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光谱学与光谱分析 2020年第5期40卷 1547-1553页

作者：潘钊李瑞航吴希军崔耀耀燕山大学河北省测试计量技术及仪器重点实验室河北秦皇岛066004 燕山大学信息科学与工程学院河北秦皇岛066004

芝麻油营养丰富,因市场价格较高,掺假现象频出,严重损害了消费者利益和市场的健康发展。因此,研发一种简单快速准确鉴别掺伪芝麻油的方法,对保障消费者权益和市场健康具有重要意义。为此,提出了一种小波矩结合三维荧光光谱掺伪芝麻油鉴... 详细信息

芝麻油营养丰富,因市场价格较高,掺假现象频出,严重损害了消费者利益和市场的健康发展。因此,研发一种简单快速准确鉴别掺伪芝麻油的方法,对保障消费者权益和市场健康具有重要意义。为此,提出了一种小波矩结合三维荧光光谱掺伪芝麻油鉴别方法。该方法简单快速,计算样本的任一有效特征进行谱系聚类,即可准确鉴别掺伪芝麻油。以43个样本(芝麻油16个,掺伪菜籽油、掺伪大豆油及掺伪玉米油各9个)为研究对象,用FS920荧光光谱仪获得样本的三维荧光光谱。用db2小波将光谱进行多尺度分解(MRSD),用MRSD的一阶离散逼近系数构造小波矩。用前两阶小波矩值W0,0,W1,0,W1,1,W0,1,W2,0,W2,1,W2,2,W1,2,W0,2分别作为特征对样本进行谱系聚类,观察分析聚类结果。结合邓恩分类指数(DVI)进一步分析,研究同阶小波矩分类效果及规律。进而研究各阶小波矩的分类效果及规律。最终确定了用于鉴别掺伪芝麻油的最佳小波矩值。结果表明:MRSD一阶逼近重构光谱可以在保留原光谱的有效特征基础上,大量去除噪声,减少光谱数据量72.4%,增强模型的抗噪稳定性和实时性。利用小波矩前两阶矩值W2,1,W2,2,W1,2,W0,2其一作为分类特征进行谱系聚类,即可鉴别掺伪芝麻油。同阶小波矩(Wp,q)随p值减小q值增大呈现规律性,确定了同阶小波矩的有效矩值及最佳有效矩值。小波矩随着阶数的增加DVI先增后减,最后趋于稳定,确定了各阶小波矩中可用于鉴别掺伪芝麻油的目标矩值W0,q≥2及最佳目标矩值W0,6。小波矩的有效及目标矩值是针对样本分类的有效特征,计算样本的任一有效特征进行谱系聚类,即可实现掺伪芝麻油的鉴别。该研究思路及结论为矩值法应用到三维荧光光谱提供参考。该方法简单快速,可实现在线测量,为质监部门及生产企业提供油品检测和鉴定手段。

关键词：芝麻油三维荧光小波矩多尺度分析谱系聚类邓恩指数

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双变量小波阈值去噪和改进混沌预测模型在短期电力负荷预测中的应用

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中国电机工程学报 2015年第22期35卷 5723-5730页

作者：张淑清师荣艳董玉兰李盼任爽姜万录河北省测试计量技术及仪器重点实验室(燕山大学电气工程学院) 河北省秦皇岛市066004

混沌预测是电力负荷预测研究的新焦点。该文提出双变量阈值函数和改进混沌预测模型相结合的新方法。该方法克服了传统最大Lyapunov指数预测模型对噪声干扰比较敏感、计算量大、预测时间长以及预测精度不高等缺陷。通过对典型混沌系统和... 详细信息

混沌预测是电力负荷预测研究的新焦点。该文提出双变量阈值函数和改进混沌预测模型相结合的新方法。该方法克服了传统最大Lyapunov指数预测模型对噪声干扰比较敏感、计算量大、预测时间长以及预测精度不高等缺陷。通过对典型混沌系统和实际电力负荷系统进行短期预测分析,证明该方法能较好排除无关因素对预测的干扰,缩短预测时间,有效提高预测精度。

