近紅外光譜分析技術(shù)具有快速高效、成本低、綠色環(huán)保的優(yōu)點，在煙葉生產(chǎn)、質(zhì)量評價、企業(yè)原料數(shù)據(jù)庫構(gòu)建中發(fā)揮著重要作用，在行業(yè)工商企業(yè)、復(fù)烤企業(yè)和科研院所中有著廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)。

為充分挖掘行業(yè)近紅外光譜數(shù)據(jù)潛力，助力行業(yè)增強數(shù)字化發(fā)展能力，以科技創(chuàng)新促進(jìn)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，在國家局科技司指導(dǎo)下，鄭州煙草研究院、貴州中煙依托煙草科研大數(shù)據(jù)重大專項，牽頭組織實施了“煙草近紅外大數(shù)據(jù)構(gòu)建及應(yīng)用研究”項目。該項目對行業(yè)近紅外光譜數(shù)據(jù)資源進(jìn)行技術(shù)融合、深度挖掘、全面整合，開發(fā)煙草近紅外分析系統(tǒng)平臺并在行業(yè)內(nèi)廣泛應(yīng)用，在煙葉原料生產(chǎn)、卷煙設(shè)計開發(fā)、配方維護(hù)等方面為煙草企業(yè)提供了扎實有效的數(shù)據(jù)支撐。

全面采集 聚合海量數(shù)據(jù)

“大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠從海量數(shù)據(jù)中抽取傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析手段難以獲取的價值和模式，顛覆了人們對數(shù)據(jù)的認(rèn)識。卷煙工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)過程中每年會產(chǎn)生海量的近紅外光譜數(shù)據(jù)，這是行業(yè)最具挖掘潛質(zhì)的數(shù)據(jù)資源之一。”鄭州院首席研究員、“煙草近紅外大數(shù)據(jù)構(gòu)建及應(yīng)用研究”項目主要負(fù)責(zé)人劉惠民說。

在項目準(zhǔn)備階段，項目組成員分赴多家卷煙工業(yè)企業(yè)、復(fù)烤企業(yè)開展調(diào)研，全面梳理卷煙生產(chǎn)和打葉復(fù)烤過程近紅外技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及需求。經(jīng)過整理分析，項目組發(fā)現(xiàn)行業(yè)近紅外數(shù)據(jù)主要存在著分布零散、難以整合，數(shù)據(jù)應(yīng)用價值低，不同單位分析結(jié)果差異較大等問題，要想實現(xiàn)分析數(shù)據(jù)“測得準(zhǔn)、測得全、可收集”并非易事。對此，項目組制訂了一套系統(tǒng)完整的項目實施方案。

為實現(xiàn)“測得準(zhǔn)”，項目組經(jīng)過多輪分析驗證，建立了涵蓋樣品含水率校正、光譜插值、建模主因子數(shù)評價等3種原創(chuàng)性近紅外算法和其他6種適用性算法的煙草近紅外分析算法體系，覆蓋建模標(biāo)準(zhǔn)樣品篩選、光譜預(yù)處理、預(yù)測模型建立和模型轉(zhuǎn)移等近紅外分析全過程，實現(xiàn)了對于多種產(chǎn)品分析的先進(jìn)適用性。

為實現(xiàn)“測得全”，項目組全面征集各類樣品5673個，篩選出代表性的建模樣品2473個，系統(tǒng)調(diào)研了大量有關(guān)烤煙質(zhì)量、風(fēng)格化學(xué)物質(zhì)的基礎(chǔ)研究文獻(xiàn)，針對初烤/復(fù)烤片煙、醇化片煙、卷煙煙絲等3種常見樣品類型和2個主流近紅外光譜儀的使用實際精準(zhǔn)建模，建立了涵蓋70種化學(xué)成分、樣品類型齊全、應(yīng)用場景廣泛的近紅外化學(xué)成分預(yù)測模型體系。

為實現(xiàn)“可收集”，項目組對樣品粒度、光譜儀各參數(shù)、實驗室溫濕度、背景光譜扣除對近紅外光譜的影響等因素開展了系統(tǒng)研究，明確了關(guān)鍵影響因素及適宜參數(shù)值，制定了“煙草及煙草制品近紅外光譜采集規(guī)范”“煙草及煙草制品近紅外分析用質(zhì)量控制樣品的要求和應(yīng)用”兩項數(shù)據(jù)采集規(guī)范，有效保障近紅外光譜數(shù)據(jù)的高質(zhì)量采集，同時開發(fā)近紅外光譜采集系統(tǒng)，實現(xiàn)光譜采集數(shù)據(jù)實時收集。

近紅外化學(xué)成分預(yù)測模型體系、近紅外分析算法體系和數(shù)據(jù)采集規(guī)范的建立，基本滿足了所有烤煙樣品類型、大多數(shù)實驗室和生產(chǎn)線的近紅外分析需求，覆蓋了從初烤煙葉到卷煙煙絲的全過程，為采集整合行業(yè)近紅外分析數(shù)據(jù)提供了系統(tǒng)完整、準(zhǔn)確性高、適用性強的技術(shù)路徑。

