[发明专利]一种畜禽粪便工厂化堆肥发酵过程的无损监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工厂化堆肥发酵过程的监测方法，特别是关于一种畜禽粪便工厂化堆肥发酵过程的无损监测方法。

背景技术

随着畜牧养殖业的集约化发展，我国畜禽粪便年产量呈现不断增长的趋势。大量的畜禽粪便若处理不当，极易造成生态和环境污染。近年来，大规模、工厂化高温好氧堆肥生产商品有机肥已成为我国大量畜禽粪便无害化、减量化和资源化利用的重要途径。含水率及有机质、碳、氮、磷、钾含量是反应发酵进程和衡量堆肥品质的重要技术指标。传统的监测方法操作步骤繁琐、费时、费力且存在一定的污染性。堆肥光谱反射特性是堆肥物料基本性质之一，为研究堆肥物料本身的属性提供了新的方法和途径。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种简捷、快速的畜禽粪便工厂化堆肥发酵过程的无损监测方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种畜禽粪便工厂化堆肥发酵过程的无损监测方法，它包括以下步骤：1)利用近红外漫反射光谱采集装置采集畜禽粪便工厂化堆肥发酵全过程中各阶段代表性样品的近红外漫反射光谱，并将光谱信息转换成对应的数字信息；2)根据农业行业相关标准方法，测定步骤1)中所选定样品的主要技术指标含量作为建模的标准含量；3)对步骤1)得到的近红外漫反射光谱进行预处理；4)从步骤3)预处理后的近红外漫反射光谱中选择最优的光谱波段，以提取特征光谱信息；5)依据步骤2)中测得的样品标准含量，利用回归方法和留一法交互验证法，建立一畜禽粪便工厂化堆肥发酵过程中技术指标含量模型；6)对步骤5)得到的畜禽粪便工厂化堆肥发酵过程中技术指标含量模型的性能进行评价；7)采集畜禽粪便工厂化堆肥发酵全程中不同待测样品的近红外漫反射光谱，利用步骤3)和4)对待测样品的近红外漫反射光谱进行处理，并输入步骤5)中所建立的校正模型，计算出待测样品的主要技术指标含量。

所述畜禽粪便工厂化堆肥发酵全过程中技术指标含量模型包含的参数有：校正集样品数n_c，验证集样品数n_v，第i个样品的化学分析值即实际值y_i，第i个样品的近红外测定值z_i，校正集样品实际值的平均值y_c，验证集样品实际值的平均值y_v，实际值的平均值y，近红外预测值的平均值模型使用的主成分因子数k。

在所述步骤2)中，技术指标含量包括含水率、有机质、碳、氮、磷、钾。

在所述步骤1)中，近红外漫反射光谱采集装置包括傅里叶变换近红外光谱仪和积分球附件，每个样品重复装填扫描3次，每次扫描32遍，取3次光谱的平均光谱作为对应样品的最终光谱，扫描的分辨率为8cm^-1，光谱扫描范围为10000～4000cm^-1。

在所述步骤3)中，光谱预处理方法为平滑、一阶或二阶导数、多元散射校正、变量标准化、数据中心化中的至少一种。

在所述步骤5)中，回归方法为主成分回归法、偏最小二乘回归法、线性和非线性支持向量机回归法之一。