关键词：负荷预测小波阈值去噪双变量阈值函数混沌预测模型改进

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改进LMD和LS-SVM在小电流接地故障选线中的应用

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计量学报 2016年第6期37卷 632-637页

作者：曹丽芳赵朋程陈颖王玉田张淑清张航飞徐剑涛燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室

提出一种改进的局部均值分解（LMD）和最小二乘支持向量机（LS-SVM）相结合的小电流接地故障选线新方法。针对LMD存在端点效应的缺陷，提出了一种最小平方距离相关的改进算法，对端点效应进行了有效的抑制；LS-SVM在SVM基础上，用二次... 详细信息

提出一种改进的局部均值分解（LMD）和最小二乘支持向量机（LS-SVM）相结合的小电流接地故障选线新方法。针对LMD存在端点效应的缺陷，提出了一种最小平方距离相关的改进算法，对端点效应进行了有效的抑制；LS-SVM在SVM基础上，用二次损失函数代替不敏感损失函数，用等式约束代替不等式约束，降低了计算复杂度。与径向基神经网络（RBF）方法的分类效果对比，验证了LS-SVM在非线性模式识别方面的优势。实验表明该方法能够很好地选出故障线路，为小电流接地故障选线提供了一种有效的新方法。

关键词：计量学故障选线小电流接地局部均值分解端点效应 LMD改进算法最小二乘支持向量机

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电磁弹性动力学初边值问题12类变量广义变分原理

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计算力学学报 2011年第1期28卷 63-65,157页

作者：王作君郑德忠郑成博郑世科燕山大学电气工程学院测试计量技术及仪器河北省重点实验室秦皇岛066004

基于Yao建立的电磁弹性固体广义变分原理,运用关于非传统Hamilton型广义变分原理的方法,建立了电磁弹性动力学初边值问题的12类变量广义变分原理,可反映该问题的全部特征,其独立变分变量为该问题的全部变量,即位移、速度、动量、应变、... 详细信息

基于Yao建立的电磁弹性固体广义变分原理,运用关于非传统Hamilton型广义变分原理的方法,建立了电磁弹性动力学初边值问题的12类变量广义变分原理,可反映该问题的全部特征,其独立变分变量为该问题的全部变量,即位移、速度、动量、应变、应力、电位移、磁感应强度、电场强度、磁场强度、电标量势、磁标量势和磁矢量势。本文建立的广义变分原理可为电磁弹性动力学提供建立杂交或混合有限元等变分近似解法的理论基础。

关键词：广义变分原理电磁弹性动力学初边值问题

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基于表面增强拉曼光谱及密度泛函理论的农药毒死蜱检测研究

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光谱学与光谱分析 2021年第11期41卷 3462-3467页

作者：谈爱玲赵荣孙嘉林王鑫蕊赵勇燕山大学信息科学与工程学院河北省特种光纤与光纤传感重点实验室河北秦皇岛066004 燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室河北秦皇岛066004

毒死蜱作为一种广谱高效有机磷杀虫剂,在农业等领域被广泛使用。但是,环境毒理学研究发现,毒死蜱可直接施于土壤中,与土壤颗粒牢固结合,几乎不会迁移或挥发,而且水溶性低,容易造成药物残留,影响着农副产品食用的安全性,对生态环境具有... 详细信息

毒死蜱作为一种广谱高效有机磷杀虫剂,在农业等领域被广泛使用。但是,环境毒理学研究发现,毒死蜱可直接施于土壤中,与土壤颗粒牢固结合,几乎不会迁移或挥发,而且水溶性低,容易造成药物残留,影响着农副产品食用的安全性,对生态环境具有潜在的危险性,许多国家对毒死蜱在农产品中的残留量有严格的规定。因此,检测毒死蜱残留的生态风险问题是当务之急。表面增强拉曼光谱(SERS)技术具有快捷、高效、灵敏度高等优势,已经成为光谱检测领域的热点研究技术;密度泛函理论被广泛用于分子结构与性质的理论模拟计算及光谱分析。基于表面增强拉曼光谱和密度泛函理论对杀虫剂毒死蜱的拉曼和表面增强拉曼光谱进行理论研究。首先,利用GaussView5.0对毒死蜱分子及加入银团簇基底的分子结构进行构型。其次,对毒死蜱分子采用6-31G基组,并基于密度泛函理论进行结构优化,利用Gaussian09模拟计算出其拉曼及表面增强拉曼光谱,并确定拉曼光谱和SERS光谱峰值归属。最后,从频移量角度分析银团簇Ag2和Ag3对毒死蜱拉曼光谱的增强效应,并进行频移量大小对比。研究发现,在两种尺寸银团簇作用下,拉曼光谱在326, 463, 741, 781, 1 068, 1 294, 1 435和1 602 cm-1波数处的特征峰强度均有明显的增强,且随着银团簇结构尺寸增大,拉曼信号增强效果更为明显;在不同银团簇增强作用下,一些特征峰发生偏移,其频移量与银团簇结构相关联,在Ag2和Ag3银团簇增强下,表面增强拉曼光谱在463, 741~781 cm-1波数处均产生了较大的频移,其余特征峰波数处频移量较小,均在20 cm-1以下,毒死蜱分子分别与Ag2和Ag3入侵后的表面增强拉曼光谱进行对比,频移方向有很好的一致性。该研究结果为表面增强拉曼光谱技术在农药残留检测领域的应用提供了理论依据。

