基于人工神經網絡的茶葉鑒定專家系統設計與研究

劉　洋，鄭　華，李筱楠（石家莊鐵路職業技術學院，河北石家莊 050061）

基于人工神經網絡的茶葉鑒定專家系統設計與研究

劉洋，鄭華，李筱楠
（石家莊鐵路職業技術學院，河北石家莊 050061）

人工神經網絡是利用計算機技術對網絡前端采集過來的網絡序列進行自動的分析與處理。如今也廣泛應用到了茶葉鑒定領域中，并逐漸綜合了嵌入式技術、網絡信息處理技術和無線通信技術等，隨著這些技術的發展，茶葉鑒定技術也有了廣闊的應用空間，本文結合人工神經網絡技術，對該技術在現階段我國茶葉鑒定領域的應用做出相關研究。

人工神經網絡；茶葉鑒定專家系統；設計

人工神經網絡技術是信息化時代一種新興的科技技術，被列為21世紀最有影響的技術和改變世界的十大技術之一，其目的主要是檢測特定區域中的運動目標，將網絡目標分隔開并跟蹤特定區域內的節點目標。在整個過程中網絡目標的檢測是關鍵性的一步，由于網絡受外景諸多因素的影響，導致網絡節點極其不夠穩定，使得運動檢測的難度加大。茶葉鑒定系統前端直接連接人工神經網絡服務器（高度集成的DSP芯片為核心），在芯片采集完成之后，直接對采集后的網絡序列進行處理，然后通過WLAN/LAN傳輸到網絡中心或者后臺的客戶端上面顯示。

1　茶葉鑒定專家系統的發展歷程

人類通過眼睛視覺（相對應于攝像頭）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。茶葉鑒定專家系統的原理也正是如此，經過幾十年的發展茶葉鑒定專家系統日趨成熟穩健，鑒定系統的應用也越來越廣泛，從而進一步推動了其自身的發展，在此過程中大致經歷了三個階段：人工模擬時代、半智能時代、智能時代。

1.1人工模擬時代

在20世紀90年代初及其以前，當時的茶葉鑒定專家系統剛剛發展沒多久，相關技術不夠成熟，大多采用模擬設備對網絡數據信息進行模擬提取，稱為模擬網絡信號時代，即第一代茶葉鑒定系統時代。但是由于網絡信息是通過電纜的形式進行傳輸，傳輸距離有限，而且在有線傳輸時模擬網絡系統無法聯網，只能以節點對節點的形式連接現場，導致鋪線過程所耗費的財力巨大，因而此種茶葉鑒定系統的拓展性較差。

1.2半智能時代

20世紀90年代中期，網絡多媒體技術逐漸得到了廣泛的應用與發展，網絡技術有了一次質的飛躍，網絡采集與顯示技術由原本灰度化色調逐漸演變成了富有色彩的網絡。與此同時計算機技術發展得到了提高，在網絡采集以及處理過程中計算機的數據處理能力得到了充分的發揮，計算機顯示器對畫面的高質量顯示提供了基礎。這種基于計算機的茶葉鑒定系統，即半智能時代。由于受到網絡技術和網絡壓縮相關技術的局限，導致無法組建覆蓋面積較大的網絡系統，使其應用受到了一定的制約。

1.3智能時代

20世紀90年代末，網絡信息處理技術的不斷革新，以及網絡壓縮技術的不斷進步，同時網絡技術不斷發展和計算機存儲容量數據的處理速度的不斷提升，促進了茶葉鑒定系統進入一個全新的智能化時代。全智能茶葉鑒定系統主要依托于網絡技術實現數據的實時傳輸，同時兼具對人工神經網絡數據的壓縮處理存儲等功能，并融入了網絡信息的行為分析結合異常處理，最終實現一個全智能化的茶葉鑒定系統，是網絡技術的一次革新。如今發達的網絡技術，使跨區域、跨國際的傳輸網絡成為了可能，因此其發展和應用得到了大力的推進。

2　人工神經網絡在茶葉鑒定專家系統中的研究背景

隨著社會的發展以及生活水平的提高，科學技術的迅速發展，加快了社會信息化、網絡化和智能化的進程，人們對醫療健康、財產安全、交通安全等各行各業的要求也越來越高。因此嵌入式茶葉鑒定專家系統得到了日新月異的更新，同時也推動了多媒體領域相關的軟件和硬件相關技術的快速進步。人工神經網絡正在帶來一場革命，為各種各樣數不勝數的嵌入式電子產品增加網絡處理功能模塊可以加大其額外的價值；用戶可以和網絡進行交互，開啟各種基于網絡服務的大門，包括網絡點播和導向等；高端的茶葉鑒定專家系統可以在不需要人為干預的情況下自動的采集、檢測并跟蹤目標。

如今，高端的茶葉鑒定專家系統得到世界各國政府以及研究學者的廣泛關注，新型的茶葉鑒定專家系統較以往的有著明顯的優點，在幾乎不需要人為干預的情況下，全天候可靠網絡，通過對攝像機采集的網絡序列自動進行分析，對運動場景內目標進行檢測分析，并且實時跟蹤，當出現異常情況時迅速作出相關反應。新型的網絡技術已經大量地引入計算機的協助，大大提高了其處理的速度，嵌入式人工神經網絡系統的使用用戶越來越多。鑒于其獨特的優點，智能茶葉鑒定技術的應用領域也在逐漸的擴大。

