基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的茶葉鑒定專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

劉　洋，鄭　華，李筱楠（石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北石家莊 050061）

基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的茶葉鑒定專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

劉洋，鄭華，李筱楠
（石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北石家莊 050061）

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)前端采集過來的網(wǎng)絡(luò)序列進(jìn)行自動(dòng)的分析與處理。如今也廣泛應(yīng)用到了茶葉鑒定領(lǐng)域中，并逐漸綜合了嵌入式技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息處理技術(shù)和無線通信技術(shù)等，隨著這些技術(shù)的發(fā)展，茶葉鑒定技術(shù)也有了廣闊的應(yīng)用空間，本文結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)該技術(shù)在現(xiàn)階段我國茶葉鑒定領(lǐng)域的應(yīng)用做出相關(guān)研究。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；茶葉鑒定專家系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是信息化時(shí)代一種新興的科技技術(shù)，被列為21世紀(jì)最有影響的技術(shù)和改變世界的十大技術(shù)之一，其目的主要是檢測(cè)特定區(qū)域中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，將網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)分隔開并跟蹤特定區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)目標(biāo)。在整個(gè)過程中網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)的檢測(cè)是關(guān)鍵性的一步，由于網(wǎng)絡(luò)受外景諸多因素的影響，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)極其不夠穩(wěn)定，使得運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的難度加大。茶葉鑒定系統(tǒng)前端直接連接人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（高度集成的DSP芯片為核心），在芯片采集完成之后，直接對(duì)采集后的網(wǎng)絡(luò)序列進(jìn)行處理，然后通過WLAN/LAN傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)中心或者后臺(tái)的客戶端上面顯示。

1　茶葉鑒定專家系統(tǒng)的發(fā)展歷程

人類通過眼睛視覺（相對(duì)應(yīng)于攝像頭）從外界非常直觀地獲取事物的信息，從視覺所獲得的信息量占人體五官所獲信息總量的百分之七十之多。茶葉鑒定專家系統(tǒng)的原理也正是如此，經(jīng)過幾十年的發(fā)展茶葉鑒定專家系統(tǒng)日趨成熟穩(wěn)健，鑒定系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越廣泛，從而進(jìn)一步推動(dòng)了其自身的發(fā)展，在此過程中大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：人工模擬時(shí)代、半智能時(shí)代、智能時(shí)代。

1.1人工模擬時(shí)代

在20世紀(jì)90年代初及其以前，當(dāng)時(shí)的茶葉鑒定專家系統(tǒng)剛剛發(fā)展沒多久，相關(guān)技術(shù)不夠成熟，大多采用模擬設(shè)備對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行模擬提取，稱為模擬網(wǎng)絡(luò)信號(hào)時(shí)代，即第一代茶葉鑒定系統(tǒng)時(shí)代。但是由于網(wǎng)絡(luò)信息是通過電纜的形式進(jìn)行傳輸，傳輸距離有限，而且在有線傳輸時(shí)模擬網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無法聯(lián)網(wǎng)，只能以節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)的形式連接現(xiàn)場(chǎng)，導(dǎo)致鋪線過程所耗費(fèi)的財(cái)力巨大，因而此種茶葉鑒定系統(tǒng)的拓展性較差。

1.2半智能時(shí)代

20世紀(jì)90年代中期，網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)逐漸得到了廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有了一次質(zhì)的飛躍，網(wǎng)絡(luò)采集與顯示技術(shù)由原本灰度化色調(diào)逐漸演變成了富有色彩的網(wǎng)絡(luò)。與此同時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展得到了提高，在網(wǎng)絡(luò)采集以及處理過程中計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力得到了充分的發(fā)揮，計(jì)算機(jī)顯示器對(duì)畫面的高質(zhì)量顯示提供了基礎(chǔ)。這種基于計(jì)算機(jī)的茶葉鑒定系統(tǒng)，即半智能時(shí)代。由于受到網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)壓縮相關(guān)技術(shù)的局限，導(dǎo)致無法組建覆蓋面積較大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使其應(yīng)用受到了一定的制約。

1.3智能時(shí)代

20世紀(jì)90年代末，網(wǎng)絡(luò)信息處理技術(shù)的不斷革新，以及網(wǎng)絡(luò)壓縮技術(shù)的不斷進(jìn)步，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)容量數(shù)據(jù)的處理速度的不斷提升，促進(jìn)了茶葉鑒定系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)全新的智能化時(shí)代。全智能茶葉鑒定系統(tǒng)主要依托于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，同時(shí)兼具對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的壓縮處理存儲(chǔ)等功能，并融入了網(wǎng)絡(luò)信息的行為分析結(jié)合異常處理，最終實(shí)現(xiàn)一個(gè)全智能化的茶葉鑒定系統(tǒng)，是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一次革新。如今發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使跨區(qū)域、跨國際的傳輸網(wǎng)絡(luò)成為了可能，因此其發(fā)展和應(yīng)用得到了大力的推進(jìn)。