关键词：拉曼光谱表面增强拉曼光谱密度泛函理论银团簇毒死蜱

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基于一维卷积神经网络和拉曼光谱的肺炎支原体菌株分类

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光谱学与光谱分析 2022年第5期42卷 1439-1444页

作者：赵勇何梦园王泊林赵荣孟宗燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室河北秦皇岛066004 燕山大学信息科学与工程学院河北省特种光纤与光纤传感重点实验室河北秦皇岛066004

肺炎支原体是造成人类呼吸系统疾病的主要原因。临床中,患者感染不同肺炎支原体症状极为相似,很难根据症状判别肺炎支原体类型并对症给药。因此,准确判别肺炎支原体菌株类型对于发病机理和疾病流行病学研究以及临床精准治疗具有重要意... 详细信息

肺炎支原体是造成人类呼吸系统疾病的主要原因。临床中,患者感染不同肺炎支原体症状极为相似,很难根据症状判别肺炎支原体类型并对症给药。因此,准确判别肺炎支原体菌株类型对于发病机理和疾病流行病学研究以及临床精准治疗具有重要意义。拉曼光谱具有快速、高效、无污染等优点,在生物医学领域逐渐得到越来越多研究者们的关注。一维卷积神经网络(1D-CNN)是一类包含卷积运算且具有深度结构的前反馈网络,在语音信号和振动信号分析等方面取得成功应用。提出一维卷积神经网络与拉曼光谱技术结合,针对肺炎支原体主要基因型M129型和FH型样本的拉曼光谱数据集,实现肺炎支原体菌株分类。利用光谱数据增强方法扩充原光谱数据集作为模型输入,训练一维卷积神经网络模型,解决由于小样本导致卷积神经网络数据饥渴问题;为了得到最好的肺炎支原体分类效果并加速学习过程,优化模型结构并确定最佳模型参数;拉曼光谱测量时常混有高斯噪声、泊松噪声和乘性噪声,为优化模型抗噪能力,将原光谱分别叠加高斯噪声、泊松噪声和乘性噪声,训练一维卷积神经网络模型并和LDA,KNN和SVM等传统算法进行比较。实验结果表明基于1D-CNN方法,对于叠加高斯噪声的光谱数据所建模型分类正确率为98.0%,叠加泊松噪声的光谱数据分类正确率为97.0%,叠加乘性噪声的光谱数据分类正确率为97.0%,分类正确率远高于基于LDA,KNN和SVM等传统算法所建模型分类正确率;同时构造叠加5,15,25,35,45和55 dBW不同强度噪声的光谱数据集,当噪声达到55 dBW时,1D-CNN模型仍能取得92.5%的分类正确率。因此,一维卷积神经网络结合拉曼光谱技术应用于肺炎支原体菌株类型分类是可行的,具有抗噪声能力强和分类正确率高的优点,该研究为肺炎支原体肺炎快速诊断提供新思路。

关键词：肺炎支原体拉曼光谱定性分类一维卷积神经网络

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基于一维卷积神经网络的雌激素粉末拉曼光谱定性分类

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光谱学与光谱分析 2019年第12期39卷 3755-3760页

作者：赵勇荣康谈爱玲燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室河北秦皇岛066004 燕山大学信息科学与工程学院河北省特种光纤与光纤传感重点实验室河北秦皇岛066004

