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Enregistrement W4411946786 · doi:10.1021/acsomega.5c04463

Machine Learning-Based Predictive Modeling of Infrared Spectroscopic Data from Thermal Conversion of Athabasca Bitumen

2025· article· en· W4411946786 sur OpenAlexfundno aff
Noora Al Mansoori, Munawar A. Shaik, Kaushik Sivaramakrishnan

Notice bibliographique

RevueACS Omega · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineChemistry
ThématiquePetroleum Processing and Analysis
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesUnited Arab Emirates UniversityUniversity of AlbertaAbu Dhabi University
Mots-clésAsphaltThermal infraredInfraredThermalEnvironmental scienceMaterials scienceComputer scienceArtificial intelligenceComposite materialOpticsThermodynamicsPhysics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide This study explores the use of machine learning (ML) techniques to predict Fourier-transform infrared (FTIR) intensities of products from the thermal cracking of Athabasca bitumen, aiming to develop a reliable soft-sensor. The ultimate goal is to obtain the FTIR spectra of the thermally cracked products online to reduce process time from slow physical measurements. Various ML models, including Linear Regression (LinR), partial least squares regression (PLSR), support vector regression (SVR), K-nearest neighbors ( k -NN), random forest (RF), and gradient boosting regression (GBR), were implemented to enhance the predictive accuracy and efficiency of FTIR spectroscopy, aiming to reduce the need for traditional physical measurements which are often slow compared to the rapid predictions offered by ML techniques. To assess the model’s generalization capabilities, with respect to model predictions, the models were trained and tested across four different scenarios with varying temperature data obtained from visbreaking experiments performed on Athabasca Bitumen at temperatures ranging from 25 to 420 °C with reaction times ranging from 15 min to 27 h. Scenario 1 included all 61,740 data points utilizing an 80/20 train-test split with 10-fold cross-validation (CV). Scenario 2 involved training on temperatures of 25, 350, and 400 °C and testing on 300, 380, and 420 °C. Scenario 3 involved training on temperatures of 350, 380, and 400 °C and testing on 25, 300, and 420 °C. Finally, Scenario 4 involved training on temperatures of 25, 300, 350, and 380 °C and testing on 400 and 420 °C. Bayesian optimization was employed for hyperparameter tuning to identify the optimal configurations for each model. The results indicate that ensemble methods, particularly GBR, consistently achieved the highest predictive accuracy ( R 2 ) and lowest root mean squared error (RMSE) across all scenarios. In Scenario 1, GBR achieved a prediction accuracy of 99.66%. Scenario 2 highlighted the models’ ability to generalize across varying temperatures, with both RF and GBR achieving similar performance with high prediction accuracies of around 94%. Scenario 3, characterized by significant temperature variability, demonstrated the robustness of GBR, which outperformed RF and k -NN with a predictive accuracy of 92.15%. Scenario 4, focusing on high-temperature predictions from low-temperature training data, showed that GBR still performed robustly with a predictive accuracy of 80.40%. The study concludes that GBR models, particularly those with well-tuned hyperparameters, are highly effective in predicting FTIR intensities, outperforming other techniques like RF, k -NN, LinR, and PLSR. The integration of advanced ML techniques and Bayesian optimization significantly enhances the capability to predict FTIR spectra, providing a reliable soft-sensor as an alternative to traditional physical experimentation methods. This approach not only saves time and resources but also ensures consistent and high-quality predictive performance in chemical analysis and monitoring.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,694
Score d'incertitude au seuil0,469

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,015
Tête enseignante GPT0,251
Écart entre enseignants0,237 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2025
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Résumé présentoui

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