2　人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在茶葉鑒定專家系統(tǒng)中的研究背景

隨著社會(huì)的發(fā)展以及生活水平的提高，科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，加快了社會(huì)信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的進(jìn)程，人們對(duì)醫(yī)療健康、財(cái)產(chǎn)安全、交通安全等各行各業(yè)的要求也越來越高。因此嵌入式茶葉鑒定專家系統(tǒng)得到了日新月異的更新，同時(shí)也推動(dòng)了多媒體領(lǐng)域相關(guān)的軟件和硬件相關(guān)技術(shù)的快速進(jìn)步。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)正在帶來一場(chǎng)革命，為各種各樣數(shù)不勝數(shù)的嵌入式電子產(chǎn)品增加網(wǎng)絡(luò)處理功能模塊可以加大其額外的價(jià)值；用戶可以和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互，開啟各種基于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的大門，包括網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)播和導(dǎo)向等；高端的茶葉鑒定專家系統(tǒng)可以在不需要人為干預(yù)的情況下自動(dòng)的采集、檢測(cè)并跟蹤目標(biāo)。

如今，高端的茶葉鑒定專家系統(tǒng)得到世界各國政府以及研究學(xué)者的廣泛關(guān)注，新型的茶葉鑒定專家系統(tǒng)較以往的有著明顯的優(yōu)點(diǎn)，在幾乎不需要人為干預(yù)的情況下，全天候可靠網(wǎng)絡(luò)，通過對(duì)攝像機(jī)采集的網(wǎng)絡(luò)序列自動(dòng)進(jìn)行分析，對(duì)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景內(nèi)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)分析，并且實(shí)時(shí)跟蹤，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)迅速作出相關(guān)反應(yīng)。新型的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)大量地引入計(jì)算機(jī)的協(xié)助，大大提高了其處理的速度，嵌入式人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的使用用戶越來越多。鑒于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，智能茶葉鑒定技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也在逐漸的擴(kuò)大。

如今，各行業(yè)各領(lǐng)域?qū)Σ枞~鑒定專家系統(tǒng)的需求也在不斷的增加，導(dǎo)致了茶葉鑒定專家系統(tǒng)的不斷推廣。然而傳統(tǒng)意義上的是基于PC機(jī)的茶葉鑒定專家系統(tǒng)，由于PC機(jī)功耗大成本高，攜帶不方便等缺點(diǎn)導(dǎo)致了茶葉鑒定專家系統(tǒng)應(yīng)用受到很大的局限性。與此同時(shí)針對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理芯片的問世，使得網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更加的智能化，并且處理芯片兼具體積小，功耗低，攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)致智能茶葉鑒定專家系統(tǒng)的應(yīng)用更加的普及，所有安防工作的信息主要來源于智能茶葉鑒定專家系統(tǒng)所采集得到的數(shù)據(jù)信息，然而茶葉鑒定專家系統(tǒng)的布控點(diǎn)數(shù)的數(shù)量以及布控網(wǎng)絡(luò)區(qū)域范圍是信息采集程度的主要決定因素，同時(shí)也是處理相關(guān)異常事件和防止異常事件發(fā)生的重要因素。為確保異常事件的及時(shí)響應(yīng)與預(yù)防，需要盡量布控盡可能全面的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在減低成本、提高工作的效率、增減系統(tǒng)積極性上唯有采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)才是最佳的解決方法之道。

3　基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的茶葉鑒定專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1國外茶葉鑒定專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)

Interscan科技公司生產(chǎn)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)-4000系列單氣體分析儀：其特點(diǎn)是采用專利技術(shù)的高精度電化學(xué)傳感器，響應(yīng)時(shí)間短，連續(xù)泵吸式采樣，體積小、重量輕，操作簡單、易攜帶。

Z-300茶葉鑒定專家系統(tǒng)：此公司生產(chǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)具有不同的工作方式，第一種是單點(diǎn)測(cè)試模式，第二種就是連續(xù)測(cè)試模式。單點(diǎn)測(cè)試模式就是只能一個(gè)點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)地測(cè)量，不能設(shè)置時(shí)間連續(xù)性工作；連續(xù)測(cè)試模式就是可以在一定的時(shí)間段里的任意時(shí)刻，顯示器都可以隔一段時(shí)間就顯示一次數(shù)據(jù)，這個(gè)時(shí)間設(shè)置一般是10秒更新一次，如果時(shí)間段結(jié)束了，那么這個(gè)測(cè)試也就停止。這個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)使用了公司專門開發(fā)的過濾器技術(shù)，可以排除一些其它的氣體對(duì)茶葉鑒定氣體的測(cè)量影響，使得茶葉鑒定濃度的測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度高，而且還有良好的可靠性。

