一种基于EWMA-PCA的水质光谱数据标准化方法研究

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作   者：

周思寒;  胡新宇;  汤斌;  赵明富;  李奉笑;  汪仁杰;  肖棋森;  肖渝; 

作者机构：

重庆理工大学现代光电检测技术与仪器重点实验室; 

关键词：

标准化;  归一化;  EWMA-PCA;  模型传递;  紫外-可见水质光谱; 

期刊名称：

光谱学与光谱分析

i s s n：

1000-0593

年卷期：

2020 年 40 卷 011 期

页   码：

3443-3450

摘   要：

模型传递对于解决由于样本与各仪器响应函数不同所导致的量测信号不一致具有重要意义,而解决模型传递的有效方法是仪器或数据标准化针对现有的光谱标准.针对现有的光谱标准化方法中,鲜有对紫外-可见吸收光谱的应用研究,且紫外-可见光谱法水质多参数检测光谱探测单元存在分辨率、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的问题,提出采用EWM A-PCA归一化算法,实现紫外-可见水质光谱在不同仪器上的模型传递.EWMA(exponentially weighted moving-average)是一种指数加权平均移动算法,用以寻找以较高概率产生观察紫外-可见水质光谱数据的系统发生树,最大概率情况复原理论紫外-可见水质光谱数据,使紫外-可见光谱特征不丢失、不偏移,减小由于数据处理对紫外-可见水质光谱数据的影响.采用不同浓度的邻苯二甲酸氢钾溶液,对日本滨松C10082CA H光谱仪、美国海洋光学Maya2000Pro光谱仪以及厦门奥谱天成ATP2000光谱仪进行对比测试实验.对比组1选取源机滨松C10082CAH光谱仪和目标机海洋Maya2000Pro光谱仪,对比组2选取源机滨松C10082CAH光谱仪和目标机奥谱天成ATP2000光谱仪,对比组3选取源机海洋Maya2000Pro光谱仪和目标机奥谱天成ATP2000光谱仪.三组比对实验结果表明,该算法能很好地应用于不同的比对光谱仪中,在采用EWM A-PCA归一化算法对水质吸收光谱数据标准化后,相关系数达到99.5765%,方差达到0.0823%,且波峰偏移量可降低至0.0005%,基于EWM A-PCA归一化光谱标准化算法具适应性广、所需传递样本少、传递精度高等优点,研究结果对光谱法水质检测仪器的广泛应用具有重要理论指导意义和工程应用参考价值.