基于SPSS統計工具的紅外測溫結果線性回歸分析

楊宏韜

摘 要：在當今各行業領域發展進程中，大量設備的應用使得生產效率大大提升，為了確保設備運轉正常，會使用相應的技術手段測試其各項性能指標和運行狀態。在電力工程領域，針對各項設備開展的溫度指標測試是其中的關鍵，現階段有很多供電企業和工程項目都會使用紅外測溫技術方法進行溫度指標的測量，而以SPSS這種統計分析軟件為基礎，對測溫結果開展線性回歸模式的深入分析，以便于準確得到溫度數值，也能夠提升測溫的準確性。

關鍵詞：SPSS；紅外測溫；線性回歸；分析

引言

人們在研究測溫技術的過程中，開始利用專門的統計和分析軟件進行測試和檢驗，目的是為了獲取更接近真實溫度狀況的相關數據和信息。利用SPSS這種統計分析的專用工具，依靠其顯著優勢，結合紅外測溫技術，獲取更為精準的溫度數值，為各種設備運行時溫度的測量提供了精準而全面的測溫數據，人們還采用線性回歸的分析方法，針對物體的溫度指標進行測試，則換種回歸分析的方法也是第一個經過嚴格評估和研究并應用于實際的重要方法。

1SPSS解決方案軟件工具概述

（1）SPSS軟件的發展歷史和現狀

SPSS在最初被稱為社會科學的統計軟件包，它的概念和相應的功能內涵是跟隨其發展進程而逐漸出現變化的。SPSS是美國人在1968年開發和研究成功的，伴隨該軟件工具的應用發展，所涉及的服務行業和領域的范圍逐漸增大，并且服務的深度越來越大，其內涵和稱謂也出現了變化，在當前這種軟件工具的名稱被改為統計產品和服務的解決方案軟件，這不僅是簡單的服務體系的完善和擴大，而代表著這種統計軟件工具在發展過程中已經改變了原有的發展戰略，適時根據發展需求轉變了服務策略和解決方案規劃。隨后基于原有的SPSS軟件，開發出一系列適應各行業產品開發和服務體系的軟件產品。

（2）SPSS軟件的主要功能和特點

SPSS是當今世界上最早開發和應用的統計分析軟件工具，其一系列產品的開發和應用極大的擴展了分析統計方面的功能和作用范圍，主要應用于現代自然科學和社會、技術科學等領域之中，它的功能齊全多樣，對所測目標數據和指標能夠進入深層的分析，并且在使用過程中程序較為簡便。

1）界面友好美觀，使用便捷，通用性強

上文中說SPSS是一種軟件工具，它有自己的界面操作系統和相應的功能，該軟件也是世界上最初使用圖形模式的菜單來驅動其操作界面的軟件工具，這種軟件最為凸顯的特征就是其界面對于使用者來說是極為友好的，經過計算和分析得到的結果會以非常美觀和具體的模式呈現出來，并且會將各種功能作用集中起來統一在操作界面上得以展現，方便人們進行功能選擇和應用，以窗口模式和對話框界面的主要方式來體現其整個軟件的功能布局和應用方式。使用者只要掌握基本的系統操作知識和技能，在深入了解和精通統計和分析的原理和規律的基礎上，就能夠較為便捷的使用這種專門為科學研究工作而提供服務的軟件程序，而且可以針對某些特定的科研任務和工作來選擇所需要的功能選項，完成相應的統計和分析任務。此外，該軟件工具在存儲和處理數據參數時，會采用我們常見和經常使用的EXCEL表格來進行數據參數的輸入和管理，連接數據信息的接口具備通用的特點，可以極為便捷的獲取到其他數據庫之中的數據參數，并且迅速讀入SPSS軟件數據庫之中。

該軟件具有一套較為成熟和可靠的統計分析程序，不是統計分析的專業研究人員也可以利用此軟件工具進行相關統計和分析工作，并且在結果的輸出展現形式上頗為美觀和具體，能夠讓使用者清晰的確定結果數值，可以對數據參數的格式進行包括文本格式在內的格式轉化。由此可見，這套軟件能夠被大多數人接收的重要原因就在于其便捷性和簡潔性，不僅可以滿足高端使用者的需求，還可以為非專業人員提供相應的統計分析信息方面的支持和幫助。

