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专利号: 2021113728750
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种改进的DBN‑MORF土壤重金属含量预测方法,其特征在于:包括基于SSA的参数优化部分和基于改进的DBN‑MORF的重金属含量预测部分;

基于SSA的参数优化部分包括:采用具有佳点集策略的SSA对DBN的参数进行全局优化,优化的参数包括:DBN的学习率、DBN各层网络的神经元个数、正向训练次数和反向微调次数;

基于改进的DBN‑MORF的重金属含量预测部分包括以下步骤:S1:土壤样本的获取和预处理:采集并制备土壤样本,随机划分训练样本和测试样本,获取训练样本和测试样本的XRF光谱数据集,对训练样本和测试样本的XRF光谱数据集进行预处理;

S2:通过DBN实现X射线荧光光谱数据的特征提取,使用深度学习算法提取光谱的特征;

S3:将DBN提取的特征取出,并将提取的特征输入多目标预测模型中,在多目标随机森林回归中进行回归;

S4:采用测试样本评价预测模型。

2.根据权利要求1所述的一种改进的DBN‑MORF土壤重金属含量预测方法,其特征在于:基于重叠峰光谱数据,通过改进的DBN‑MORF的重金属含量预测模型同时预测As、Pb的重金属含量。

3.根据权利要求1所述的一种改进的DBN‑MORF土壤重金属含量预测方法,其特征在于:所述步骤S1中的土壤样本的获取方法包括:采集土壤,去除杂质,研磨风干,过200目筛,向土壤中加入含有一定含量的重金属元素的溶液,并再次烘干土壤,制作出压片样本。

4.根据权利要求1所述的一种改进的DBN‑MORF土壤重金属含量预测方法,其特征在于:所述步骤S1中的预处理的方式包括:采用谱聚类法剔除异常样本,采用Savitzky‑Golay五点二次去噪法对光谱数据进行平滑去噪,采用线性本底扣除法去掉光谱的背景噪声。

5.根据权利要求1所述的一种改进的DBN‑MORF土壤重金属含量预测方法,其特征在于:所述步骤S2中的特征提取步骤为:将训练集样本的光谱数据集输入堆叠的RBM中,逐个训练RBM,并将提取的特征输入DBN顶层的BP进行回归,根据样本的标签与BP回归的结果之间出差值,对DBN内部的连接参数进行反向微调,最终使得训练出的特征能最大程度地反映原光谱信息。

6.根据权利要求1所述的一种改进的DBN‑MORF土壤重金属含量预测方法,其特征在于:所述步骤S3中的含量预测步骤为:将训练好的特征从DBN的倒数第二层网络中取出,不直接采用其顶部的BP网络的回归结果,而是将特征输入MORF中,更加准确地同时预测出As、Pb元素的含量。

7.根据权利要求1所述的一种改进的DBN‑MORF土壤重金属含量预测方法,其特征在于:所述步骤S4中的评价预测模型的步骤为:将测试样本输入训练好的DBN‑MORF模型中进行预测,并根据预测结果与标签值之差,计算出R2、MAE、MSE这几个评价指标,R2越大,MAE、MSE越小时,预测模型越准确。