原棉颜色级与品级转换模型的研究

摘要：本文以天津市2010―2012年度棉花检验数据为研究对象，通过对不同品级的颜色级分布和不同颜色级的品级分布以及马克隆值对固定颜色级品级分布影响的分析，在研究出颜色级与品级的对应关系基础上，再参考马克隆值的大小，可以精确地预测棉花的品级，有助于纺织企业技术人员在标准过渡期内更好地指导配棉工作，顺利过渡到颜色级检测体系。

关键词：棉花；颜色级；品级；转换模型

1 引言

仪器化检验是国际棉花检验的发展趋势，也是我国棉花市场改革和现代纺织工业的发展需要。经过十几年的研究，我国于2012年了新的棉花检验国家标准GB 1103.1―2012《棉花 第1部分：锯齿加工细绒棉》（以下称新国标），并于2013年度开始全面实施。新国标最大的变化是取消了品级，改用能够实现仪器化检验的颜色级指标，摒除了人为因素造成的检验结果的差异[1]，大大提升了我国棉花检验的科学性、公平性，对棉花的生产、加工、检验、收储、流通、使用等环节都有巨大的促进作用[2]。但是目前颜色级指标在相关应用环节的研究还十分欠缺，棉纺企业仍然习惯用品级作为原棉选配的指导指标。研究好二者之间的关系，有助于纺织企业快速认识好颜色级、应用好颜色级，顺利过渡到颜色级检测体系。

根据新国标的规定，棉花的颜色级是根据棉花黄度和反射率坐标在颜色级分级图上所处的区域确定的。根据棉花的黄度的不同，以三条等级线（L1～L3）为界将其分为白棉、淡点污棉、淡黄染棉、黄染棉4种类别，每个类型又根据明度的不同以等级线（L4～L10）分为若干级别，共分13个等级，各个颜色级均可用两位数字表示[3]（如图1所示）。

2 试验数据的获取和处理

本文以天津市2010―2012年度棉花检验数据为研究对象，共选取原棉样本431112个，提取了棉花的品级、色特征级、黄度、反射率、马克隆值、轧工质量等参数，其中三级棉占35%，四级棉占59%，五级棉占5%，二级、六级棉占不到1%，不存在一级、七级棉样本。

虽然原标准中也有以棉花颜色分级的指标――色特征级，但是色特征级与新国标中的颜色级划分标准差别较大。因此，要分析颜色级与品级之间的关系就需要根据棉花的黄度和反射率指标，按照现行分级标准重新计算棉花的颜色级。

由于标准中各颜色级边界线的具体解析式并不对外公开，因此要获得棉花样本的颜色级指标，就必须首先获取每个区域的边界条件。采用描点拟合法对颜色分级图上的10条边界线的解析式进行估计，得出三条类型线解析式拟合结果如下：

L1：+b=0.002Rd2-0.2036Rd+12.975 R? = 0.9990

L2： +b = 0.002Rd2 -0.2024Rd+14.557 R? = 0.9988

L3：+b = 0.0021Rd2 -0.213Rd+16.967 R? = 0.9987

等级线L4～L10为直线，每条直线各取4个点，采用一次函数拟合。各条等级边界线解析式拟合结果如下：

L4：Rd = -1.9746（+b）+ 98.959 R? = 0.9996

L5：Rd = -1.9637（+b）+ 97.318 R? = 0.9992

L6：Rd = -1.9553（+b）+ 94.201 R? = 0.9999

L7：Rd = -1.9012（+b）+ 88.585 R? = 1

L8：Rd = -2.0221（+b）+ 96.933 R? = 0.9997

L9：Rd = -1.9258（+b）+ 92.087 R? = 0.9999

L10： Rd = -1.9344（+b）+ 93.778 R? = 1

为快速计算大量棉花样本的颜色级，以上述颜色级边界线解析式为基础，利用Microsoft Office Excel的VBA开发工具，开发了颜色级分级程序。利用本程序计算2010年至2012年43万个棉花样本的颜色级，经过处理后的棉花检测数据就同时具有了品级和颜色级两个级别。下面据此分析颜色级与品级之间的关系。

3 不同品级原棉的颜色级分布

为探索颜色级与品级之间的关系，首先将三个年度的棉花检验数据样本按品级划分，分别统计各年度各品级原棉的颜色级分布情况，统计结果如图2～图5所示。

图2 3级棉花的颜色级分布[图（a）、图（b）、图（c）分别为2010年度、2011年度、2012年度的棉花样本，下同]

图3 四级棉花的颜色级分布

图4 五级棉花的颜色级分布

图5 六级棉花的颜色级分布

观察各个品级棉花的颜色级分布图可以看出，各年度同一品级的棉花的颜色级分布规律基本一致。同一品级原棉的颜色级较为集中地分布在某个颜色级或某两个相邻的颜色级上，不会发生离散分布的现象。以五级棉为界，一级、二级、三级、四级的棉花都是以白棉类型为主，五级、六级、七级棉花中淡点污棉、淡黄染棉、黄染棉类型开始增加。可见品级对白棉的分级较细致，但对有污染色的棉花分级较为粗糙。各个品级棉花的颜色级的具体分布情况如表1所示。