2）基礎功能集于一體，且功能作用強大

SPSS軟件在當期主要操作系統中進行運行和使用過程中，能夠以組合的形式展現出來，該軟件將各種數據種類和類型錄入到軟件數據庫之中，進而開展一系列整理和分析的工作，將多種數據處理的程序和功能集于一體，使用者就可以根據科研或者生產等不同工作的需求來選擇相應的功能單元和模塊，這樣就能夠大大減少對操作系統的硬盤容量方面的需求，這也是該軟件能夠在多個行業和領域內得到廣泛應用的重要原因之一。該軟件工具具備數據輸入和輸出的管理、統計分析模式和圖標分析模式等基本功能類型，尤其是關鍵的統計分析模式中，以溫度測量為例，能夠實現描述性的統計和分析，對于測量得到的數據進行均值的比較與核對，對測溫結果實行合理的回歸分析，能夠建立數線性的模型等等。

3）應用領域廣泛，研發應用前景極為廣闊，發展潛力巨大

SPSS軟件工具的分析結果更為清晰和直觀，能夠為初學者迅速了解和掌握相應功能的操作和使用方式，能夠直接讀取其他數據庫中的信息和數據，而且可以在很多操作系統的計算機中進行使用和流暢運行，目前在社會和自然科學的研究工作中應用頗為廣泛，并且在各個行業和領域內得到了普遍的推廣，其通用性和兼容性較強，能夠適應多種運行環境和特定的工作要求條件，在經濟學、數學等過個學科領域門類中都得以廣泛應用，都發揮了極其關鍵和巨大的功能作用。伴隨該系統在各個行業和領域的普遍應用，其功能性在進一步得到強化，在研發新產品和投入實際工作應用中的發展前景備受人們矚目，其發展的空間和潛力也是極為巨大的。

（3）SPSS軟件工具存在的不足

盡管目前的SPSS軟件具備很多優勢特點，但是在與一些辦公軟件和操作系統進行兼容時還存在一定的阻礙和困難，它的軟件數據是不能使用辦公表格軟件直接打開，而必須經過拷貝或者復制粘貼的方法才能夠形成交互使用，這對于一些工作來說具有一定的復雜性。

2紅外測溫技術及其設備概述

（1）紅外測溫技術和其設備的基本運行原理

紅外測溫技術及其設備的測溫原理主要是利用物體本身發射出來的紅外線中的輻射能量，將其轉化為電信號，運用紅外測溫設備對這些電信號進行接收，進而開展分析和檢測，這樣就能夠獲取準確的溫度數值。紅外線的輻射能量越大，那么通過設備分析就可以得知物體自身的溫度相對較大，以此來達到測溫的目標。

（2）紅外測溫技術設備應用的內在定律和主要功能

紅外測溫設備主要是由光學系統、光電探測裝置以及信號放大、處理、顯示設備所組成。在我們的自然界之中，所有溫度指標高于絕對零度的物體都會一刻不停地向外界環境中釋放紅外線的輻射能量，能量強度的高低是由紅外線的波長所決定的，這與物體自身表面的溫度之間有著極為緊密的關聯，所以紅外測溫設備正是運用這種自然規律和原理，開發出針對輻射能量大小的測量功能模塊進行溫度的測試和檢驗，能夠獲取頗為精準的物體表面溫度指標，這也是其功能運行的基礎原理。

該型設備在運行原理黑體中，將黑體看成是一種極為理想化的輻射物體，可以吸收幾乎自然界內所有物體散發出的輻射能量，可是在自然界中的絕大部分物體本身都不是黑體，也就無法進一步明確紅外線輻射的具體分布形式和內在規律，因此在隨后的理論研究工作中，人們通過建立一個模型來進行深入的分析和研究，科學家也總結出了黑體輻射的內在定律，就是利用物體散發出的紅外線波長來代表輻射程度，引入發射率這一比率數值，是為了能夠將這一定律適用于自然界中的一切實物。因此在實際的測溫工作中，只要明確獲取實物的發射率，就可以得知所有物體的紅外線輻射的特點和特征。

當前所應用的紅外測溫設備產品，其功能性極為顯著。設備本身結構較為簡單，攜帶過程中較為輕巧和輕便，單手就可以完成相應的操作程序以及流程，在使用期間還可以根據不同溫度單位來進行調節，以不同單位來顯示物體的實際溫度數值，而且還具備自動的關機功能。

3 線性回歸分析的可行性

線性回歸的分析方式主要利用了數理統計之中的回歸分析方法，是針對兩個或者兩個以上的變量之間存在的相互依存的定量關聯進行統計和分析的重要方法，在當前各個行業和領域的應用是十分廣泛的。

我們在分析線性回歸這種分析模式在實際測溫工作中的可行性時，要以其所依據的基本原理為出發點進行深入探究。線性回歸的分析方法主要是利用了線性回歸的方程式之中的最小平凡函數，針對存在的一個或者多個自變量以及因變量之間存在的關系，根據其關系特點和特征建立其一個模型進行分析和研究。所組成的模型中所代表的模型參數就會形成一個線性的組合，由于其內部的自變量以及因變量的數量并不確定，一般是兩個或者更多，因此這種分析方法也被稱之為多元的線性回歸分析模式。

