挖掘近红外数据新潜力，且看总公司科技进步奖二等奖背后的故事

近红外光谱分析技术具有快速高效、成本低、绿色环保的优点，在烟叶生产、质量评价、企业原料数据库构建中发挥着重要作用，在行业工商企业、复烤企业和科研院所中有着广泛的应用基础。

为充分挖掘行业近红外光谱数据潜力，助力行业增强数字化发展能力，以科技创新促进产业创新，在国家局科技司指导下，郑州烟草研究院、贵州中烟依托烟草科研大数据重大专项，牵头组织实施了“烟草近红外大数据构建及应用研究”项目。该项目对行业近红外光谱数据资源进行技术融合、深度挖掘、全面整合，开发烟草近红外分析系统平台并在行业内广泛应用，在烟叶原料生产、卷烟设计开发、配方维护等方面为烟草企业提供了扎实有效的数据支撑。

全面采集聚合海量数据

“大数据技术能够从海量数据中抽取传统数据分析手段难以获取的价值和模式，颠覆了人们对数据的认识。卷烟工业企业在生产过程中每年会产生海量的近红外光谱数据，这是行业最具挖掘潜质的数据资源之一。”郑州院首席研究员、“烟草近红外大数据构建及应用研究”项目主要负责人刘惠民说。

在项目准备阶段，项目组成员分赴多家卷烟工业企业、复烤企业开展调研，全面梳理卷烟生产和打叶复烤过程近红外技术应用现状及需求。经过整理分析，项目组发现行业近红外数据主要存在着分布零散、难以整合，数据应用价值低，不同单位分析结果差异较大等问题，要想实现分析数据“测得准、测得全、可收集”并非易事。对此，项目组制订了一套系统完整的项目实施方案。

为实现“测得准”，项目组经过多轮分析验证，建立了涵盖样品含水率校正、光谱插值、建模主因子数评价等3种原创性近红外算法和其他6种适用性算法的烟草近红外分析算法体系，覆盖建模标准样品筛选、光谱预处理、预测模型建立和模型转移等近红外分析全过程，实现了对于多种产品分析的先进适用性。

为实现“测得全”，项目组全面征集各类样品5673个，筛选出代表性的建模样品2473个，系统调研了大量有关烤烟质量、风格化学物质的基础研究文献，针对初烤/复烤片烟、醇化片烟、卷烟烟丝等3种常见样品类型和2个主流近红外光谱仪的使用实际精准建模，建立了涵盖70种化学成分、样品类型齐全、应用场景广泛的近红外化学成分预测模型体系。

为实现“可收集”，项目组对样品粒度、光谱仪各参数、实验室温湿度、背景光谱扣除对近红外光谱的影响等因素开展了系统研究，明确了关键影响因素及适宜参数值，制定了“烟草及烟草制品近红外光谱采集规范”“烟草及烟草制品近红外分析用质量控制样品的要求和应用”两项数据采集规范，有效保障近红外光谱数据的高质量采集，同时开发近红外光谱采集系统，实现光谱采集数据实时收集。

近红外化学成分预测模型体系、近红外分析算法体系和数据采集规范的建立，基本满足了所有烤烟样品类型、大多数实验室和生产线的近红外分析需求，覆盖了从初烤烟叶到卷烟烟丝的全过程，为采集整合行业近红外分析数据提供了系统完整、准确性高、适用性强的技术路径。

高效适用构筑分析平台

“算法体系和预测模型要想实现应用和推广，必须同步建立相应的分析系统平台。”为此，项目组旋即投入行业近红外分析系统的建设工作中。

在深入分析样品信息的基础上，项目组制定了《烟草及烟草制品近红外分析编码规则》，对各类样品信息的编码录入格式作了统一规范。历经一年时间，烟草近红外大数据分析系统正式上线运行，涵盖近红外光谱实时在线采集与传输、化学成分结果回传、光谱质量自动监控等多种应用，大幅提高了近红外数据分析的流程规范化和方法标准化水平。同时，作为烟草科研大数据重大专项的重要组成部分，烟草近红外分析系统平台实现了同其他科研大数据平台之间的数据交互，进一步增强了烟草科研数据的便捷共享。

烟草近红外分析系统平台的建成，使原本分散无序的行业近红外光谱数据得到了有效整合，实现工业企业技术中心、工农业科研机构、复烤企业等行业各类用户一体化联通，形成广泛覆盖行业的近红外分析技术网络，汇集了初具规模的各类烟草样品近红外光谱和化学成分数据。

随后，项目组对于这些数据开展进一步整理挖掘，构建了样品种类涵盖全、化学成分指标多、预测结果准的行业及各单位烟草化学成分数据库，形成了初烤烟到卷烟产品的完整化学成分数据链。并从中总结出不同生态区、不同部位、不同醇化时间烟叶的化学物质基础规律，构建了国产烤烟化学成分地理信息系统，为烟叶原料生产、卷烟设计开发、配方维护等提供了坚实的数据保障。

广泛应用助力提质增效

烟草近红外分析系统平台上线运行后，在行业内得到了广泛推广和应用。截至目前，共有53家行业工商企业的82台仪器接入平台，累计收集初烤烟叶、复烤片烟、醇化片烟、卷烟烟丝等各类烟草样品光谱50余万个，获取化学成分数据3500余万个。“这些数据为卷烟工业烟叶质量风格评价、复烤企业复烤片烟质量均一性监控和农业技术中心烟叶质量评价提供了强大的数据支撑。”刘惠民说。

郑州院依托平台采集的数据，与行业多家工业企业开展合作，深入开展烤烟质量与风格评价模型构建、醇化进度评价模型构建研究，形成了工业企业库存原料动态、准确和全面的烟叶原料综合表征数据库。利用这一数据库，卷烟工业企业在生产中的叶组维护实验次数减少20%至70%，新产品开发实验次数减少40%至70%，单料烟评吸量降低70%至80%，卷烟数字化设计和产品维护效率及精准性得到大幅提升，同时大幅拓宽了烟叶使用范围，提升了烟叶使用价值。

2021年以来，郑州院作为主办单位，成功举办了3次行业近红外分析技术论坛，通过开展知识讲座、特邀专家报告、论文宣讲等多种形式，加强行业内外关于近红外分析技术研究和应用最新进展的交流研讨，展示推介烟草近红外分析系统平台研发最新成果。来自行业工商企业、全国部分高校和科研机构的专家学者云集，通过这一平台开阔视野、分享经验、激发创意，共同助力行业数字化转型加快推进。

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