表1 各品级原棉的颜色级分布

综上所述，棉花的品级与颜色级的检验依据和测试手段差别很大，但是都反映了棉花的质量情况。虽然棉花的品级与颜色级不具有一一对应关系，但从总体上看，某一品级的棉花的颜色级往往较为集中地分布在某一个颜色级或者某几个邻近的颜色级上面，颜色级高的棉花品级也高，颜色级低的棉花品级也低，二者有较强的相关性。

4 不同颜色级原棉的品级分布

新标准实施后，棉花检验中将不再使用品级，而统一使用颜色级指标。因此我们更加关心某个颜色级的棉花应该对应多少品级。若能够找到二者之间的转换关系，就可以根据棉花的颜色级推测其大致品级，进而帮助我们快速地理解好颜色级、应用好颜色级指标。

图6 各个颜色级棉样本中不同品级所占比例

如图6，按颜色级划分原棉数据样本，并统计各个颜色级原棉的品级分布情况，其中白棉1级，黄染棉1、2级由于样本数量较少，不具有统计意义，仅供参考。可以看出，每种类型下级别越高的棉花高品级比例越大，随着黄度的增加，每个类别总体上品级越来越低。但不同类别不同级别的棉花的品级分布情况不能直接比较。

各个颜色级棉花的品级分布具体情况见表2。

表2 各颜色级棉花中不同品级所占比例

注：方框内为相应颜色级下比例最大的品级的占比

根据上面的探讨可以看出，单个颜色级的棉花较为集中地分布在某个品级或者某两个相邻的等级上。我们把某个颜色级下占比最大的品级称为该颜色级的多数品级，如白棉2级的多数品级为三级，白棉3级的多数品级为四级；把与其相邻的占比次之的品级称为该颜色级的可选品级，如白棉2级的可选品级为四级，白棉3级的可选品级为三级；根据以上定义，并结合变化规律合理推测样本数量较少的白棉1级，淡黄染1、3级，黄染棉1、2级的平均品级、多数品级以及可选品级，13个颜色级与品级的对应关系如表3所示。

表3 各个颜色级的多数品级及备选级别

品级即代表了棉花的使用价值，直接决定棉花的交易定价。根据中棉协会《棉花买卖合同及一般条款》（国产棉），价格从高到低一般为：白棉1级>白棉2级>白棉3级>淡点污棉1级>白棉4级>淡点污棉2级>白棉5级[4]。这个规律基本和图6中各颜色级中品级分布规律相符。高品级占比大的颜色级价格较高，低品级占比大的颜色级价格低。如，白棉4级和淡点污棉1级品级分布相似，相应地国内每吨价格也仅相差150元左右。

5 马克隆值对固定颜色级原棉品级分布的影响

通过上面的研究探讨，得出了每个颜色级对应的品级及可选品级。据此，可以根据棉花的颜色级得出其大致品级。由于评定棉花的品级时不仅考虑棉花的颜色特征，还需要考虑轧工质量和成熟情况等，因此品级与颜色级不可能具有严格的对应关系。若要进一步精确地得出棉花的品级还需要参考上述两个指标。

轧工质量分为P1、P2、P3三个等级，分别代表好、中、差。由于新体制下棉花加工企业的设备及技术水平都较好，厂家之间的轧棉质量相差不大，轧棉质量都符合要求。根据现有样本的轧工质量数据，约90%的棉花的轧工质量为P2（中等），另外有9.2%的为P1（好），P3（差）只占不到0.8%，所以，为简便起见，不将其作为影响品级分布的因素，只考虑反映成熟情况的马克隆值作为参考指标。

棉纤维的马克隆值是纤维细度和成熟度的综合反映，也是棉花检验中最早的仪器化检测指标之一。对同一原棉品种，马克隆值过低的棉纤维容易产生有害疵点，染色性差，断头率高，成纱强力较低。马克隆值过高时，纤维过成熟，纤维天然转曲较少，纺同样号纱时，纱线截面内纤维根数减少，纤维抱合力较差，成纱强力较低。所以马克隆值对纺织企业的选配棉有很好的指导作用，因此考虑研究其在颜色级固定的情况对棉花品级分布的影响。根据马克隆值大小，马克隆值分为A档、B档、C档，其中B级是标准级，各个级别的范围如表4所示。

