饲料总能近红外反射光谱定量分析模型的优化
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能测 定 饲料 中 的微 量 成 分 （ 氨 基 酸 、 生 素 等 ） 还 如 维 ， 可 以进 行饲 料 营 养价 值 的评 定 （ 总 能 、 化 能 、 如 消 可利
通 过 高速 万 能 粉 碎 机 （ Ｗ１５型 ） 样 本 进 行 粉 Ｆ ３ 对 碎 ， 其 全部 通 过 １ 的筛孔 ， 混 合 均匀 ， 于 光谱 使 ｍｍ 并 备 采集 。样 本 总能 的测定 采 用 氧弹 式热 量 计 （ Ｒ一３ ０ Ｇ ５０
用氨基酸和有机物消 化率等 ） 目前 ， 。 国内外学者对
饲 料 原料 、 配合 饲 料 中总 能 和 消 化 能 方 面进 行 了大 量
的研 究 ， 得 了一 定 的研 究 成果 Ｈ 。 取 ｊ
型 ）利用 １２ ， ． 节仪器配套 的 Ｔ ｎｌ ｉ ｖ ． Ｑ Ａ ａ ｓ ６０定量分 ｙｓ
要 ： 利 用 近 红外 反 射 分 析 技术 ，采 用 偏 最 小 二乘 （ Ｌ ） Ｐ Ｓ 回归 方 法 ， 别 对 光谱 进 行 附 加散 射 校 正 、 量 标 准 分 变
化 、 阶 导 数 和二 阶导 数 处理 ， 立 了饲 料 中 总能 的预测 模 型 。通 过 比较 ， 一 建 附加 散 射 校 正 和 一 阶导 数 处 理 定 标 效 果 最 优 。定 标 集 化 学分 析 值 与 预测 值 之 间 的 决定 系数 Ｒ 和标 准 差 Ｒ Ｅ ＭＳ Ｃ分 别 为 ０． ０ ０和 ０ １ ３ 相 对 分 析 误 ９６ ．５ ，
中 图分 类 号 ：ｓ １ ．５； ６ ７ ３ ８ ６ １ ０ ５ ．３ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ ０ ３—１ ８ ２ ０ ） ８－０ ２ ０ ８ Ｘ（ ０ ８ ０ ０ ４— ４
０ 引 言
近红 外 反射 光 谱 （ Ｉ Ｓ 分 析 技 术 是 近 年 来 发 展 ＮＲ ）
维普资讯
２０ ０ ８年 ８月
农 机 化 研 究
第 ８期
饲 料 总 能 近 红 外 反 射 光 谱 定 量 分 析 模 型 的 优 化
牛智有 ，韩鲁佳
（ ． 中农 业 大学 工 程 技 术学 院 ，武 汉 １华 摘 ４０７ ３ ０ ０； ２ 中 国农 业 大 学 工 学 院 ，北京 ． １０８ ） ０ ０ ３
析 软件 ， 现 光 谱数 据 的获 取 、 换 和光 谱 的存 储 。 实 转 １４ 异 常样 本 的 判别 方 法 ．
笔者 应 用 Ｎ Ｒ Ｉ Ｓ分 析 技 术 ， 集 具 有 代 表 性 的饲 收 料样 本 ， 过 对 饲 料 近 红 外 反 射 光 谱 分 析 ， 择 最 优 通 选 的光谱 预 处 理方 法 ， 用 偏 最小 二 乘 （ Ｌ ） 标 方 法 ， 采 ＰＳ定 建 立 反 刍动 物 饲 料 总 能 的近 红 外 反 射 光 谱 定 量 分 析 模 型 ， 饲料 总 能 的检 测 提供 了新 思路 和新 方 法 。 为
差 为 ３ ３ 验 证 集化 学 分 析 值 与预 测 值 之 间 的 决定 系 数 ｒ ． ６； 和标 准差 Ｒ Ｅ ＭＳ Ｐ分 别 为 ０ ８ ２ ． ９ ４和 ０ １ ６， 对 分 析 ．５ 相 误 差 为 ３ ２ 。结 果 表 明 ， 用 近 红外 光 谱 反射 （ ＩＳ 分 析技 术 可 以定 量 检 测 充 料 总能 的含 量 。 ．２ 利 ＮＲ ） 关键词 ： 饲 料总能 ；近红外反射光谱 （ Ｉ Ｓ ；偏最小二乘 （ Ｌ ） ＮＲ ） Ｐ Ｓ ；模型优化
（ ｅｅａｅ 的 阈值 设 为 各 样 本 平 均 影 响 值 的 两 倍 ， Ｌｖｒｇ ） 如 果 大 于 该 阈值 ， 可 判 断 该 样 本 光 谱 异 常 。学 生 残 差 则
