基于K-CV参数优化支持向量机的LIBS燃煤热值定量分析

论文摘要

热值是煤质特性的重要参数之一,很大程度上影响着燃煤锅炉的运行。为了克服传统检测方法所存在的问题,将激光诱导击穿光谱（LIBS）应用于燃煤热值的定量分析。煤的结构复杂,所含的元素种类众多,包括了主量元素、次量元素和痕量元素,致使煤的LIBS光谱信息复杂。如何有效提取LIBS光谱信息,实现准确的定量化测量是LIBS在煤特性检测中发挥作用的前提和基础。近年来,随着人工智能技术的发展,相关的分析技术也开始应用于煤的工业指标分析和热值预测中。为实现煤样品中LIBS光谱信息的有效提取,同时为克服常规的分析方法易出现的过渡拟合、收敛性不好等问题,提出采用结合K-fold Cross Validation（K-CV）参数优化的支持向量机（SVM）回归方法,实现LIBS定量分析煤中的热值。SVM方法是结构风险最小化的近似实现,可用于模式分类和非线性回归。为了得到有效的LIBS分析模型,实验选用44种电厂常用的热值含量不同的煤样作为实验对象,选择其中33个作为训练集,剩余11个为测试集。利用搭建的LIBS实验系统获取所选煤样品的等离子体发射光谱数据,首先分析了SVM热值回归模型的参数-惩罚因子C、核函数参数g与模型精度的关联,确定C和g最佳取值范围,然后分别建立了基于LIBS全谱和某些元素（非金属元素和金属元素）特征光谱的SVM回归模型。利用训练集光谱数据,结合K-CV法得到热值SVM回归模型的最优参数C和g的值,建立基于SVM最优参数的煤热值定量分析模型。然后将测试集的光谱数据作为输入量用于测试所建立模型的可靠性,得到分别采用全谱、非金属元素特征光谱、非金属与金属元素特征谱相结合的热值定量分析模型,其决定系数R2均达到0.99以上,均方误差分别为0.12, 0.17和0.06 (MJ·kg-1)2,预测平均相对偏差分别为1.2%, 1.23%和0.69%。结果表明:基于K-CV参数优化SVM回归方法可用于LIBS技术实现燃煤热值的定量分析,且可得到较高的分析精确度和准确度;同时通过对比选用不同的光谱特征的定量分析模型可知,采用非金属与金属元素的特征光谱所建立的基于K-CV参数优化SVM的热值定量模型,能够有效提高LIBS应用于快速检测煤热值的精度和准确度,实现煤热值的准确预测。

论文目录

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 董美蓉,韦丽萍,陆继东,黎文兵,陆盛资,黄健伟,李诗诗,骆发胜,聂嘉朗

关键词: 热值,激光诱导击穿光谱,支持向量机,定量

来源: 光谱学与光谱分析 2019年07期

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 燃料化工,自动化技术

单位: 华南理工大学电力学院,广东省能源高效低污染转化工程技术研究中心,广东省能源高效清洁利用重点实验室

基金: 国家自然科学基金项目(51476061,51406059),广东省自然科学基金重点项目(2017B030311009),中央高校基本科研业务费专项资金(华南理工大学)项目(2017ZD027)资助

分类号: TQ531;TP181

页码: 2202-2209

总页数: 8

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标签：热值论文;  激光诱导击穿光谱论文;  支持向量机论文;  定量论文;