基于CNN-SVM混合模型的工程机械尾气醛类物质SERS光谱高精度分类方法OA
High-precision classification method for SERS spectra of aldehyde substances in construction machinery exhaust based on CNN-SVM hybrid model
针对表面增强拉曼散射(SERS)光谱技术在检测醛类物质时,因光谱重叠等因素而导致的分类精度低的问题,本文提出一种卷积神经网络(CNN)与支持向量机(SVM)融合的混合模型CNN-SVM.该模型利用CNN自动提取SERS光谱的局部与全局特征,并结合SVM优化分类性能.基于自建平台采集的1500条多种醛类物质的SERS光谱数据的实验结果表明:CNN-SVM模型在测试集上的分类准确率达到97.33%,显著优于单一最小二乘支持向量机(88.67%)和CNN(92.00%)模型;同时,其光谱处理时间与内存占用也较纯CNN模型大幅降低.CNN-SVM混合模型有效克服了光谱重叠干扰,兼具高精度、高效率与低资源消耗等优势,为复杂环境中醛类物质的实时高灵敏监测提供了新策略,进一步拓展了SERS光谱技术在食品安全与环境监测领域中的应用前景.
To address the low classification accuracy caused by spectral overlap and similar spectral characteristics in detecting aldehydes using surface-enhanced Raman scattering(SERS)spectroscopy technology,a hybrid model integrating convolutional neural network(CNN)and support vector machine(SVM),termed CNN-SVM,is proposed in this work.The model employs CNN to automatically extract both local and global features of SERS spectra and utilizes SVM to enhance classification performance.Experimental results on 1,500 SERS spectral data of various aldehyde substances collected on a self-built platform show that the CNN-SVM model achieves a classification accuracy of 97.33%on the test set,significantly outperforming the least squares support vector machine model(88.67%)or the CNN(92.00%)model separately.Meanwhile,the CNN-SVM model substantially reduces spectral processing time and memory consumption compared to a pure CNN architecture.Due to effectively overcoming the issue of spectral overlap,the proposed CNN-SVM hybrid model delivers high accuracy,high computational efficiency,and low resource requirements,providing a viable strategy for real-time,highly sensitive monitoring of aldehydes in complex environments and broadening the application of SERS spectroscopy technology in food safety and environmental monitoring.
邹楠;聂新明;柏宇轩;薛一夫;钟晗月;渠陆陆;刘园园;戚俊杰;孟鑫
江苏师范大学江苏圣理工学院-中俄学院,江苏 徐州 221000江苏师范大学物理与电子工程学院,江苏 徐州 221000江苏师范大学江苏圣理工学院-中俄学院,江苏 徐州 221000江苏师范大学江苏圣理工学院-中俄学院,江苏 徐州 221000江苏师范大学江苏圣理工学院-中俄学院,江苏 徐州 221000江苏师范大学化学与材料科学学院,江苏 徐州 221000江苏师范大学物理与电子工程学院,江苏 徐州 221000江苏师范大学物理与电子工程学院,江苏 徐州 221000江苏师范大学物理与电子工程学院,江苏 徐州 221000
数理科学
光谱分析分类模型表面增强拉曼散射醛类污染物深度学习工程机械尾气
spectral analysisclassification modelsurface-enhanced Raman scatteringaldehyde pollutantsdeep learningconstruction machinery exhaust
《量子电子学报》 2026 (3)
361-374,14
国家重点研发计划(2022YFC2807701),国家自然科学基金青年基金(62205134),国家级大学生创新创业训练计划(202510320037)
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