１ 实 验 材 料 、 器 与 方 法 仪
１ １ 实验 样本 与制 备 ．
（ ｅ ｄａ） Ｒ ｓ ｕ１的阈值 设为样本平 均值 的 ３倍 ， 于该 阈 ｉ 大 值意味着该样 本化学值 异常 。光谱和化 学值均 异常
的样 本 为 “ 异 ’ 本 ， 样 本集 中剔 除 ］ 特 ’ 样 从 。
１ ５ 模 型定 标 方法 ．
在 收集 的 １ １ຫໍສະໝຸດ 动 物饲 料 样 本 中 ， 饲 料 样 本 ６ ５ 个 猪 ８
个， 鸡饲料样本 ５ ４个 ， 牛饲料样 本 ２ ９个 ， 分别来 自山 东、 新疆 、 辽宁 、 河北、 吉林 、 山西、 北京 、 湖北和 内蒙等
１ ３ 实验 方法 ． ．
起来 的一种新型的快速分 析检测技术 ， 具有测试速度 快 、 需 对样 品 进 行 处 理 、 无 多种 成 分 同 时 分 析 和 成 本 低等诸多优点 ， 在饲料 品质检测方面 已得到广泛 的应 用 。运 用该 技 术 不仅 能 测 定 饲 料 中 的 常 规 成 分 ， 而且
３０ ６ Ｎ型傅 立 叶变 换 近 红外 反 射 光 谱 仪 。光 源 为 钨 卤 灯 ， 测器 为 铟镓 砷 （ｎ ａ ｓ ， 反 射 积 分 球 附件 ， 检 ＩＧ Ａ ） 漫 旋 转式 石 英样 品 池 （ 内径 ５ ｍ） 标 准 陶瓷 片 作 为参 比。 ｃ ， 谱 区采 集 范 围 为 ４００ ～１ ０ ｃ ０ ０００ｍ～， 描 次 数 为 ３ 扫 ２ 次， 采样 间隔 为 ３ ８７ｍ～， 辨率 为 ８ｍ～。 ．５ ｃ 分 ｃ
采用 Ｐ Ｓ Ｌ 算法和 留一全交 互验证法 （ｒ ｓ ａ — ｃ ｓ —ｖｌ ｏ ｉ ｄｔｎ 对全部样本 光谱进行 异 常值 检验 。光谱 和化 ａｏ ） ｉ 学值异常 （ｕｉ ） ｏｔ ｒ 分别采用光谱杠杆 值 （ ｅｅ ｇ ） ｌ ｅ Ｌｖｒ ｅ 和 ａ 学生 残差 （ ｅ ｄａ） 两个 统计 量 。光 谱 杠杆 值 Ｒ ｓ ｕ１ 这 ｉ ｊ
采 用 偏最 小 二 乘 （ Ｌ ） 立 ＮＲ ＰＳ 建 ＩＳ定 标 模 型 。通
通 过 高速 万 能 粉 碎 机 （ Ｗ１５型 ） 样 本 进 行 粉 Ｆ ３ 对 碎 ， 其 全部 通 过 １ 的筛孔 ， 混 合 均匀 ， 于 光谱 使 ｍｍ 并 备 采集 。样 本 总能 的测定 采 用 氧弹 式热 量 计 （ Ｒ一３ ０ Ｇ ５０
用氨基酸和有机物消 化率等 ） 目前 ， 。 国内外学者对
饲 料 原料 、 配合 饲 料 中总 能 和 消 化 能 方 面进 行 了大 量
的研 究 ， 得 了一 定 的研 究 成果 Ｈ 。 取 ｊ
型 ）利用 １２ ， ． 节仪器配套 的 Ｔ ｎｌ ｉ ｖ ． Ｑ Ａ ａ ｓ ６０定量分 ｙｓ
要 ： 利 用 近 红外 反 射 分 析 技术 ，采 用 偏 最 小 二乘 （ Ｌ ） Ｐ Ｓ 回归 方 法 ， 别 对 光谱 进 行 附 加散 射 校 正 、 量 标 准 分 变
化 、 阶 导 数 和二 阶导 数 处理 ， 立 了饲 料 中 总能 的预测 模 型 。通 过 比较 ， 一 建 附加 散 射 校 正 和 一 阶导 数 处 理 定 标 效 果 最 优 。定 标 集 化 学分 析 值 与 预测 值 之 间 的 决定 系数 Ｒ 和标 准 差 Ｒ Ｅ ＭＳ Ｃ分 别 为 ０． ０ ０和 ０ １ ３ 相 对 分 析 误 ９６ ．５ ，
中 图分 类 号 ：ｓ １ ．５； ６ ７ ３ ８ ６ １ ０ ５ ．３ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ ０ ３—１ ８ ２ ０ ） ８－０ ２ ０ ８ Ｘ（ ０ ８ ０ ０ ４— ４
０ 引 言
近红 外 反射 光 谱 （ Ｉ Ｓ 分 析 技 术 是 近 年 来 发 展 ＮＲ ）
维普资讯