高效適用 構(gòu)筑分析平臺

“算法體系和預(yù)測模型要想實現(xiàn)應(yīng)用和推廣，必須同步建立相應(yīng)的分析系統(tǒng)平臺。”為此，項目組旋即投入行業(yè)近紅外分析系統(tǒng)的建設(shè)工作中。

在深入分析樣品信息的基礎(chǔ)上，項目組制定了《煙草及煙草制品近紅外分析編碼規(guī)則》，對各類樣品信息的編碼錄入格式作了統(tǒng)一規(guī)范。歷經(jīng)一年時間，煙草近紅外大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)正式上線運行，涵蓋近紅外光譜實時在線采集與傳輸、化學(xué)成分結(jié)果回傳、光譜質(zhì)量自動監(jiān)控等多種應(yīng)用，大幅提高了近紅外數(shù)據(jù)分析的流程規(guī)范化和方法標(biāo)準(zhǔn)化水平。同時，作為煙草科研大數(shù)據(jù)重大專項的重要組成部分，煙草近紅外分析系統(tǒng)平臺實現(xiàn)了同其他科研大數(shù)據(jù)平臺之間的數(shù)據(jù)交互，進(jìn)一步增強了煙草科研數(shù)據(jù)的便捷共享。

煙草近紅外分析系統(tǒng)平臺的建成，使原本分散無序的行業(yè)近紅外光譜數(shù)據(jù)得到了有效整合，實現(xiàn)工業(yè)企業(yè)技術(shù)中心、工農(nóng)業(yè)科研機構(gòu)、復(fù)烤企業(yè)等行業(yè)各類用戶一體化聯(lián)通，形成廣泛覆蓋行業(yè)的近紅外分析技術(shù)網(wǎng)絡(luò)，匯集了初具規(guī)模的各類煙草樣品近紅外光譜和化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)。

隨后，項目組對于這些數(shù)據(jù)開展進(jìn)一步整理挖掘，構(gòu)建了樣品種類涵蓋全、化學(xué)成分指標(biāo)多、預(yù)測結(jié)果準(zhǔn)的行業(yè)及各單位煙草化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫，形成了初烤煙到卷煙產(chǎn)品的完整化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)鏈。并從中總結(jié)出不同生態(tài)區(qū)、不同部位、不同醇化時間煙葉的化學(xué)物質(zhì)基礎(chǔ)規(guī)律，構(gòu)建了國產(chǎn)烤煙化學(xué)成分地理信息系統(tǒng)，為煙葉原料生產(chǎn)、卷煙設(shè)計開發(fā)、配方維護(hù)等提供了堅實的數(shù)據(jù)保障。

廣泛應(yīng)用 助力提質(zhì)增效

煙草近紅外分析系統(tǒng)平臺上線運行后，在行業(yè)內(nèi)得到了廣泛推廣和應(yīng)用。截至目前，共有53家行業(yè)工商企業(yè)的82臺儀器接入平臺，累計收集初烤煙葉、復(fù)烤片煙、醇化片煙、卷煙煙絲等各類煙草樣品光譜50余萬個，獲取化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)3500余萬個。“這些數(shù)據(jù)為卷煙工業(yè)煙葉質(zhì)量風(fēng)格評價、復(fù)烤企業(yè)復(fù)烤片煙質(zhì)量均一性監(jiān)控和農(nóng)業(yè)技術(shù)中心煙葉質(zhì)量評價提供了強大的數(shù)據(jù)支撐。”劉惠民說。

鄭州院依托平臺采集的數(shù)據(jù)，與行業(yè)多家工業(yè)企業(yè)開展合作，深入開展烤煙質(zhì)量與風(fēng)格評價模型構(gòu)建、醇化進(jìn)度評價模型構(gòu)建研究，形成了工業(yè)企業(yè)庫存原料動態(tài)、準(zhǔn)確和全面的煙葉原料綜合表征數(shù)據(jù)庫。利用這一數(shù)據(jù)庫，卷煙工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)中的葉組維護(hù)實驗次數(shù)減少20%至70%，新產(chǎn)品開發(fā)實驗次數(shù)減少40%至70%，單料煙評吸量降低70%至80%，卷煙數(shù)字化設(shè)計和產(chǎn)品維護(hù)效率及精準(zhǔn)性得到大幅提升，同時大幅拓寬了煙葉使用范圍，提升了煙葉使用價值。

2021年以來，鄭州院作為主辦單位，成功舉辦了3次行業(yè)近紅外分析技術(shù)論壇，通過開展知識講座、特邀專家報告、論文宣講等多種形式，加強行業(yè)內(nèi)外關(guān)于近紅外分析技術(shù)研究和應(yīng)用最新進(jìn)展的交流研討，展示推介煙草近紅外分析系統(tǒng)平臺研發(fā)最新成果。來自行業(yè)工商企業(yè)、全國部分高校和科研機構(gòu)的專家學(xué)者云集，通過這一平臺開闊視野、分享經(jīng)驗、激發(fā)創(chuàng)意，共同助力行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型加快推進(jìn)。