在現實生活中，某個現象的發生或某種結果的得出往往與其他某個或某些因素有關，而這種關系又難以從機理上給出準確的定量描述，只是從數據上可以看出有“有關的趨勢”。線性回歸分析可以用來研究這種因變量與自變量的相關關系，它假設因變量與自變量之間為線性關系，用一定的線性回歸模型來擬合因變量和自變量的數據，并通過確定模型參數來得到回歸方程，然后可以通過回歸方程分析變量之間的相關關系，并判斷認定的因變量與自變量之間是否具有密切的影響關系。

而在實際運行中，對變電設備發熱缺陷進行跟蹤觀察往往可以發現溫度的變化趨勢與某些因素的變化存在所說的“有關的趨勢”，如流過的電流大小，環境溫度等，我們可以假設這些因素對過熱缺陷的變化趨勢是有影響的，因此我們可以借助這些參數來對溫度進行相關的數學分析，并通過結果來判斷我們的假設是否成立。

4 樣本選取與模型建立

（1）合理選擇樣本，建立回歸模型

在線性回歸的分析工作和試驗當中，建立回歸模型的主要方式是利用線性的預測函數來進行建設和完善，通過對目標物體本身特性和特征的分析，獲取到相關信息和數據，研究人員要利用相關的規律對這些信息數據進行評估和估計，這樣就能夠獲取得到一些急需的未知參數，以進一步完善建立起來回歸模型，通常這種模型也被稱之為線性模型。在選擇樣本過程中，要根據將要測定溫度指標的物體本身特性進行總結和分析，利用線性規律和相關函數變量來構建其模型。

在線性回歸建模過程中會經常使用最小的二乘逼近進行相應的擬合過程，但這種方式并非絕對化，也可以在建模期間采用其他的方式來實現擬合過程。

本文主要應對一些變電設備的測溫需求和條件，針對某些電力設備而開展的紅外測溫和測量結果的線性回歸分析工作，建立模型是其中非常重要的一個步驟，其發揮著不可或缺的重要作用。基于SPSS這種軟件工具，結合紅外測溫設備和技術手段，開展線性回歸分析工作，一般要建立兩個基礎模型利用SPSS工具的比對分析功能進行統計和計算，進而對兩個模型進行必要的比對，以此來分析某型電氣設備在運行時出現升溫現象的影響因素。

（2）回歸模型的檢驗

1） 擬合優度檢驗

在未經過數據處理修正的情況下，依據模型的相關系數，表明因變量中，能用自變量的變動結束的百分比。說發熱溫度與流過電流、環境溫度存在高度的相關性。

2） F檢驗、T檢驗及多重共線性檢驗

由于建模前對于樣本中的奇異點為進行修正處理，而且在模型擬合的過程中求得各個因數也會存在一定的誤差，因此計算出的部分結果會和實際測量值之間存在誤差，但是計算值和測量值整體的趨勢線還是很吻合的，如果需要提高精度，可以根據之前求得的隨機誤差根據要求對模型進行一定修正。異常發熱的情況較為復雜，如果通過數學手段對異常發熱情況進行預測，計算出的預測值還是需要結合誤差情況給予一定修正。

3）相關結論探析

實際上，在發現設備發熱缺陷到缺陷處理為止，設備可能無法直接停運甚至帶病運行一段時間，此時設備發熱情況可能存在一個較為穩定的狀態，直到平衡被打破，情況突然惡化。本文提出建立數學模型的方法，就是希望借由一定的測溫結果作為樣本，通過計算建模反映帶病設備的發熱趨勢，通過極限情況求值計算該情況下設備可能達到的最高發熱溫度，以作參考，這才是預測模型的實際意義。

取電流1.05kA，環境溫度40攝氏度，利用修正后模型求得此時發熱值為92.8。該預測值的意義在于提供一警戒參考值，在異常發熱情況下，將在可能的極限運行情況下到達92.8攝氏度，如果發熱點有明顯溫度上升趨勢，在達到該溫度前應該考慮采取相應措施。

5 結論

線性回歸建模結果證明了其可行性和可靠性，發熱溫度和電流、環境溫度是有線性關系的，也求得了模型。但是特別要注意的是，除了溫度、電流測量的誤差之外，另外可能存在其他變量影響發熱溫度的變化，這些都會給模型預測的結果帶來誤差，甚至計算結果會與實測值產生較大偏差。需要指出的是，影響預測準度的眾多因素并不妨礙本文所研究模型本身的有效性。

參考文獻：

[1]龍永紅.概率論與數理統計[M].北京：高等教育出版社.