２０ ０ ８年 ８月
农 机 化 研 究
第 ８期
饲 料 总 能 近 红 外 反 射 光 谱 定 量 分 析 模 型 的 优 化
牛智有 ，韩鲁佳
（ ． 中农 业 大学 工 程 技 术学 院 ，武 汉 １华 摘 ４０７ ３ ０ ０； ２ 中 国农 业 大 学 工 学 院 ，北京 ． １０８ ） ０ ０ ３
析 软件 ， 现 光 谱数 据 的获 取 、 换 和光 谱 的存 储 。 实 转 １４ 异 常样 本 的 判别 方 法 ．
笔者 应 用 Ｎ Ｒ Ｉ Ｓ分 析 技 术 ， 集 具 有 代 表 性 的饲 收 料样 本 ， 过 对 饲 料 近 红 外 反 射 光 谱 分 析 ， 择 最 优 通 选 的光谱 预 处 理方 法 ， 用 偏 最小 二 乘 （ Ｌ ） 标 方 法 ， 采 ＰＳ定 建 立 反 刍动 物 饲 料 总 能 的近 红 外 反 射 光 谱 定 量 分 析 模 型 ， 饲料 总 能 的检 测 提供 了新 思路 和新 方 法 。 为
差 为 ３ ３ 验 证 集化 学 分 析 值 与预 测 值 之 间 的 决定 系 数 ｒ ． ６； 和标 准差 Ｒ Ｅ ＭＳ Ｐ分 别 为 ０ ８ ２ ． ９ ４和 ０ １ ６， 对 分 析 ．５ 相 误 差 为 ３ ２ 。结 果 表 明 ， 用 近 红外 光 谱 反射 （ ＩＳ 分 析技 术 可 以定 量 检 测 充 料 总能 的含 量 。 ．２ 利 ＮＲ ） 关键词 ： 饲 料总能 ；近红外反射光谱 （ Ｉ Ｓ ；偏最小二乘 （ Ｌ ） ＮＲ ） Ｐ Ｓ ；模型优化
（ ｅｅａｅ 的 阈值 设 为 各 样 本 平 均 影 响 值 的 两 倍 ， Ｌｖｒｇ ） 如 果 大 于 该 阈值 ， 可 判 断 该 样 本 光 谱 异 常 。学 生 残 差 则
１ 实 验 材 料 、 器 与 方 法 仪
１ １ 实验 样本 与制 备 ．
（ ｅ ｄａ） Ｒ ｓ ｕ１的阈值 设为样本平 均值 的 ３倍 ， 于该 阈 ｉ 大 值意味着该样 本化学值 异常 。光谱和化 学值均 异常
的样 本 为 “ 异 ’ 本 ， 样 本集 中剔 除 ］ 特 ’ 样 从 。
１ ５ 模 型定 标 方法 ．
在 收集 的 １ １ຫໍສະໝຸດ 动 物饲 料 样 本 中 ， 饲 料 样 本 ６ ５ 个 猪 ８
个， 鸡饲料样本 ５ ４个 ， 牛饲料样 本 ２ ９个 ， 分别来 自山 东、 新疆 、 辽宁 、 河北、 吉林 、 山西、 北京 、 湖北和 内蒙等
１ ３ 实验 方法 ． ．
起来 的一种新型的快速分 析检测技术 ， 具有测试速度 快 、 需 对样 品 进 行 处 理 、 无 多种 成 分 同 时 分 析 和 成 本 低等诸多优点 ， 在饲料 品质检测方面 已得到广泛 的应 用 。运 用该 技 术 不仅 能 测 定 饲 料 中 的 常 规 成 分 ， 而且
３０ ６ Ｎ型傅 立 叶变 换 近 红外 反 射 光 谱 仪 。光 源 为 钨 卤 灯 ， 测器 为 铟镓 砷 （ｎ ａ ｓ ， 反 射 积 分 球 附件 ， 检 ＩＧ Ａ ） 漫 旋 转式 石 英样 品 池 （ 内径 ５ ｍ） 标 准 陶瓷 片 作 为参 比。 ｃ ， 谱 区采 集 范 围 为 ４００ ～１ ０ ｃ ０ ０００ｍ～， 描 次 数 为 ３ 扫 ２ 次， 采样 间隔 为 ３ ８７ｍ～， 辨率 为 ８ｍ～。 ．５ ｃ 分 ｃ
采用 Ｐ Ｓ Ｌ 算法和 留一全交 互验证法 （ｒ ｓ ａ — ｃ ｓ —ｖｌ ｏ ｉ ｄｔｎ 对全部样本 光谱进行 异 常值 检验 。光谱 和化 ａｏ ） ｉ 学值异常 （ｕｉ ） ｏｔ ｒ 分别采用光谱杠杆 值 （ ｅｅ ｇ ） ｌ ｅ Ｌｖｒ ｅ 和 ａ 学生 残差 （ ｅ ｄａ） 两个 统计 量 。光 谱 杠杆 值 Ｒ ｓ ｕ１ 这 ｉ ｊ
采 用 偏最 小 二 乘 （ Ｌ ） 立 ＮＲ ＰＳ 建 ＩＳ定 标 模 型 。通