主成分分析结合支持向量机辅助激光诱导击穿光谱对塑料快速分类识别

摘要：

大量废弃的塑料制品给生态环境造成严重破坏,当务之急是要对塑料进行分类回收.传统的分类方法普遍存在成本高,效率低,操作复杂等问题,不能满足工业生产的需要.激光诱导击穿光谱技术由于具备简单灵活,快速灵敏等优点,在物质鉴别领域有广泛应用.采用激光诱导击穿光谱技术结合主成分分析(PCA)和支持向量机(SVM)算法对20种塑料进行分类识别研究.由于目前有关塑料分类识别速率的研究报道较少,该实验在保证识别准确率的前提下,进一步研究和分析实验过程耗费的时间,满足工业生产中快速分类的要求.每种塑料采集100组光谱数据,随机选取50组数据作为训练集建立模型,余下50组作为测试集测试模型的分类识别效果,所以训练集和测试集各有1000组光谱数据.将训练集的数据不加处理地输入S V M中进行训练,并采用5折交叉验证建立最佳模型,此时测试集的识别准确率为99.90％,建模时间为1小时58分41.13秒,预测时间为11.96 s.由此可见,单纯使用S V M算法可以得到很高的准确率,但是需要耗费大量时间.为了提高实验效率,引入主成分分析算法,将原来的高维数据变换成低维数据,并用降维后的数据训练模型.针对不同的主成分个数,均采用随机训练十次再取平均值的方法获得相关数值.实验表明,当选取主成分个数为13时,得到相应的识别准确率为99.80％,而PCA处理时间为1.44 s,建模时间为12.16 s,预测时间仅为0.02 s.虽然PCA算法结合SVM算法在对20种塑料进行分类识别时准确率有轻微下降,但是大大减少了模型训练的时间,实验效率得到很大程度的提高.结果表明,结合两种算法辅助激光诱导击穿光谱可以对塑料进行快速准确的分类识别.

关键词：激光诱导击穿光谱、塑料、主成分分析、支持向量机

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分类号：O657.3(分析化学)

资助基金：国家重点研发计划;广东省重点领域研发计划项目;应用基础研究项目;广东省教育厅特色创新项目;广东省普通高等学校青年创新人才项目;广州市科技计划

在线出版日期：2021-06-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：1955-1960