如今，各行業各領域對茶葉鑒定專家系統的需求也在不斷的增加，導致了茶葉鑒定專家系統的不斷推廣。然而傳統意義上的是基于PC機的茶葉鑒定專家系統，由于PC機功耗大成本高，攜帶不方便等缺點導致了茶葉鑒定專家系統應用受到很大的局限性。與此同時針對人工神經網絡處理芯片的問世，使得網絡技術更加的智能化，并且處理芯片兼具體積小，功耗低，攜帶方便等優點，導致智能茶葉鑒定專家系統的應用更加的普及，所有安防工作的信息主要來源于智能茶葉鑒定專家系統所采集得到的數據信息，然而茶葉鑒定專家系統的布控點數的數量以及布控網絡區域范圍是信息采集程度的主要決定因素，同時也是處理相關異常事件和防止異常事件發生的重要因素。為確保異常事件的及時響應與預防，需要盡量布控盡可能全面的網絡系統，在減低成本、提高工作的效率、增減系統積極性上唯有采用人工神經網絡系統才是最佳的解決方法之道。

3　基于人工神經網絡的茶葉鑒定專家系統設計

3.1國外茶葉鑒定專家系統設計

Interscan科技公司生產的人工神經網絡-4000系列單氣體分析儀：其特點是采用專利技術的高精度電化學傳感器，響應時間短，連續泵吸式采樣，體積小、重量輕，操作簡單、易攜帶。

Z-300茶葉鑒定專家系統：此公司生產的監控系統具有不同的工作方式，第一種是單點測試模式，第二種就是連續測試模式。單點測試模式就是只能一個點一個點地測量，不能設置時間連續性工作；連續測試模式就是可以在一定的時間段里的任意時刻，顯示器都可以隔一段時間就顯示一次數據，這個時間設置一般是10秒更新一次，如果時間段結束了，那么這個測試也就停止。這個監控系統使用了公司專門開發的過濾器技術，可以排除一些其它的氣體對茶葉鑒定氣體的測量影響，使得茶葉鑒定濃度的測量結果準確度高，而且還有良好的可靠性。

英國PPM公司生產的PPM-400茶葉鑒定專家系統：PPM-400茶葉鑒定專家系統具有許多獨特的優點。此監控系統方便攜帶，拿在手上直接使用，而且應用起來十分簡單，是一款測試茶葉鑒定的好儀器。它的特點有：此儀器的內部采用的是電化學氣體傳感器進行泵吸式采集氣體，儀器的反應速度十分快捷，而且整體結構是非常緊密的；還可以使用兩種單位量來顯示測得的數據，即ppm和mg/m3這兩種衡量單位；此儀器的精確度非常高，可以達到0.001mg/m3這個數量級；同時此儀器還可以對濕度進行補償。

3.2國內茶葉鑒定專家系統設計

“甲保御”牌人工神經網絡茶葉鑒定專家系統：該監控系統應用了非常先進的電化學傳感器以及一流的運放芯片，使得可以精確采集和分析數據；該監控系統有一個非常方便的功能應用，就是可以實時地得到連續的電信號，就是直接將茶葉鑒定的質量濃度轉化而來，然后微處理器可以直接處理這些電信號，然后將分析的結果通過LCD顯示出來。該監控系統突破了以前監控復雜、價格昂貴的限制，使得產品既便宜又適用，該產品可以成天不間斷地進行實時監控，其操作也是非常簡單的。

全自動人工神經網絡茶葉質量鑒定、氨測定儀：此種類型的監控系統可以對許多種物質產生的茶葉鑒定以及氨污染物進行現場監控，在眾多場所都可以實時使用，其特點有：使用國家標準監控方法，茶葉鑒定使用酚試劑法，而氨則使用納氏試劑法；該儀器的監控速度說不上快，但是也不是那么慢，監控過程需要10-15分鐘；該監控系統配備了大屏幕液晶來顯示測試結果，儀器內部是使用單片機智能控制操作的，具有比較良好的人機交互界面，同時該監控系統還具有非常優秀的數據統計處理功能，而且得到的測試數據還可以實時保存和記錄。

人工神經網絡茶葉鑒定專家系統SKY2000-CH2O：該監控系統在價格上來說，具有非常大的優勢，它是國內性價比最高的一款儀器設備，具有非常強大的競爭力；使用時可以明顯知道，該監控系統監控茶葉鑒定濃度的速度是非常快的，它所使用的氣體傳感器反應十分靈敏，而且可以長時間使用；該監控系統在顯示方面，使用的是點陣顯示技術，支持兩種語言操作界面即中文和英文；該監控系統還具有報警的功能，采用的是聲光報警技術，由于茶葉鑒定的特性，報警的閥值可以根據需要自主設置，還有就是該監控系統還可以存儲監控到的數據，還能保持最大的監控效果值。

4　結語

經過幾十年的發展以及科學研究的不斷努力，推進了茶葉鑒定專家系統的不斷革新。高端計算機技術、網絡寬帶技術、高度集成化產品的不斷推廣，為茶葉鑒定專家系統的發展提供了有利的保障。人工神經網絡集成了成熟的開發工具套件，健全的內部軟件，高速的中央處理器和豐富的第三方服務支持，使其應用開發的周期得到明顯的縮短，同時提高了開發的便捷性，從而人工神經網絡方面開發得到了廣泛的推廣與應用。

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2016年河北省高等院校科學技術研究項目：基于移動平臺增強現實定位注冊技術的研究，項目編號：ZC2016137；2016年河北省高等院校科學技術青年基金項目：基于B/S結構的BIM服務器中間件技術研究，項目編號：QN2016215；河北省重點研發計劃自籌項目：互聯網+BIM工程信息共享平臺的研究與設計，項目編號：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。