收藏本站
《中国海洋大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

浓度参量荧光光谱油种鉴别技术研究

王春艳  
【摘要】: 海洋溢油事故的频发和其对海洋环境安全和人类健康的严重危害,将海洋溢油的研究提到了全球环境问题的焦点之一。溢油事故发生后,必须及时准确地进行油指纹分析鉴别,确定责任归属,为污染清除费用的索赔提供依据,这对有效地防治船舶运输、船上石油开发造成的油污染具有重要意义。因此,建立一套实时、经济、易于推广的海洋溢油样品多环芳烃(PAHs)分析技术,对中国这样一个环境压力日趋严重的世界上最大的发展中国家具有重要的实用价值。 荧光光谱技术具有灵敏度高、分析结果快速、受风化影响小等优点,一直作为国际海事组织(IMO)推荐的主要标准的化学分析仪器之一,但光谱重叠严重,对于相近油源原油样品的鉴别能力有限,溢油指纹检测仅限于初期的普查阶段,未能成长为独立有效的检测手段。 作为成熟的光谱技术,荧光技术近年来的发展趋势主要集中在(i)针对荧光鉴别能力有限的问题,改进光谱获取技术,增加信息维度,丰富荧光信息。(ii)针对多组分混合体系荧光光谱重叠严重的问题,利用先进的数据挖掘手段提取特征量,进行光谱分析及识别。 论文针对原油相关样品,从荧光光谱技术的发展及数据挖掘手段的应用两个方面做了较为详细的综述。同时论文的主体工作也围绕这个两个方面进行了探索,以期提高荧光指纹鉴别技术的识别率。 论文的第三章针对原油相关样品荧光光谱的光谱特征,提出了引入浓度作为辅助参量以增加荧光光谱信息量的方法,结合单质芳烃组分的荧光光谱随浓度变化的实验研究分析引入浓度参量的必要性和有效性。针对原油相关样品浓度参量荧光光谱的特点,就光谱技术的选择,参数的选择,试剂的选取进行了详细的实验分析和讨论。 考虑到单一浓度不能反映原油相关样品芳烃组成比率的不同,引入浓度一维,全面反映不同环数的多环芳烃及其荧光特性,同时利用同步荧光光谱可通过单次测量反映三维光谱的主要信息。二者的结合构成的浓度同步荧光光谱矩阵(CSMF)全面地反映了原油相关样品芳烃组分荧光信息,为数据挖掘提供充足的组分信息。 第四章基于浓度同步荧光光谱矩阵(CSMF)对不同层次原油相关样品进行光谱数据的采集。考虑到海洋溢油复杂条件对浓度参量荧光光谱技术可能造成的影响,在多种外扰条件进行了综合实验研究,获取了不同类别不同油田36个原油相关样品的光谱。从光谱角度全面考察了荧光溢油鉴别方法的有效性和适用范围。 有效的特征提取是模式识别成功率的关键,第五章利用不同的特征提取方法对不同层次的原油相关样品进行了特征提取,并针对其特征提取量特点对方法的有效性进行了详细讨论。结果表明:主成分分析方法(PCA)的主成分载荷图可以很好的反映各个原油相关样品在油源上相近程度;而偏最小二乘法PLS的主成分提取方式在相近油源的原油相关样品的特征分析上要优于PCA;二维Gabor小波变换能够捕捉对应于空间位置、空间频率及方向选择性的局部结构信息,对风化条件下的相近油源样品的CSMF光谱实现了鲁棒性高的最优特征提取,为分类识别奠定了良好基础。 第六章是在第五章浓度同步荧光光谱矩阵(CSFM)详细的特征分析的基础上,针对原油相关样品样本进行最终的分类识别。根据海洋溢油现场的要求,通过“浓度层析局部匹配方法”与“相对特征提取及模式识别方法”的结合,建立起一套基于原油样品浓度参量荧光光谱的溢油指纹鉴别技术。 首先利用浓度层析光谱局部匹配方法分别对相近油源的原油相关样品鉴别和引入外扰原油相关样品集进行了测试。通过对不同参数选择的测试结果分析,对该方法参数的选定进行了讨论,确定了参数的最佳选择范围。结果表明,该方法不需要大量对可疑油样提取训练样本,只需单次测量可疑油样的浓度同步荧光光谱矩阵(CSFM),同时对肇事油样,只需采集6-8个浓度系列的CSFM光谱,十分符合快速、简便、易操作的溢油实时监测要求,并可同时对溢油在一定体积中的含量进行定量。但风化等外扰的引入也会使相近油种之间鉴别产生错误判断,准确率降低。当外扰较大的情况下,可以辅助其他指纹鉴别方法实现浓度定量。 作为本论文的各类数据分析方法的总结,将PCA、PLS以及二维Gabor小波提取的特征量,分别与ANN和SVM结合进行原油相关样品的分类识别。