一种原油种类的近红外光谱识别方法技术

一种原油种类的近红外光谱识别方法，包括收集各种原油样品，取4628～4000cm-1和6076～5556cm-1谱区经二阶微分处理的吸光度建立原油样品近红外光谱数据库，将近红外光谱库进行主成分分析，取前14～16个主成分的光谱库得分矩阵T和光谱库载荷矩阵P；将待识别原油样品在上述特征谱区经二阶微分处理的吸光度构成矢量x，求得其主成分得分向量t，从光谱库得分矩阵T中选取与得分向量t相近的10～40个原油样品，将其光谱组成邻近光谱数据库，求得邻近光谱库各样品对x的识别参数，若所有的Qi值均不大于Qt，则没有与待识别原油相同的样品；若Qi>Qt，且i样品的每个移动相关系数均不小于0.9900，则待识别原油与邻近数据库中的i样品相同。该法可提高未知原油样品的识别速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术为一种原油样品的光谱识别方法，具体地说，是一种用近红外光谱识别原 油种类的方法。
技术介绍
原油评价在原油开采、原油贸易、原油加工等各个方面发挥着十分重要的作用，尽 管目前已经建立了一套较为完整的原油评价方法，但是这些方法分析时间长、工作量大、成 本高，远不能满足实际应用的需要。因此，目前大型石化企业都在基于多种现代仪器分析 手段开发建立原油快速评价技术，包括色-质联用（GC-MS)、核磁共振（NMR)、近红外光谱 (NIR)和红外光谱（IR)等，其中NIR方法由于测量方便、速度快、并可用于现场或在线分析 而倍受青睐。 与NIR测定其它油品如汽、柴油不同的是，原油评价指标多，例如仅原油的一般性 质就有几十项，若加上各馏分的性质将有上百项。若采用传统的因子分析方法如偏最小二 乘（PLS)建立逐个性质的校正模型显然是不可行的。将近红外光谱与原油性质数据库结合 起来是较好解决这一问题的技术路线之一，即以NIR光谱为特征对待测原油进行识别，从 NIR光谱库中识别出其品种，然后再从已有的原油性质数据库中调出其评价数据，从而实现 原油快速评价的目的，为确定原油加工方案和优化生产决策及时获得评价数据提供了一种 简捷的方法。 现存的原油评价知识库大都具有原油比对的功能，通过待测原油的几个已知性质 如密度、粘度、酸值、硫含量和残炭等从数据库中找出最相似的一种或多种原油，从而用这 些近似的原油评价数据给出待测原油的评价数据。这类方法用到的识别参数是原油的一些 基本性质，这些原油性质的测定相对繁琐，且测量时间长，提供的信息也不全面，限制了这 种方式的应用普及。 近红外光谱主要反映的是C-H、N-H和S-Η等含氢官能团的信息，非常适合油品的 定量和定性分析，原油的近红外光谱中包含了丰富的组成结构信息，具有很强的指纹性，且 近红外光谱的采集方便、快速、成本低，因此，以近红外光谱为指纹特征对原油的品种进行 识别将会成为一种快速简便的原油识别方式。CN200910169611. 8公开的"一种由近红外光谱快速识别原油种类的方法"基于移 动窗口概念(MovingWindow)结合传统相关系数法提出了一种用于原油近红外光谱快速识 别的方法一移动窗口相关系数法。这种方法可以准确地对原油品种进行识别，并能给出不 同原油近红外光谱之间详细的差异信息，为解析谱图提供有力帮助。但是，该方法数学计算 量大，耗费的计算时间较长，对于一个包含上千条原油光谱的数据库，识别一种原油往往需 要5min，限制了该方法的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，该法可提高现有的原 油种类近红外光谱快速识别方法的计算速度。 本专利技术提供的原油种类的近红外光谱识别方法，包括如下步骤： (1)收集各种类型原油样品，将原油样品的近红外光谱进行二阶微分处理，选取 4628~4000cm1和6076~5556cm1谱区的吸光度建立原油样品近红外光谱数据库，将近 红外光谱库进行主成分分析，取前14~16个主成分的光谱库得分矩阵T和光谱库载荷矩 阵P， ⑵测定待识别原油样品的近红外光谱并进行二阶微分处理，取4628~4000cm1 和6076~5556cm1谱区的吸光度构成光谱矢量X，用光谱库载荷矩阵P乘以光谱矢量X，得 待识别原油样品的得分向量t，以得分t为变量，从光谱库得分矩阵T中选取与得分向量t 相近的10~40个原油样品，将其光谱从近红外光谱数据库中提取出来组成邻近光谱数据 库， (3)计算光谱矢量X与邻近光谱数据库每个样品在4628~4000cm1和6076~ 5556cm1谱区的每个移动相关系数，按式①计算每个数据库样品的识别参数％， 式①中，Γ]1为移动相关系数；i为所用光谱数据库中样品的序号，j为移动窗口的 序号，η为移动窗口总数，m为所用光谱数据库样品总数， (4)计算阈值Qt，Qt = (d-w-0. 15)，其中d为近红外光谱的采样点数，w为移动窗 口宽度； 若所有的％值均不大于Qt，则邻近数据库中没有与待识别原油相同的样品；若 Qi>Qt，且i样品的每个移动相关系数均不小于〇. 