拉曼光谱物质定性鉴别已被广泛应用于诸多行业和研究领域,但传统拉曼光谱分析过程中的预处理主要依赖人为经验,光谱特征提取虽然能够降低信号维度,同时也会造成部分光谱信息损失。特性相近物质本身光谱相似度较高,受到测量过程中环境干... 详细信息

拉曼光谱物质定性鉴别已被广泛应用于诸多行业和研究领域,但传统拉曼光谱分析过程中的预处理主要依赖人为经验,光谱特征提取虽然能够降低信号维度,同时也会造成部分光谱信息损失。特性相近物质本身光谱相似度较高,受到测量过程中环境干扰和分析过程中多种误差影响,导致最终分类效果并不理想。针对此问题,提出基于一维卷积神经网络(one-dimensional convolution neural network,1D-CNN)的拉曼光谱定性分类方法。实验采集雌酮(Estrone)、雌二醇(Estradiol),雌三醇(Estriol)三种不同雌性激素粉末的拉曼光谱,设计随机平移、添加噪声和随机加权三种光谱数据增强方法,构建数量充足的拉曼光谱数据库用于神经网络模型训练与测试;基于拉曼光谱数据特点提出一维卷积神经网络分类模型,将光谱预处理、特征提取和定性分类的全过程融为一体。通过大量仿真实验,优化所提出的神经网络模型超参数和训练过程并测试分类效果,从预处理对光谱分类结果的影响和模型抗干扰性能两个方面与多种传统拉曼光谱分类算法对比,评价模型性能。实验结果表明,本文提出的一维卷积神经网络模型可实现三类雌性激素粉末拉曼光谱快速准确分类,分类正确率最高可达98.26%,分析过程中无需光谱预处理和特征提取步骤,简化了光谱分析流程,并能保留更多有效信息。同时,当模拟测量噪声强度达到60 dBW时,传统方法分类正确率均明显出现不同程度明显降低,卷积神经网络模型依然能够取得96.81%的分类正确率,说明相比对传统拉曼光谱分类方法,所提出方法受光谱测量噪声影响更小,鲁棒性更强,适用于分析更复杂现场测量的强噪声拉曼光谱信号。该研究结果表明深度学习方法在拉曼光谱的分析与处理领域具有很大的应用潜力和研究价值。

关键词：拉曼光谱深度学习一维卷积神经网络雌性激素定性分类

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基于拉曼光谱和DCGAN数据增强的珍珠粉掺伪检测研究

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光谱学与光谱分析 2022年第3期42卷 769-775页

作者：谈爱玲楚振原王晓斯赵勇燕山大学信息科学与工程学院河北省特种光纤与光纤传感重点实验室河北秦皇岛066004 燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室河北秦皇岛066004

珍珠粉和珍珠层粉化学成分相似,但是珍珠层粉的药用价值远低于珍珠粉,并且珍珠层粉制备容易,成本底,常被不法商家用于冒充或掺入珍珠粉中流入市场,谋取利益。因此,对珍珠粉掺伪鉴别和纯度检测具有重要的意义。采用激光拉曼光谱结合深度... 详细信息

珍珠粉和珍珠层粉化学成分相似,但是珍珠层粉的药用价值远低于珍珠粉,并且珍珠层粉制备容易,成本底,常被不法商家用于冒充或掺入珍珠粉中流入市场,谋取利益。因此,对珍珠粉掺伪鉴别和纯度检测具有重要的意义。采用激光拉曼光谱结合深度学习研究珍珠粉掺伪快速鉴别和纯度分析。将纯珍珠粉和珍珠层粉按一定比例混合,制成珍珠粉质量百分数分别为0%,25%,50%,75%,80%,85%,90%,95%与100%共9种纯度270个模拟掺伪珍珠粉样本。然后对样本进行拉曼光谱采集,参数设置如下:分辨率为4.5 cm^(-1),积分时间为3000 ms,激光功率为20 mW。搭建了深度卷积生成式对抗神经网络(DCGAN)模型,对样本拉曼光谱进行数据增强;在此基础上,结合K近邻(K-nearest neighbor)、随机森林(random forest)、决策树(decision tree)、一维卷积神经网络(1D-CNN)4种分类器,对纯度为85%,90%,95%与100%的小比例掺伪样本进行真伪鉴别分析;同时,结合一维卷积神经网络对9种纯度的珍珠粉掺伪样本建立纯度预测的定量模型。结果表明:基于DCGAN数据增强方法所生成的拉曼光谱,与原始光谱相比,在峰值信噪比和结构相似度两个评价指标上均明显优于传统数据增强方法;在珍珠粉掺伪定性鉴别方面,DCGAN增强后的数据分别送入4种分类器,对4种小比例掺杂样本的真伪鉴别正确率均达到100%;在对9种掺伪纯度样本纯度检测方面,对测试集样本,DCGAN-1DCNN方法所建纯度定量预测模型性能最优,其决定系数R^(2)为0.9884,预测均方根误差RMSEP为0.0348,一维卷积神经网络的损失值Loss为0.0012,定量模型拟合最好。拉曼光谱结合DCGAN算法为珍珠粉掺伪鉴别及纯度检测提供一种快速简便的方法。深度卷积生成式对抗网络的数据增强方法在光谱分析技术领域具有重要的研究意义和应用价值。