在特征提取的选择上,Gabor要优于PCA和PLS,而针对模式识别,由于该油种鉴别技术是属于小样本分类识别,所以ANN的结果不稳定,SVM的分类效果较为理想。交叉检验的结果表明:针对引入外扰情况下的相近油源的溢油样品集,特征提取和分类器的选择对识别结果的影响较大,其中Gabor_SVM的识别准确率是最高的,可达到92%。同时由于两类分类区分的结果远远高于多类分类识别的结果,可利用多类识别的方法,逐步缩减嫌疑样本,最后实现原油相关样品的准确识别。 作为论文的最后一部分,第七章在对论文工作进行总结的基础上,从方法改进和实用化两个角度提出了进一步努力的方向:实用化技术方案的充实完备、样品池的进一步改进、新的数据挖掘方法的引入、仪器的初步构想以及将本论文中实现的方法向其它领域扩展的设想。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 马惠敏;基于投影的灰度图像特征提取[J];光学技术;2002年06期
2 孟国强;基于车辆牌照识别系统字符的特征提取方法研究[J];河南科学;2003年06期
3 张晓东,陈锋;基于非线性回归的自适应特征提取算法[J];阜阳师范学院学报(自然科学版);2004年02期
4 杜峰,施文康,邓勇;证据特征提取及其在证据理论改进中的应用[J];上海交通大学学报;2004年S1期
5 史玉峰,靳奉祥;高维数据有效特征的提取方法及其在测绘信息模式识别中的应用[J];有色金属;2004年04期
6 陈宇萍;外观设计专利图像检索系统研究[J];科技管理研究;2005年04期
7 胡伟文,苑秉成,刘千里,姜礼平;目标信号特征提取中的特征压缩及其算法研究[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2005年04期
8 刘丽华;自动人脸识别方法研究与展望[J];内江科技;2005年05期
9 刘丽华;人脸识别方法综述[J];云南师范大学学报(自然科学版);2005年06期
10 薛少娟;左万利;赫枫龄;;基于颜色分块全局直方图的图像检索方法及系统实现[J];吉林大学学报(理学版);2006年04期
11 翟俊海;张素芳;王熙照;;基于小波变换和支持向量机的图像分类[J];河北大学学报(自然科学版);2007年03期
12 官云兰;张红军;刘向美;;点特征提取算法探讨[J];东华理工学院学报;2007年01期
13 禄丰年;;多源遥感影像配准技术分析[J];测绘科学技术学报;2007年04期
14 闫立梅;焦德杰;;一种改进的特征提取模型及其算法[J];德州学院学报;2007年04期
15 李童;罗代升;王正勇;;遗传优化神经网络实现的人民币号码识别系统[J];四川大学学报(自然科学版);2007年04期
16 夏国恩;;基于核主成分分析特征提取的客户流失预测[J];计算机应用;2008年01期
17 孙青;刘智勇;;基于朴素贝叶斯分类模型的车型识别方法[J];五邑大学学报(自然科学版);2008年03期
18 王旭;张达敏;周勇;;基于小波变换的数字调制信号特征提取[J];贵州科学;2008年04期
19 关腾;许娜;;金融时间序列的多重分形分类[J];郑州大学学报(理学版);2008年04期
20 于春梅;潘泉;程咏梅;张洪才;;基于核主元提取的支持向量机辨识[J];数学的实践与认识;2009年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 林土胜;赖声礼;;视网膜血管特征提取的拆支跟踪法[A];1999年中国神经网络与信号处理学术会议论文集[C];1999年
2 钱小聪;郑宝玉;穆明鑫;;神经网络联机手写签名验证[A];第十届全国信号处理学术年会(CCSP-2001)论文集[C];2001年
3 张羽;汪源源;王威琪;余建国;林继耕;;狭窄血管多普勒信号特征提取的实验研究[A];21世纪医学工程学术研讨会论文摘要汇编[C];2001年
4 柳林霞;陈杰;窦丽华;;不变矩理论及其在目标识别中的应用[A];2002中国控制与决策学术年会论文集[C];2002年
5 杨日杰;施建礼;林洪文;;一种雷达视频回波特征提取方法研究[A];中国航空学会信号与信息处理专业全国第八届学术会议论文集[C];2004年
