小波分析技術在我國近海浮游藻群落組成熒光識別測定中的應用.pdf

1、近年來我國近海赤潮頻發(fā)，制約了我國沿海近海省市的發(fā)展。迫切需要一種現(xiàn)場、實時、快速的針對引發(fā)赤潮的浮游植物的群落組成監(jiān)測技術，以便及時采取措施，減少損失。浮游植物的三維熒光光譜包含了浮游植物豐富的特征信息，并且基于熒光光譜的分析方法具有靈敏度高，對儀器要求不高，前處理簡單等優(yōu)點，在浮游植物群落組成的實時、快速測定方面有很好的應用前景。但目前基于浮游植物熒光光譜的識別技術還存在能識別的浮游植物類別少，分類太寬泛等不足，在我國近海的特定浮游

2、植物群落組成監(jiān)測中的應用具有局限性。 本文在針對我國近海海域浮游植物群落組成特點的基礎上，選擇我國近海常見的分屬于7個門，32個屬的43種浮游植物進行培養(yǎng)，獲得活體浮游植物的三維熒光光譜。對同種浮游植物的熒光光譜的精密度，不同浮游植物的熒光光譜的差異性進行分析，闡述了浮游植物的三維熒光光光譜對浮游植物的識別的可行性；利用小波分析技術，選擇兩個正交小波，一個雙正交小波分別建立我國近海常見浮游植物的定性識別技術。取得的成果如下：

3、 1.以相對標準偏差(R.S.D)對同種浮游植物的熒光光譜的穩(wěn)定性進行分析，方差分析對不同浮游植物的熒光光譜進行分析。證明大多數(shù)浮游植物的熒光光譜穩(wěn)定性較好，而不同浮游植物之間的熒光光譜存在顯著性差異，應用浮游植物的熒光光譜對浮游植物進行識別是可行的。 2.正交小波系選擇coif2系列和symlet系列進行了研究。選擇了coif正交小波系列對浮游植物的熒光光譜的特征提取具有更好的選擇的coif系列，symlet系列進行了研究

4、。選擇Coif正交小波系列分解效果最好的coif2小波對浮游植物熒光光譜進行分解，利用系統(tǒng)聚類法，建立了浮游植物門、屬水平上的二級標準譜庫，同時尺度分量和小波分量的標準譜庫之間，進行互補(實際為4層譜庫)。在此基礎上，利用非負最小二乘法建立了浮游植物熒光識別技術。對實驗室培養(yǎng)的單種藻樣品的總識別正確率在門水平上達到95％以上，屬水平上達到89％以上；對模擬混合藻樣品光譜的優(yōu)勢藻的總識別正確率，門水平上在90％以上，屬水平上的在80％以上

5、，對實驗室實際混合藻樣品的識別正確率，在門水平上達到85％以上，在屬水平上達到75％以上?？蓪ΜF(xiàn)場樣品中藻細胞濃度超過5×106cell L-1(發(fā)生赤潮時)時，赤潮優(yōu)勢種進行屬水平上的識別。采用Symlet系列正交小波中分解效果最好的symlet7小波對浮游植物的熒光光譜進行分解，采用和coif2小波同樣的技術建立方法，建立基于symlet7小波的浮游植物熒光識別技術。對實驗室培養(yǎng)的單種藻樣品進行識別，在門上可以得到95％以上的正確率

6、，屬水平上得到85％以上的正確率。對模擬混合藻樣品光譜的優(yōu)勢藻的總識別正確率，門水平上在90％以上，屬水平上的在80％以上。對實驗室實際混合藻樣品的光譜的優(yōu)勢藻的識別正確率，在門水平上達到90％以上，在屬水平上達到75％以上。可對現(xiàn)場樣品中藻細胞濃度超過5×106cell L-1(發(fā)生赤潮時)時，赤潮優(yōu)勢種進行屬水平上的識別。 3.對bior雙正交小波族的小波進行分析，選擇特征提取效果最好的biolr1.1小波?；谙到y(tǒng)聚類法進

7、行門屬水平上的二級標準譜庫，使用非負最小二乘法，建立浮游植物的熒光識別技術。對實驗室培養(yǎng)的單種藻樣品進行識別，在門上可以得到95％以上的正確率，屬水平上得到85％以上的正確率。對模擬混合藻樣品光譜的優(yōu)勢藻的總識別正確率，門水平上達到達到90％以上，屬水平上的在75％以上，對實驗室實際混合藻樣品的識別正確率在門水平上達到85％，在屬水平上達到75％以上?？蓪ΜF(xiàn)場樣品中藻細胞濃度超過5×106cell L-1(發(fā)生赤潮時)時，赤潮優(yōu)勢種進行

8、屬水平上的識別。通過和兩個基于正交小波建立的識別技術得到的結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)，雙正交小波的識別作用在總體水平上不如正交小波，但是對正交小波識別不好的部分浮游植物的識別，具有互補作用。 4.研究了三種小波識別技術的互補性：coif2小波對單種藻樣品，混合藻以及模擬混合藻樣品光譜的優(yōu)勢藻的識別在總體水平上的優(yōu)于其他兩種小波。但是symlet7和bior1.1小波對coif2小波有補充作用。特別是bior1.1小波在混合樣品的識別上對coi

9、f2小波的互補作用非常明顯?；谌N小波的互補性，建立了三種小波的門屬水平上的互補標準譜庫。采用互補標準譜庫后，單種浮游植物的Cs，Db，Se，Kb，Ma，Cy的識別正確率得到了提高。單種浮游植物的識別種可實現(xiàn)單種藻樣品在門水平上達到97.2％，屬水平上達到91.7％；模擬混合藻光譜的識別中，Cu，De，Ca，Oc，Cf，Tw，Ds，Pd，Gs的識別正確率獲得了提高，模擬混合藻光譜的識別在門水平上達到95.0％，屬水平上達到85.2％；

10、實驗室實際混合藻的識別過程中，Sk，Tr，Ma，Am的識別正確率獲得了提高，對實驗室實際混合藻的識別在門水平上達到86.5％，屬水平上78.5％；。 本文的創(chuàng)新之處為，基于浮游植物活體三維熒光光譜，利用正交小波函數(shù)coif2，symlet7和雙正交小波函數(shù)bior1.1構(gòu)建浮游植物熒光特征譜庫，建立浮游植物群落組成熒光識別測定技術，該技術能夠在未發(fā)生赤潮時在門類的水平上識別測定浮游植物群落組成，而在發(fā)生赤潮時能夠在屬的水平上識別