-ELM判别模型,识别率分别为83.33%,91.67%和91.67%。通过SPA对变量筛选后,SPA-KNN和SPA-ELM模型性能明显提高,SPA-RF模型识别准确度略有下降。与特征波长建立的模型相比,全波段建立的RF模型性能最佳,对工夫红茶轻度发酵、适度发酵、过度发酵的判别率分别达到了100%,83.33%和83.33%。研究结果为推进红茶智能化、数字化加工的实现,提供了理论基础和科学依据。

关键词：发酵红茶高光谱技术化学计量学判别分析预测性能

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基层安全生产监管现状、问题及对策研究

中国安全科学学报 2013年第8期23卷 157-163页

作者：陈国华安霆范小猛华南理工大学安全科学与工程研究所

为切实了解我国基层安全生产监管工作基本现状,对广东省某地进行调研,走访调查县乡2级安全监管相关政府机构,跟踪记录其日常监管执法工作。重点梳理和分析安全监管体制、安全执法机制、安全监管模式3个层面的问题。结果表明:基层安全生... 详细信息

为切实了解我国基层安全生产监管工作基本现状,对广东省某地进行调研,走访调查县乡2级安全监管相关政府机构,跟踪记录其日常监管执法工作。重点梳理和分析安全监管体制、安全执法机制、安全监管模式3个层面的问题。结果表明:基层安全生产监管存在突出的体制性和需求性矛盾,表现出监管力量单一、乡镇监管机构执法权限不足、监管人员业务素质偏低等问题;应该从构建多元化基层安全监管模式、推进乡镇安全监管法制化等方面解决基层安全监管工作中的体制性矛盾,并采取优化人员遴选与培训方式、落实执法设备标准化建设等措施来解决这些矛盾。

关键词：基层安全生产监管委托执法监管能力技术支撑

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某型装备的UWB电磁脉冲效应研究

高电压技术 2008年第11期34卷 2428-2432页

作者：安霆刘尚合孙国至张勇强军械工程学院静电与电磁防护技术研究所石家庄050003 72465部队济南250022

为了研究某装备的超宽带(UWB)电磁脉冲效应,结合装备的具体情况分析了传输线的场线耦合和串扰理论及相关文献后指出,在UWB作用下其控制线可能激励较高的差模干扰电压,且此干扰能"通过"光电耦合器件并注入设备后级敏感电路。利用屏蔽室... 详细信息

为了研究某装备的超宽带(UWB)电磁脉冲效应,结合装备的具体情况分析了传输线的场线耦合和串扰理论及相关文献后指出,在UWB作用下其控制线可能激励较高的差模干扰电压,且此干扰能"通过"光电耦合器件并注入设备后级敏感电路。利用屏蔽室、吸波墙和GW级超宽带辐射器等搭建的UWB辐照实验系统进行效应实验的结果表明上述分析正确。经分析和实验验证证明,该装备在UWB辐照下其正常的工作状态会受到显著影响。

关键词：传输线电磁效应超宽带串扰场线耦合光电耦合器件

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一种适用性广的线缆电磁脉冲效应计算方法

河北科技大学学报 2011年第S1期32卷 204-206页

作者：安霆毛红旗刘尚合临沂大学信息学院山东临沂276000 军械工程学院静电与电磁防护技术研究所河北石家庄050003

为获得能用于多种电磁脉冲作用下长线缆电磁脉冲效应计算的方法,基于Agrawal和Vance模型,该文推导了适用性较广的场线耦合效应计算方法。利用编写的Matlab程序,计算了长度参数改变条件下的线缆HEMP(核电磁脉冲)效应。计算显示,短线缆效... 详细信息

为获得能用于多种电磁脉冲作用下长线缆电磁脉冲效应计算的方法,基于Agrawal和Vance模型,该文推导了适用性较广的场线耦合效应计算方法。利用编写的Matlab程序,计算了长度参数改变条件下的线缆HEMP(核电磁脉冲)效应。计算显示,短线缆效应计算结果与FDTD法结果是一致的,这证明了推导算式的正确性;推导的算式能有效用于长线缆效应计算。由计算过程可知,所获方法也能用于小线径及不同种类电磁脉冲作用下的线缆电磁脉冲效应计算。

关键词：电磁脉冲效应长线缆核电磁脉冲计算

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危险化学品事故多米诺效应历史数据研究评述

中国安全生产科学技术 2015年第4期11卷 64-70页

作者：陈国华安霆陈培珠华南理工大学安全科学与工程研究所广东广州510640

系统整理分析近十五年来国内外利用历史数据进行危险化学品事故多米诺效应研究的相关文献,介绍该领域研究的主要数据来源、主要研究方法,对主要研究内容进行交叉比对,整理挖掘包括危险化学品多米诺事故场景下的易发物质、高发区域/过程... 详细信息

