一種基于離子遷移譜的香精品牌識別本體模型構(gòu)建方法

(南京財(cái)經(jīng)大學(xué) 江蘇 南京 210046)

一、引言

質(zhì)量保證(Quality Assurance)指為使人們確信某一產(chǎn)品、過程或服務(wù)的質(zhì)量所必須的全部有計(jì)劃有組織的活動。質(zhì)量保證實(shí)踐被視為國際貿(mào)易的核心，特別是對食品和藥品。然而，許多流行的產(chǎn)品沒有被完全指定，質(zhì)量保證成為一個更具挑戰(zhàn)性的事業(yè)。

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水逐漸提高，人們對質(zhì)量的要求也越來越高。天然香精很容易被消費(fèi)者接受，但其組成因氣候、種類和人為原因而改變。目前，在中國常用的是合成蘋果香精，在中國市場上，生產(chǎn)廠家生產(chǎn)數(shù)十種品牌的蘋果香精，價(jià)格和質(zhì)量各不相同。但是，蘋果香精的鑒別，尤其是制造商的鑒別，已經(jīng)投入了一點(diǎn)精力。相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)不開放，缺乏國家標(biāo)準(zhǔn)給市場管理帶來困難。

目前，香精質(zhì)量主要由感官評價(jià)和物理指標(biāo)控制。前者以鼻為識別工具，受人員水平、身體狀況、環(huán)境等因素的影響，不能準(zhǔn)確反映內(nèi)在質(zhì)量和質(zhì)量波動。后者只能反映一些本質(zhì)的一般特征，具有測試內(nèi)容多、操作復(fù)雜、測試時間長、效率低等特點(diǎn)。由于香精的應(yīng)用日益穩(wěn)定，迫切需要開發(fā)一套合適的質(zhì)量評價(jià)方法。合成香精是一種包含十幾種成分的復(fù)雜混合物。因此，傳統(tǒng)的分析方法只能分析成分比較單一或成分不夠復(fù)雜的物品，不適合應(yīng)用于質(zhì)量評價(jià)。指紋技術(shù)是將光譜、色譜、質(zhì)譜等技術(shù)作為一種檢測手段，可以反映樣品的系統(tǒng)特征而不是單個成分。這種技術(shù)特別適合于復(fù)雜樣品的質(zhì)量評價(jià)。目前，指紋技術(shù)已被用于食品，藥品和其他產(chǎn)品的質(zhì)量和安全監(jiān)測，能夠使分析更加準(zhǔn)確、可靠。離子遷移譜(IMS)是一種重要的分離氣相離子在大氣壓力下的分離技術(shù)，最早應(yīng)用于軍事和航空安全領(lǐng)域。目前，離子遷移譜沒有分析錯誤的相關(guān)問題，到目前為止，很少有報(bào)道IMS基于質(zhì)量分析的物質(zhì)。

本體(Ontology)是近幾年計(jì)算機(jī)各領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)，已經(jīng)在自然語言處理、知識工程、智能信息集成、協(xié)同信息系統(tǒng)、知識管理、Internet智能信息獲取等各方面得到深入研究。本體論是當(dāng)今的一種新型的知識的表達(dá)方式，近年來在信息技術(shù)領(lǐng)域得到快速發(fā)展，它將信息經(jīng)過整理加工、解釋和改造來形成結(jié)構(gòu)化的知識表示方式，以便實(shí)現(xiàn)知識的共享和復(fù)用。

基于上述描述的情況，本文將離子遷移譜應(yīng)用到本體領(lǐng)域中，提出了一種基于離子遷移譜的香精品牌識別本體模型構(gòu)建的方法，在對香精品牌識別相關(guān)理論分析的基礎(chǔ)上，建立一個科學(xué)合理的識別本體模型，使本文研究內(nèi)容對香精品牌識別起到?jīng)Q策支持的作用。通過Protege軟件在對傳統(tǒng)本體模型的研究基礎(chǔ)上構(gòu)建了基于離子遷移譜的香精品牌識別本體模型。通過距離公式進(jìn)行樣本間的相似度度量來實(shí)現(xiàn)樣本分類，基于對分類結(jié)果的分析，構(gòu)建本體規(guī)則，通過推理機(jī)來實(shí)現(xiàn)規(guī)則推理，從而真正意義上起到對香精品牌的識別作用。

二、離子遷移譜模式下樣本數(shù)據(jù)采集

本階段主要通過離子遷移譜采集正負(fù)離子模式下樣本的數(shù)據(jù)；通過距離公式進(jìn)行不同樣本之間的相似性度量；通過聚類分析，基于相似性度量，建立本體分類規(guī)則。具體的實(shí)施步驟如下所示：

基于四個不同品牌的32個香精樣本，利用離子遷移譜采集樣本分別在正負(fù)離子模式下的譜圖，選取兩個具有代表性的頻重復(fù)試驗(yàn)，為了排除溶劑峰和波動較小的影響，選取的光譜區(qū)域分別為正離子模式下10-17.5毫秒和負(fù)離子模式下7.5-15毫秒；基于上述方法分別在正負(fù)離子模式下，采取余弦距離進(jìn)行樣本的相似性度量；根據(jù)樣本間的的相似度，對樣本的聚類，從而實(shí)現(xiàn)對四個不同品牌的香精樣本的分類；基于上述計(jì)算得出的相似度值，各個樣本相似度的取值范圍，以及分類的結(jié)果，建立本體模型的規(guī)則庫。

三、本體模型建立

本階段結(jié)合本體的概念，建立本體知識庫，構(gòu)建一種基于離子遷移譜的香精品牌識別本體模型，主要實(shí)施步驟如下：

步驟1 定該本體模型所描述的對象為四個不同品牌的香精，明確建立該本體模型的目的是識別不同品牌的香精，以及所能解決的問題；

步驟2 現(xiàn)有本體模型主要針對建筑、交通等領(lǐng)域，考察已有本體模型的重復(fù)利用性，參考已有的本體模型，結(jié)合所研究對象香精，進(jìn)行綜合全面的考慮；

步驟3 列出所研究香精領(lǐng)域本體的重要術(shù)語；

步驟4 根據(jù)列出的重要術(shù)語，定義該本體模型中的類以及各類之間的層次關(guān)系，主要依據(jù)香精領(lǐng)域內(nèi)的概念以及概念間的關(guān)系，如下圖1所示；

步驟5 用OWL本體語言定義屬性以及屬性間的關(guān)系，本體中的屬性主要包括數(shù)值型屬性和對象型屬性；定義屬性的類型、取值、取值的定義域、值域以及限制條件等；

步驟6 根據(jù)利用距離公式進(jìn)行的相似性度量結(jié)果，建立該本體模型規(guī)則；

步驟7 將確定類的實(shí)例填充到本體之中，并對實(shí)例的屬性值等進(jìn)行填充，此處的實(shí)例即為基于離子遷移譜采集的樣本。

圖1 類與類的層次關(guān)系圖

本文提出的基于離子遷移譜的香精品牌識別本體模型構(gòu)建方法，是一個有效的模型，能夠?qū)?shí)現(xiàn)香精品牌識別知識的共享和復(fù)用，對香精品牌的識別起到了決策支持作用。