关键词：生成式对抗网络拉曼光谱深度学习珍珠粉掺伪一维卷积神经网络

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基于弹性网降维及花授粉算法优化BP神经网络的短期电力负荷预测

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仪器仪表学报 2019年第7期40卷 47-54页

作者：张淑清杨振宁张立国苑世钰王志义燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室秦皇岛066004 93046部队青岛266111

电力负荷预测为电力系统规划和运行提供可靠的决策依据。随着智能电网的全面发展,数据采集与监视控制系统(SCADA)获取数据量增加,数据的结构也更加复杂,负荷的频繁变化以及地区性的气象因素等都将影响负荷的预测的准确性。提出一种弹性... 详细信息

电力负荷预测为电力系统规划和运行提供可靠的决策依据。随着智能电网的全面发展,数据采集与监视控制系统(SCADA)获取数据量增加,数据的结构也更加复杂,负荷的频繁变化以及地区性的气象因素等都将影响负荷的预测的准确性。提出一种弹性网(EN)进行大数据降维以及花授粉算法(FPA)优化BP神经网络的短期电力负荷预测方法。首先采用弹性网对负荷和气象等高维大数据进行选择和降维。弹性网通过在惩罚项中添加L1范数和L2范数,兼具了最小绝对值收缩及变量选择(LASSO)和岭回归的优点,克服了LASSO降维时因为数据内部存在共线性和群组效应而影响降维效果的问题;然后,考虑到BP神经网络权值和阈值容易受到初值的影响、收敛速度慢以及容易陷入局部最优,引入花授粉算法(FPA)优化BP神经网络,通过与粒子群算法(PSO)对比得出花授粉算法寻优速度更快,效果更好。本文方法应用于实际电力负荷预测,结果表明能有效提高预测精度。

关键词：短期电力负荷预测大数据变量选择及降维最小绝对值收缩及变量选择弹性网花授粉算法优化BP神经网络

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基于Faster R-卷积神经网络的金属点阵结构缺陷识别方法

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兵工学报 2019年第11期40卷 2329-2335页

作者：张玉燕李永保温银堂张芝威燕山大学电气工程学院河北秦皇岛066004 燕山大学测试计量技术及仪器河北省重点实验室河北秦皇岛066004

采用增材制造技术制备的金属三维点阵结构可能存在裂纹、未熔合、断层等缺陷,导致金属点阵结构的结构-功能性能下降,为此提出一种金属三维多层点阵结构内部缺陷的检测方法。在Faster R-卷积神经网络架构基础上设计特征提取网络,结合工... 详细信息

采用增材制造技术制备的金属三维点阵结构可能存在裂纹、未熔合、断层等缺陷,导致金属点阵结构的结构-功能性能下降,为此提出一种金属三维多层点阵结构内部缺陷的检测方法。在Faster R-卷积神经网络架构基础上设计特征提取网络,结合工业CT扫描图片,对得到的断层灰度图像中缺陷部位进行快速、准确、智能检测识别和定位。实验验证结果表明,对金属三维多层点阵结构样件的内部典型缺陷识别率达到99. 5%.

关键词：金属点阵结构缺陷识别无损检测 CT扫描图像 Faster R-卷积神经网络

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