系统整理分析近十五年来国内外利用历史数据进行危险化学品事故多米诺效应研究的相关文献,介绍该领域研究的主要数据来源、主要研究方法,对主要研究内容进行交叉比对,整理挖掘包括危险化学品多米诺事故场景下的易发物质、高发区域/过程、主要事故致因、高频事故序列、致死概率5项事故内在规律并对规律的运用进行初步探讨。提出在后续研究中可以从改进采样时间区间设计和进行细分事故场景研究作为该领域的完善方向。

关键词：危险化学品事故多米诺效应历史数据分析研究评述

危险化学品多米诺事故应急资源需求量估算模型

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中国安全科学学报 2015年第4期25卷 87-93页

作者：陈国华安霆陈培珠华南理工大学安全科学与工程研究所

为准确估算危险化学品多米诺效应事故场景下的应急资源需求量,提出一种针对潜在多米诺效应事故的应急资源需求量估算方法。包括确定潜在多米诺事故链条,计算多米诺事故场景中各设备发生事故的概率,建立基于共性-个性的应急资源分类方法... 详细信息

为准确估算危险化学品多米诺效应事故场景下的应急资源需求量,提出一种针对潜在多米诺效应事故的应急资源需求量估算方法。包括确定潜在多米诺事故链条,计算多米诺事故场景中各设备发生事故的概率,建立基于共性-个性的应急资源分类方法及相应的需求量估算模型等。利用所提出的估算模型估算某典型多米诺事故案例中消防类应急资源的需求量。案例分析表明,与理论需求量相比,实际调度量明显偏高。应急决策人员容易盲目判断潜在多米诺效应事故场景下的应急资源需求量。所建立的应急资源需求量估算模型能为此方面的应急决策提供支持。

关键词：危险化学品事故多米诺效应应急资源需求应急资源分类估算

红茶感官品质及成分近红外光谱快速检测模型建立

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农业工程学报 2018年第24期34卷 306-313页

作者：董春旺梁高震安霆王近近朱宏凯中国农业科学院茶叶研究所杭州310008 哥本哈根大学食品科学系

以在发酵过程中小叶种工夫红茶为研究对象,分别建立了基于近红外光谱检测技术的感官品质评分和理化品质指标(茶黄素、茶红素、茶褐素、儿茶素和酚氨比)的定量分析模型。在模型建立过程中,探讨了特征变量优选方法对预测模型的影响。首先... 详细信息

以在发酵过程中小叶种工夫红茶为研究对象,分别建立了基于近红外光谱检测技术的感官品质评分和理化品质指标(茶黄素、茶红素、茶褐素、儿茶素和酚氨比)的定量分析模型。在模型建立过程中,探讨了特征变量优选方法对预测模型的影响。首先,对获取的近红外光谱数据进行标准正态变量变换法(standard normal Z transformation,SNV)预处理,进而采用联合区间偏最小二乘回归(synergy interval PLS,Si-PLS)、随机蛙跳算法(shuffled frog leaping algorithm,SFLA)、竞争性自适应权重取样法(competitiveadaptivereweightedsampling,CARS)和连续投影(successive projections algorithm,SPA),筛选出各品质指标的最优特征波长变量;最后基于优选波长分别建立各发酵品质指标的偏最小二乘法(partial least squares regression,PLS)线性预测模型和支持向量机(support vector regression,SVR)非线性预测模型。模型结果比较表明,Si、CARS、SFLA和SPA等变量筛选方法可有效压缩变量,以及进一步提高模型精度。非线性模型的预测均方根误差值(root-mean-square error of prediction,RMSEP)均明显小于PLS模型,相关性系数(correlation coefficient,R)和相对分析误差(relative percent deviation,RPD)均高于PLS模型。对于红茶发酵品质的检测上,非线性模型性能优于线性模型。感官品质、茶褐素和儿茶素的最优变量SVR预测模型的RPD值分别为3.923、3.234和5.462,酚氨比和茶红素模型的RPD值分别为2.815和2.223。除茶黄素的评价模型外(RPD为1.77),基于最优特征波长的各品质指标SVR模型的RPD值均大于2,表明模型具有极好的预测性能。研究结果为实现工夫红茶发酵品质的近红外光谱快速检测的实际应用奠定理论基础。

关键词：近红外光谱发酵无损检测红茶发酵品质变量筛选化学计量学