英國PPM公司生產(chǎn)的PPM-400茶葉鑒定專家系統(tǒng)：PPM-400茶葉鑒定專家系統(tǒng)具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。此監(jiān)控系統(tǒng)方便攜帶，拿在手上直接使用，而且應(yīng)用起來十分簡單，是一款測(cè)試茶葉鑒定的好儀器。它的特點(diǎn)有：此儀器的內(nèi)部采用的是電化學(xué)氣體傳感器進(jìn)行泵吸式采集氣體，儀器的反應(yīng)速度十分快捷，而且整體結(jié)構(gòu)是非常緊密的；還可以使用兩種單位量來顯示測(cè)得的數(shù)據(jù)，即ppm和mg/m3這兩種衡量單位；此儀器的精確度非常高，可以達(dá)到0.001mg/m3這個(gè)數(shù)量級(jí)；同時(shí)此儀器還可以對(duì)濕度進(jìn)行補(bǔ)償。

3.2國內(nèi)茶葉鑒定專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)

“甲保御”牌人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)茶葉鑒定專家系統(tǒng)：該監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用了非常先進(jìn)的電化學(xué)傳感器以及一流的運(yùn)放芯片，使得可以精確采集和分析數(shù)據(jù)；該監(jiān)控系統(tǒng)有一個(gè)非常方便的功能應(yīng)用，就是可以實(shí)時(shí)地得到連續(xù)的電信號(hào)，就是直接將茶葉鑒定的質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)化而來，然后微處理器可以直接處理這些電信號(hào)，然后將分析的結(jié)果通過LCD顯示出來。該監(jiān)控系統(tǒng)突破了以前監(jiān)控復(fù)雜、價(jià)格昂貴的限制，使得產(chǎn)品既便宜又適用，該產(chǎn)品可以成天不間斷地進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，其操作也是非常簡單的。

全自動(dòng)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)茶葉質(zhì)量鑒定、氨測(cè)定儀：此種類型的監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)許多種物質(zhì)產(chǎn)生的茶葉鑒定以及氨污染物進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，在眾多場(chǎng)所都可以實(shí)時(shí)使用，其特點(diǎn)有：使用國家標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)控方法，茶葉鑒定使用酚試劑法，而氨則使用納氏試劑法；該儀器的監(jiān)控速度說不上快，但是也不是那么慢，監(jiān)控過程需要10-15分鐘；該監(jiān)控系統(tǒng)配備了大屏幕液晶來顯示測(cè)試結(jié)果，儀器內(nèi)部是使用單片機(jī)智能控制操作的，具有比較良好的人機(jī)交互界面，同時(shí)該監(jiān)控系統(tǒng)還具有非常優(yōu)秀的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理功能，而且得到的測(cè)試數(shù)據(jù)還可以實(shí)時(shí)保存和記錄。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)茶葉鑒定專家系統(tǒng)SKY2000-CH2O：該監(jiān)控系統(tǒng)在價(jià)格上來說，具有非常大的優(yōu)勢(shì)，它是國內(nèi)性價(jià)比最高的一款儀器設(shè)備，具有非常強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力；使用時(shí)可以明顯知道，該監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控茶葉鑒定濃度的速度是非?？斓?，它所使用的氣體傳感器反應(yīng)十分靈敏，而且可以長時(shí)間使用；該監(jiān)控系統(tǒng)在顯示方面，使用的是點(diǎn)陣顯示技術(shù)，支持兩種語言操作界面即中文和英文；該監(jiān)控系統(tǒng)還具有報(bào)警的功能，采用的是聲光報(bào)警技術(shù)，由于茶葉鑒定的特性，報(bào)警的閥值可以根據(jù)需要自主設(shè)置，還有就是該監(jiān)控系統(tǒng)還可以存儲(chǔ)監(jiān)控到的數(shù)據(jù)，還能保持最大的監(jiān)控效果值。

4　結(jié)語

經(jīng)過幾十年的發(fā)展以及科學(xué)研究的不斷努力，推進(jìn)了茶葉鑒定專家系統(tǒng)的不斷革新。高端計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)寬帶技術(shù)、高度集成化產(chǎn)品的不斷推廣，為茶葉鑒定專家系統(tǒng)的發(fā)展提供了有利的保障。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成了成熟的開發(fā)工具套件，健全的內(nèi)部軟件，高速的中央處理器和豐富的第三方服務(wù)支持，使其應(yīng)用開發(fā)的周期得到明顯的縮短，同時(shí)提高了開發(fā)的便捷性，從而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方面開發(fā)得到了廣泛的推廣與應(yīng)用。

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2016年河北省高等院?？茖W(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目：基于移動(dòng)平臺(tái)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)定位注冊(cè)技術(shù)的研究，項(xiàng)目編號(hào)：ZC2016137；2016年河北省高等院?？茖W(xué)技術(shù)青年基金項(xiàng)目：基于B/S結(jié)構(gòu)的BIM服務(wù)器中間件技術(shù)研究，項(xiàng)目編號(hào)：QN2016215；河北省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃自籌項(xiàng)目：互聯(lián)網(wǎng)+BIM工程信息共享平臺(tái)的研究與設(shè)計(jì)，項(xiàng)目編號(hào)：15214519。

劉洋（1980-），男，河北省石家莊人，碩士，講師，研究方向：通信與信息系統(tǒng)。