6 代克杰;张红梅;盛赛斌;;基于BP网络的故障特征提取方法研究[A];2004中国控制与决策学术年会论文集[C];2004年
7 何新;史迎春;周献中;;一种基于独立分量分析的音频分类方法[A];第一届建立和谐人机环境联合学术会议(HHME2005)论文集[C];2005年
8 朱晓霞;孙同景;陈桂友;;基于支持向量机理论的两级指纹分类实现方法[A];第16届中国过程控制学术年会暨第4届全国故障诊断与安全性学术会议论文集[C];2005年
9 赵香爱;何苗;金玉善;丛琳琳;李东浩;;人参种植地土壤中多环芳烃的分布特征[A];持久性有机污染物论坛2010暨第五届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集[C];2010年
10 范海宁;郭英;吴剑锋;陈志武;;基于小波包分解的声信号特征提取方法[A];信号与信息处理技术第三届信号与信息处理全国联合学术会议论文集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 董新昕;欧盟制定多环芳烃使用限量[N];中国国门时报;2004年
2 记者 孟晶;欧盟2010年正式限用多环芳烃[N];中国化工报;2007年
3 燕海霞;王忆勤;李福凤;脉象信号研究日渐深入[N];中国医药报;2005年
4 ;家电出口遭遇新PAHs指令[N];中俄经贸时报;2008年
5 荀恒栋;各类识别保护标志[N];法制日报;2003年
6 沈宣铭 肖新华;部分输欧童鞋遭退运[N];温州日报;2007年
7 陈树棠;千万别低估吸烟的危害[N];卫生与生活报;2006年
8 沈占锋;遥感影像信息提取与分析[N];计算机世界;2006年
9 汪文;多环芳烃事件蔓延 中国电动工具比利时被拒[N];民营经济报;2005年
10 本报记者 桑雪骐;一次性纸杯少用为宜[N];中国消费者报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王春艳;浓度参量荧光光谱油种鉴别技术研究[D];中国海洋大学;2010年
2 李宁;基于视觉认知的人体行为特征提取模型研究[D];北京交通大学;2010年
3 张旗;基于属性的图像分类研究[D];大连海事大学;2005年
4 张立福;通用光谱模式分解算法及植被指数的建立[D];武汉大学;2005年
5 苏彩红;墙地砖质量自动检测技术的研究[D];华南理工大学;2004年
6 宋余庆;医学图像数据挖掘若干技术研究[D];东南大学;2005年
7 宋晴;基于液滴分析技术和液滴指纹图的液体识别方法的研究[D];天津大学;2005年
8 吴婷;自发脑电脑机接口模式识别关键技术与实验研究[D];上海交通大学;2008年
9 孙真真;基于光学区雷达目标二维像的目标散射特征提取的理论及方法研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2001年
10 武子玉;矿物近红外光谱信息提取及应用研究[D];吉林大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 曾红梅;情绪图片视觉诱发EEG特征提取与分析[D];天津大学;2012年
2 黄健;履带式车辆微多普勒效应与特征提取[D];国防科学技术大学;2009年
3 魏静;基于Gabor滤波器的掌纹识别方法研究[D];山西师范大学;2010年
4 郑睿;藻类细胞图像的特征提取与分类方法研究[D];杭州电子科技大学;2009年
5 郑沁锋;基于Gabor滤波的虹膜识别研究[D];四川师范大学;2010年
6 苏滨;基于Gabor小波变换的掌纹特征提取算法研究[D];山东大学;2010年
7 雷自力;基于Pro/E的三维零件参数化建模和特征提取研究[D];华中科技大学;2011年
8 林少波;中文文本分类特征提取方法的研究与实现[D];重庆大学;2011年
9 王宇;基于Gabor纹理的AAM建模[D];西安电子科技大学;2010年
10 卢建云;基于Gabor小波与CS-LBP的人脸特征提取算法研究[D];重庆大学;2010年
中国知网广告投放
 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