卟啉氣體檢測系統(tǒng)氣體識別算法的研究與工程應(yīng)用.pdf

1、卟啉氣體檢測系統(tǒng)氣體識別算法的研究與工程應(yīng)用重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（專業(yè)學(xué)位）學(xué)生姓名：謝新莘指導(dǎo)教師：羅小剛副教授學(xué)位類別：工程碩士（生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域）重慶大學(xué)生物工程學(xué)院二O一四年四月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要近年來，沙塵暴的肆虐和霧霾天氣頻發(fā)，容易引發(fā)人體呼吸道疾病甚至癌變。臨床醫(yī)療報告已經(jīng)證實(shí)，幾種癌癥的患者可以通過呼出氣體進(jìn)行疾病的早期診斷。以卟啉作為傳感器的氣體檢測系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確地與氣體反應(yīng)并產(chǎn)生差值圖譜，作為判別氣

2、體種類的依據(jù)。由于卟啉的高靈敏度，當(dāng)同種氣體進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)時，實(shí)驗(yàn)環(huán)境和待測氣體濃度的細(xì)微差異都會導(dǎo)致卟啉差值圖譜出現(xiàn)差異。這種現(xiàn)象稱為實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)散，會影響氣體識別的正確率。因此，一種智能的，能以差值圖譜的數(shù)據(jù)為依據(jù)對氣體進(jìn)行分類的算法是保證氣體檢測系統(tǒng)高識別率的關(guān)鍵。本文設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于卟啉氣體檢測系統(tǒng)的氣體種類識別算法。該算法以差值圖譜的特征提取結(jié)果為處理對象，結(jié)合粗糙集的數(shù)據(jù)約簡功能與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練和識別功能，將未知?dú)怏w樣本進(jìn)行

3、種類識別。在對該算法的可用性和準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證后，將其以C語言為開發(fā)語言，分別在Windows系統(tǒng)VC平臺和Linux系統(tǒng)的Qt平臺編程實(shí)現(xiàn)，以加載到卟啉氣體檢測系統(tǒng)的PC系統(tǒng)軟件和嵌入式應(yīng)用程序中。具體的研究內(nèi)容包括：(1)結(jié)合粗糙集與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，利用粗糙集的數(shù)據(jù)約簡功能對氣體樣本差值圖譜的特征值進(jìn)行約簡，再作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練輸入或者識別輸入。避免BP網(wǎng)絡(luò)陷入局部最小值，提高訓(xùn)練效率和識別精度。(2)對該算法進(jìn)行驗(yàn)證。包括驗(yàn)證BP

4、網(wǎng)絡(luò)的性能如訓(xùn)練收斂、識別精度、泛化性等，結(jié)果表明本文所構(gòu)造的網(wǎng)絡(luò)的上述性能良好；通過對比三種氣體的聚類分析結(jié)果與本文設(shè)計(jì)的算法的識別結(jié)果，可以證明該算法在實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)散時也能保持較好的識別率。(3)分別對該算法的識別程序和訓(xùn)練程序進(jìn)行功能需求分析以及架構(gòu)設(shè)計(jì)，以VC為平臺進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)了本文設(shè)計(jì)的氣體種類識別程序模塊，并加載到卟啉氣體檢測系統(tǒng)在PC機(jī)上的運(yùn)行軟件中，完善了該軟件的功能。(4)將PC機(jī)上的卟啉氣體檢測系統(tǒng)軟件的氣體種類識別