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关键词：
近红外光谱法,反向区间偏最小二乘法,慈竹,物理力学性质
发表时间：
2012-02-06 10:42:54
摘 要 采用近红外光谱法对慈竹密度、抗弯强度和顺纹抗拉强度进行快速预测。利用反向区间偏最小二乘法（ＢｉＰＬＳ）优选光谱区间，建立原始光谱和不同预处理（一阶微分、二阶微分、卷积平滑和归一化处理）光谱分析模型，同时应用偏最小二乘法（ＰＬＳ）在全谱范围３５０～２ ５００ｎｍ建立各光谱分析模型，并对所建模型进行比较分析。结果表明：同全谱ＰＬＳ模型相比，ＢｉＰＬＳ能够有效选择光谱区间，并且提高模型预测精度，其中，密度、抗弯强度和顺纹抗拉强度分别选用归一化处理光谱、二阶微分光谱和一阶微分光谱，ＢｉＰＬＳ将全光谱分别划分为３０，２０和３０个区间时，建立的密度、抗弯强度和顺纹抗拉强度ＢｉＰＬＳ模型预测效果最好，预测模型相关系数（Ｒ）分别为０．８５，０．８８和０．８８，预测标准差（ＲＭＳＥＰ）分别为０．０５２ ４，０．０１８ ５和０．０２９ ２，表明近红外光谱法可以实现慈竹物理力学性质的预测。
竹材是工程结构材料的理想原料，具有强度高、韧性好、硬度大、比重小和性能稳定的特点［１，２］。慈竹（Ｎｅｏｓｉｎｏｃａｌａｍｕｓ ａｆｆｉｎｉｓ Ｋｅｎｇ）属禾本科、慈竹属，中型丛生竹类，杆高５～１０（１５）ｍ，直径３～６（９）ｃｍ，节间长１５～３０ｃｍ，杆壁薄，厚为３～６ｍｍ，是优良的材用、篾用和纸浆纤维原料，在纤维板、胶合板和制浆造纸等工业生产中具有广泛的应用［１］。竹材物理力学性质作为重要的材性指标，周芳纯［３］研究了慈竹密度变异规律：竹杆自基部至稍部，密度逐渐增大；同一高度竹材，竹壁外侧密度比中部和内部大；１～６年生慈竹密度逐步提高，５～８年生稳定在较高的水平上，８年
生以后有所下降。同时，周芳纯［４］也对慈竹顺纹抗拉强度和弹性模量进行了有节和无节的径向上分层研究，结果表明慈竹（无论有节或无节）抗拉强度和弹性模量竹壁外侧都大于内侧。目前对于慈竹物理力学性质的研究多基于常规实验方法，通过加工大量的材性指标试件，进行物理力学性能测定，然而该过程费时、费力、工作量大。因此，当前研究尝试用近红外光谱技术建立慈竹物理力学性质预测模型，以期为慈竹的有效合理利用提供快速的反馈信息。
近红外光谱（ｎｅａｒ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，简称ＮＩＲＳ）技术是２０世纪９０年代以来发展最快的光谱分析技术，其将光谱测量技术和化学计量学有机结合，被誉为分析的巨人［５］。在林业科学研究中，国内外一些学者已利用近红外光谱技术对木材密度［６］、体积干缩性［７］、抗弯强度［８］、抗弯弹性模量［９］等物理力学性质指标进行了大量的预测研究，并获得了较好的结果。与木材相比，竹材具有截然不同的解剖构造，径向上维管束成不规则分布，使其物理力学性质在径向上存在较大的变异，国内余雁［１０］等探讨了毛竹气干密度的ＮＩＲ采谱方式，并对毛竹气干密度进行了预测，然而，对于其他竹种物理力学性质的近红外预测研究，国内外还未见报道。本研究应用近红外光谱技术对慈竹密度、抗弯强度和顺纹抗拉强度物理力学性质进行分析预测，选用一阶微分、二阶微分、卷积平滑和归一化处理方法对原始光谱进行预处理，并用偏最小二乘法（ＰＬＳ）和反向区间偏最小二乘法（ＢｉＰＬＳ）分别在全谱范围和ＢｉＰＬＳ优化后的光谱区间建立原始光谱和各预处理光谱的数学模型，进行比较分析，得到理想预测模型，实现了慈竹物理力学性质的近红外预测。
生以后有所下降。同时，周芳纯［４］也对慈竹顺纹抗拉强度和弹性模量进行了有节和无节的径向上分层研究，结果表明慈竹（无论有节或无节）抗拉强度和弹性模量竹壁外侧都大于内侧。目前对于慈竹物理力学性质的研究多基于常规实验方法，通过加工大量的材性指标试件，进行物理力学性能测定，然而该过程费时、费力、工作量大。因此，当前研究尝试用近红外光谱技术建立慈竹物理力学性质预测模型，以期为慈竹的有效合理利用提供快速的反馈信息。
近红外光谱（ｎｅａｒ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，简称ＮＩＲＳ）技术是２０世纪９０年代以来发展最快的光谱分析技术，其将光谱测量技术和化学计量学有机结合，被誉为分析的巨人［５］。在林业科学研究中，国内外一些学者已利用近红外光谱技术对木材密度［６］、体积干缩性［７］、抗弯强度［８］、抗弯弹性模量［９］等物理力学性质指标进行了大量的预测研究，并获得了较好的结果。与木材相比，竹材具有截然不同的解剖构造，径向上维管束成不规则分布，使其物理力学性质在径向上存在较大的变异，国内余雁［１０］等探讨了毛竹气干密度的ＮＩＲ采谱方式，并对毛竹气干密度进行了预测，然而，对于其他竹种物理力学性质的近红外预测研究，国内外还未见报道。本研究应用近红外光谱技术对慈竹密度、抗弯强度和顺纹抗拉强度物理力学性质进行分析预测，选用一阶微分、二阶微分、卷积平滑和归一化处理方法对原始光谱进行预处理，并用偏最小二乘法（ＰＬＳ）和反向区间偏最小二乘法（ＢｉＰＬＳ）分别在全谱范围和ＢｉＰＬＳ优化后的光谱区间建立原始光谱和各预处理光谱的数学模型，进行比较分析，得到理想预测模型，实现了慈竹物理力学性质的近红外预测。
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