9900,则待识别原油与邻近数据库中的i样 品相同。 本专利技术方法通过在建立的近红外光谱数据库中选择与待识别原油相近的原油样 品，组成邻近数据库，再在邻近数据库中，通过移动窗口相关系数法，由识别参数确定与待 识别原油样品一致的原油样品，减少了计算量，提高了识别速度。【附图说明】 图1为未知原油样品A与邻近光谱数据中Q值大于阈值的光谱的移动相关系数 图。 图2为未知原油样品B与邻近光谱数据中Q值大于阈值的光谱的移动相关系数 图。 图3为未知原油样品C与邻近光谱数据中Q值大于阈值的光谱的移动相关系数 图。【具体实施方式】 本专利技术对于待测原油样本，利用主成分分析，大大缩小了近红外光谱数据库的信 息量，再结合欧式距离最小的方法从原油近红外光谱数据库中选出与待测原油最接近的 10~40个原油样品，用这些原油样品的光谱组成新的且数量小的邻近光谱数据库，再利用 移动窗口相关系数方法从邻近数据库中识别与待测原油一致的原油样品。由于本专利技术方法 不用在数量较大的近红外原油光谱数据中进行移动窗口相关系数的运算，而是在数量较少 的邻近光谱数据库中进行移动窗口相关系数的运算，从而大大减少了计算量，具有更快的 识别速度，可将由上千个样本构成的数据库的识别时间由5min降至为20s。 主成分分析（PCA)方法是一种有效的光谱特征压缩方法，它把原有的各个光谱吸 光度值特征利用线性变换得到一批新的特征，每个特征都是原有光谱在每个波长吸光度下 的函数，但新特征总数远少于原有的光谱波长变量，这样新特征既保留了原有光谱的主要 信息，又减少了光谱波长变量的个数。 本专利技术方法（1)步为建立原油样品近红外光谱数据库，收集的有代表性的原油样 品数量优选200~800个。 对原油样品近红外光谱数据库样品进行主成分分析后，取前14~16个主成分的 光谱库得分矩阵T和光谱库载荷矩阵P。所述的主成分可选择14~16之间的任何整数，如 对于一个由1〇〇〇个原油光谱、每个光谱有1500个波长点构成的原油光谱数据库，通过主成 分分析，选前15个主成分，可将其压缩为1000个原油，每种原油由15个新的特征变量构成 的数据库。 本专利技术方法（2)步为按与建库同样的方法对待识别原油样品的近红外光谱进行 主成分分析，先对待识别原油样品的近红外光谱进行二阶微分处理，取4628~4000cm1和 6076~5556cm1谱区的吸光度构成光谱矢量X，用光谱库载荷矩阵P乘以光谱矢量X，计算 出待识别原油样品的得分向量t，以得分t为变量，通过欧式距离方法，从光谱库得分矩阵T 中选取与得分向量t最相近的10~30个原油。 (2)步优选通过欧式距离最小法从光谱库得分矩阵T中选取与得分向量t最相近 (欧式距离最小）的10~40个原油，所述的欧式距离按式②计算： 式②中，d,为待识别原油与得分矩阵T中第j个原油样品之间的距离A为待识 别原油得分向量t中第i个得分变量，Tu为得分矩阵T中第j个原油样品的第i个得分变 量，k为主成分数，优选14~16的整数。 将上述选出的相近原油样品的近红外光谱从近红外光谱数据库中调出，组成邻近 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原油种类的近红外光谱识别方法，包括如下步骤：(1)收集各种类型原油样品，将原油样品的近红外光谱进行二阶微分处理，选取4628～4000cm‑1和6076～5556cm‑1谱区的吸光度建立原油样品近红外光谱数据库，将近红外光谱库进行主成分分析，取前14～16个主成分的光谱库得分矩阵T和光谱库载荷矩阵P，(2)测定待识别原油样品的近红外光谱并进行二阶微分处理，取4628～4000cm‑1和6076～5556cm‑1谱区的吸光度构成光谱矢量x，用光谱库载荷矩阵P乘以光谱矢量x，得待识别原油样品的得分向量t，以得分t为变量，从光谱库得分矩阵T中选取与得分向量t相近的10～40个原油样品，将其光谱从近红外光谱数据库中提取出来组成邻近光谱数据库，(3)计算光谱矢量x与邻近光谱数据库每个样品在4628～4000cm‑1和6076～5556cm‑1谱区的每个移动相关系数，按式①计算每个数据库样品的识别参数Qi，Qi=Σj=1nrji,i=1,2,...,m]]>   ①式①中，rji为移动相关系数；i为所用光谱数据库中样品的序号，j为移动窗口的序号，n为移动窗口总数，m为所用光谱数据库样品总数，(4)计算阈值Qt，Qt＝(d‑w‑0.15)，其中d为近红外光谱的采样点数，w为移动窗口宽度；若所有的Qi值均不大于Qt，则邻近数据库中没有与待识别原油相同的样品；若Qi>Qt，且i样品的每个移动相关系数均不小于0.9900，则待识别原油与邻近数据库中的i样品相同。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：褚小立，许育鹏，陈瀑，李敬岩，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11