第36卷，第9期 2016年9月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol.36,No.9,pp2858-2862
September, 2016
LIF技术与PLS-DA算法联合辨识矿井涌水水源类型的研究
闫鹏程1，周孟然1*，刘启蒙2，3，王瑞1，刘骏1 1.安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽准南232001
2.矿山地质灾害防治与环境保护安徽省重点实验室，安徽准南232001 3.安徽理工大学地球与环境学院，安徽准南232001
摘要快速的矿并涌水水源辨识对于矿并的水灾预警及灾后救援意义重大，常规方法使用离子浓度做为判别因子，耗时过长，因此提出一种激光诱导荧光光谱(LIF)技术与偏最小二乘判别分析(PLS-DA)算法联合快速辨识矿井涌水水源类型的方法，实验使用405nm激光对被测水体进行激发，获取矿并5个不同含水层100组水样的荧光光谱，根据光谱曲线特征，对数据进行压缩处理，获取合适的光谱数据，每种水样使用 15组共75组光谱数据作为建模集，剥余的25组水样的光谱数据作为测试集。为验证实验结果，设计了簇类的独立软模式(SIMCA)算法与PLS-DA算法构建的实验模型进行对比。实验发现矿井不同含水层水样的荧光光谱差异较大，在不进行任何预处理的情况下，以PLS模型为基础的PLS-DA算法较SIMCA算法的建模正确率高，达到了100%，其校正及验证结果与实际分类变量的相关系数均大于0.951，校正集均方根误差(RMSECV)和验证集均方根误差（RMSEP)均小于0.123，利用模型对测试集中五种水样样本的识别正确率均为100%。
关键词矿并涌水；水源辨识；激光诱导荧光光谱；偏最小二乘判别分析
中图分类号：0657.3
引言
文献标识码：A
DOl: 10. 3964/j. issn. 10000593(2016)09-2858-05
大幅提高了荧光光谱的检出线灵敏度，目前激光诱导荧光已经开始作为一种新型的技术在荧光标记DNA分析[1]，生物制药[12}，太阳能电池板品控[13)和毛细管电泳(14]检测等领域
煤矿突水与瓦斯、煤尘、火和顶板并称煤矿五大灾害，
近年来，煤矿水害无论是从发生事故数量上还是死亡人数上皆仅次于瓦斯事故位居第二，因此建立煤矿水灾预警系统极其重要1-3，。水源识别的正确性和及时性是通水量预测的基础，无论对于水灾预警还是灾后救援意义都十分重大-6)。现有的水源识别全部以水化学为基础，在各水层的长观孔、突水监测点采集水样，测定水中代表离子的离子浓度、pH 值、电导率等参数[7-1叮，以此建模进行水源识别进而进行突水预警。但是传统的水化学检测这些参数需要1～2小时，对于煤矿的突水预警以及灾后急救来说耗时太长，
本工作提出利用LIF技术获取通水水源荧光光谱，根据
PLS-DA原理对荧光光谱进行模式识别，辨识浦水水源类型。L正技术使用稳功率稳光谱的率导体激光器作为激光光源，由微型荧光探头采集荧光信号，最后由荧光光谱仪实时检测接收。依靠激光的定向、集束、稳光谱、窄线宽等特性
收稿日期：2015-05-08，修订日期：2015-09-16
发挥重要作用，PLS-DA算法也开始应用于术材，烟叶，润滑油L16的辨识。将LIF技术结合PLS-DA算法应用于煤矿突水水源类型识别尚未见诸任何相关文献，
1实验部分 1.1器
图1为实验系统示意图。半导体激光器（北京华源拓达激光技术有限公司405nm-LASER）提供波长为405nm激光，激光功率输出为100mW，经5股UV/Vis照明光纤组成的光纤束传至浸人式微型探头（广东科思凯公司FPB-405-V3），由浸人式微型探头将激光打人被测水体，被测水体受激辐射，发出荧光，由浸人式微型探头检测接收，并经1股 UV/Vis读出光纤传至荧光光谱仪（美国海洋光学公司 USB2000十），荧光光谱仪接收范围设置为400～799nm波
基金项目：“十二五"国家科技支撑计划项目（2013BAK06B01)和国家安全生产重大事故防治关键技术科技项目（an-hui-0001-2016AQ)资助
作者简介：目鹏程，1988年生，安徽理工大学电气与信息工程学院博士研究生
e-mail: mrzhou8521@163, com
≥通讯联系人
e-mail: pcyan1988(@126. com