表4 马克隆值分级表

白棉3级是标准颜色级，且样本数量最多，不同马克隆值的样本数量也较多。因此，首先选取白棉3级为研究对象，分析马克隆值对固定颜色级棉花的品级分布的影响。

图7 白棉3级不同马克隆值下各个品级的占比

如图7，当马克隆值较低时，低品级的棉花较多，如当马克隆值小于3.4（即C1档）时，较低品级的四、五级棉花占绝大多数，三级的棉花较少；随着马克隆值的提高，三级棉的比例逐渐增加，当马克隆值在4.1至4.9之间（A档和B2档）时三级棉花占据多数，几乎看不到五级棉；随着马克隆值的进一步增高，达到5.0以上（C2档）时四级棉又占据多数，五级棉也略有增加，但明显没有C1档和B1档时多。根据二次函数拟合结果，当马克隆值为4.4时平均品级最高。其他颜色级棉花的品级随马克隆值的变化也具有相同的变化规律。其他各个颜色级棉花的平均品级随马克隆值变化的变化如图8和图9所示。

白棉1级、淡黄染棉、黄染棉样本数量较少，无法统计。除此之外各颜色级棉花的平均品级随马克隆值的变化拟合解析式如表5所示。

表5 各颜色级平均品级随马克隆值变化的公式

注：y表示平均品级，x表示马克隆值

通过以上分析，同样的颜色级下，品级的分布与马克隆值有相关关系。马克隆值较小时，低品级的棉花比例较多，随着马克隆值的增加，高品级的比例逐渐增加，当马克隆值超过5.0时，即马克隆值为C2档时，低品级的比例又逐渐增加。因此，某个颜色级的棉花样本若其马克隆值较低，或者过高可以考虑将其归为低品级，若其马克隆值为A档或者B档，则其为较高品级的几率增加。

根据上述结论，在颜色级与品级的对应关系基础上，再参考马克隆值的大小，就可以更加精确地预测棉花的品级。

6 总结

棉花的颜色级与品级分级依据和检测手段都有很大差别，但二者都反映了棉花质量的好坏程度，只是颜色是从颜色的角度划分棉花的级别，这种划分更加具体详细，更好操作。从以上分析中可以看出棉花颜色级与品级存在较强的相关关系，品级较高的棉花颜色级也较好，品级较低的棉花颜色级不会太好。各品级棉花的颜色级分布具体情况可以参考表1。

某一个颜色级的棉花的品级较为集中地分布在某个品级或某两个相邻的品级上，颜色级越高高品级棉花占比越大。每种类型下，级别越高的棉花高品级比例越大，随着黄度的增加，每个类别总体上品级越来越低。各个颜色级与品级的对应关系可以参照表3。

颜色级固定的情况下，马克隆值不同品级分布也不相同，马克隆值过高或过低棉花的品级都会降低，马克隆值在3.6～5.0之间时品级相对较高。根据SPSS统计软件的拟合结果，各颜色级棉花的平均品级与马克隆值之间的函数关系如表5所示。至此我们可以通过棉花的颜色级了解棉花的品级分布情况，还可以通过马克隆值指标计算出棉花的平均品级。

几十年来，棉纺企业习惯了用品级指导配棉工作，新国标取消了品级，而棉纺企业又没有依据颜色级配棉的经验，利用以上研究成果可以在没有品级指标的情况下根据现有经验制定可行的配棉工艺，帮助纺织企业顺利过渡到颜色级检验体系。

参考文献：

[1]刘栋. 颜色级取代品级：未来之路或漫长[J]. 中国纤检，2012，（21）：54.

[2]GB 1103.1―2012 棉花 第1部分：锯齿加工细绒棉[S].

[3]赵凤友. 浅谈棉花颜色级与品级的关系[J]. 中国纤检， 2011， （13）：53-56.

[4]欧阳潇. 棉花贸易环境趋于完善《棉花买卖合同及一般条款》出台[J]. 纺织服装周刊，2012，46：29.

（作者单位：天津工业大学，天津市纺织纤维检验所）

阡陌短波

农业部将开展棉花市场价格监测

辑/晓婷

近日，农业部《农业部办公厅关于开展棉花和大豆市场价格监测的通知》。

通知指出，今年是国家实行农产品目标价格改革试点工作的第一年。根据2014年中央1号文件要求和国务院有关部署，从2014年起国家将取消棉花和大豆临时收储政策，对新疆（含兵团）棉花和辽宁、吉林、黑龙江、内蒙古的大豆实行目标价格改革试点。按照国务院价格改革方案的分工，相关地区农业部门要及时了解和掌握目标价格政策在执行过程中出现的新情况、新问题，加强农业生产指导，监测生产供给变化情况，对棉花、大豆的生产成本收益、补贴差额、目标价格水平、农民收入变化等重要数据要做到心中有数。经研究决定，农业部拟从9月份开始，在棉花、大豆试点省（区、兵团）开展目标价格监测工作。

通知要求，新疆、新疆生产建设兵团从9月1日至11月30日止，每个工作日开展棉花市场价格监测，并于当日14时前报送籽棉价格、衣分、等级、长度、籽棉交售数量、折皮棉价格等，其中，国庆节期间不报送。根据要求，各单位应选取棉花加工厂（轧花厂）作为棉花价格监测点。黄河流域、长江流域等其他棉区可比照新疆维吾尔自治区监测时间和内容同时开展价格监测工作。