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拉曼光譜結(jié)合Ｋ均值法檢驗(yàn)手帕紙包裝袋的研究
發(fā)布時(shí)間：2019/11/21 9:53:41 瀏覽次數(shù)：1183
引言
手帕紙包裝袋使用具有廣泛性，其包裝袋殘片被遺留在案件現(xiàn)場(chǎng)的概率較大，弄清手帕紙的種屬來源，能夠提供使用人身份及活動(dòng)路線信息，對(duì)案件推動(dòng)具有重要作用?，F(xiàn)場(chǎng)殘留包裝袋往往受環(huán)境因素影響，僅余部分殘片，給追溯手帕紙的來源、品牌，實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)分類設(shè)置了障礙，亟待開展進(jìn)一步檢驗(yàn)分析。
手帕紙由于生產(chǎn)廠家，合成工藝、商品化助劑添加及生產(chǎn)設(shè)備選取都存在一定偏差，不同品種的手帕紙塑料包裝袋有不同物理及化學(xué)特征，這些差異均會(huì)使拉曼散射強(qiáng)度有所差異。因此采用拉曼光譜法可以有效的區(qū)分手帕紙外包裝，從而為實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)塑料物證檢驗(yàn)提供了充分參考。
研究成果
近期，中國(guó)公安大學(xué)姜紅教授團(tuán)隊(duì)基于Matlab進(jìn)行拉曼數(shù)據(jù)預(yù)處理及相似度分析，結(jié)合K均值聚類法(K-means)對(duì)收集到的不同手帕紙小包裝袋樣本進(jìn)行建模分析，可以獲得合適的初始凝聚點(diǎn)數(shù)K，實(shí)現(xiàn)了手帕紙的區(qū)分檢驗(yàn)。
手帕紙外包裝袋為塑料，以樹脂為主要原料，以增塑劑、填充劑、潤(rùn)滑劑、著色劑等添加劑為輔助成分通過高壓合成的高分子化合物。包裝袋主要填料為合成樹脂，多為聚乙烯、聚氯乙烯或聚丙烯，常見塑料助劑為CaCO3、滑石粉和BaSO4。通過篩選我們發(fā)現(xiàn)依據(jù)填料種類可將樣本分為三大類(見表3)，第I類樣品中主要填料為聚乙烯(如圖2)，第II類樣品中主要填料為聚氯乙烯(如圖3)，第III類樣品中主要填料為聚丙烯(如圖4).
分類 樣品編號(hào)
Ｉ ９＃、１２＃、１３＃、１４＃、１５＃、２０＃、２１＃、２２＃、２６＃、３４＃
ＩＩ １＃、２＃、３＃、４＃、５＃、６＃、７＃、８＃、１９＃、２４＃、２７＃、２９＃、３０＃、３１＃、３２＃、３３＃
ＩＩＩ １０＃、１１＃、１６＃、１７＃、１８＃、２３＃、２５＃、２８＃、３５＃
表３ 手帕紙塑料包裝袋樣品分類
圖2 第I類樣品的拉曼光譜圖
圖3 第II類樣品的拉曼光譜圖
圖4 第III類樣品的拉曼光譜圖
首先基于主成分分析法(principle component analysis,PCA)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)降維，提升分析準(zhǔn)確性，從總體協(xié)和方差矩陣出發(fā)進(jìn)行主成分分析。選取分類貢獻(xiàn)率大于百分之一的PC1、PC2、PC3作為主特征，以待后續(xù)驗(yàn)證分析。作為快速聚類法，K均值聚類法不需預(yù)知樣本種數(shù)，可對(duì)K值進(jìn)行迅速演算并反饋樣本吻合度，最終篩選出合適K值，同時(shí)實(shí)現(xiàn)樣本分類。本次結(jié)合kmeans函數(shù)及silhouette函數(shù)分別對(duì)三大類樣品進(jìn)行進(jìn)一步分類，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性達(dá)93%。結(jié)合K均值聚類法，基于已知樣本標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)未知樣本的快速分類和高效鑒定，分類成功率達(dá)97.14%。
該方法操作簡(jiǎn)便、精確度高，將計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)和光譜檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，相較傳統(tǒng)的譜圖分析法更加快速準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)處理效率更高，為實(shí)際應(yīng)用提供了充分參考。對(duì)信噪比較高的樣本數(shù)據(jù)也可實(shí)現(xiàn)迅速分類，背景容錯(cuò)率好，可在公安實(shí)踐中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)不易分類的局部手帕紙外包裝袋進(jìn)行檢測(cè)分類，為實(shí)際辦案中劃定嫌疑人活動(dòng)軌跡、偵破案件提供線索，為刑事訴訟提供合法證據(jù)。
