嵌入式智能報警系統中專家系統概述

郝超杰+付振峰

摘 要：隨著中國住宅產業的快速發展，智能建筑技術不斷向家庭延伸。在智能化系統中，與居民日常生活安全問題最緊密相關的是智能報警系統，它是以保障安全為目的建立起來的技術防范系統[1]。智能報警系統以計算機技術、通信技術和網絡技術為基礎，利用家庭內部的電話線、寬帶網絡等設施，將報警處理機與外部電話網、互聯網相連，從而達到具有一定智能，可以網絡化管理，可實現防盜、監測、報警等強大功能的報警系統。

關鍵詞：智能化；報警系統；嵌入式；網絡技術

當前的安全防范系統大部分以分立設備完成單項功能為主，并且部分設備還沒有實現聯網聯機操作或微機化控制，系統概念不強，落后于信息時代的發展。在信息技術發展的帶動下，安全防范設備邁入微機化和網絡化是必然的趨勢，其實現的功能亦將大大增強，逐步融入到可視化、網絡化、集成化與智能化的發展大潮之中。其中最迫切需要實現的功能模塊是寬帶網（主要針對于以太網），同時，引入人工智能中專家系統的概念，使本報警系統具備判斷、推理、學習等能力，使報警系統擁有更高的可靠性、穩定性和智能。

1 專家系統概述

專家系統是人工智能應用研究的主要領域，它實質上是一個計算機系統，其內部含有大量的某個領域專家水平的知識和經驗，能夠以人類專家的水平完成特別困難的某一專業領域的任務。在設計專家系統時，知識工程師的任務就是使計算機盡可能模擬人類專家解決某些實際問題的決策和工作過程，即模仿人類專家如何運用知識和經驗來解決所面臨問題的方法、技巧和步驟。

2 專家系統的幾種類型

按照專家系統所求解問題的性質，可以對它分為以下幾類：

解釋專家系統。它的任務是通過對已知信息和數據的分析與解釋確定它們的含義。該系統處理的數據量很大，而且往往是不準確的、有錯誤和不完全的，而且該系統的推理過程可能很復雜、很長。

預測專家系統。它的任務是通過對過去和現在已知狀況的分析，推斷未來可能發生的情況。該系統處理的數據隨時間變化，需要有適應時間變化的動態模型。

監視專家系統。它的任務在于對系統、對象或者過程的行為進行不斷觀察，并把觀察到的行為與其應當具有的行為進行比較，以發現異常情況時，發出警報。該系統具有快速反應能力，在造成事故之前及時發出報警；警報要有很高的準確性，誤報、漏報都非常少。系統能夠隨時間和條件的變化而動態地處理其輸入信息。

控制專家系統。它的任務是自適應地管理一個受控對象或者客體的全面行為，使之滿足預期要求。該系統具有解釋、預報、診斷、規劃和執行等多種功能。

3 專家系統的主要特點及優勢

啟發性。專家系統能運用專家的知識與經驗進行推理、判斷和決策。世界上大部分工作和知識都是非數學性的，只有一小部分人類活動是以數學公式為核心的，即使是物理和化學學科，大部分也是靠推理進行思考的；對于生物學、大部分醫學和全部法律，情況也是這樣。企業管理的思考幾乎全部靠符號推理，而不是數學計算。

透明性。專家系統能夠解釋本身的推理過程和回答用戶提出的問題，以便讓用戶能夠了解推理過程，提高對專家系統的信賴感。例如，一個醫療診斷專家系統診斷某病人患有肺炎，那么，這一專家系統將會向病人解釋為什么它患有肺炎，而且必須使用某種抗生素治療，就像一位醫療專家對病人詳細解釋病情一樣。

靈活性。專家系統能不斷地增強知識，修改原有知識，不斷更新。由于這一特點，使得專家系統具有十分廣泛的應用領域。

專家系統能夠高效率、準確、周到、迅速和不知疲倦地進行工作；專家系統解決問題時不受周圍環境的影響，也不可能遺漏忘記；可以使專家系統的專長不受時間和空間的限制，以便推廣珍貴的專家知識與經驗；專家系統能夠促使各領域的發展，它使各領域專家的專業知識和經驗得到總結和精煉，能夠廣泛有力地傳播專家的知識、經驗和能力。

專家系統作為一種智能的計算機程序系統，它和常規的應用程序是不同的，一般應用程序把問題求解的知識隱含地編入程序，而專家系統則把應用領域的問題求戒知識單獨組成個實體，叫做知識庫。專家系統通過與知識庫分開的控制策略完成對知識庫的處理。在非專家系統中，知識被組織成三級：數據、知識庫和控制。

4 理想專家系統的基本結構

理想專家系統主要包括以下幾部分。知識庫[2]用于存儲某領域專家系統的專門知識，包括事實、可行操作與規則等。為了建立知識庫，要解決知識獲取和知識表示問題。知識獲取涉及知識工程師如何從專家那里獲得專門知識的問題；知識表示則要解決如何運用計算機能夠理解的形式表達和存儲知識的問題。它一般包括兩部分內容：一部分是已知的同當前問題有關的數據信息，映射到報警系統中，可以理解為確切的警情和確切的處理手段；另一部分是進行推理時要用到的一般知識和領域知識，可以理解為對未知種類警情、意外故障、不確定警情的處理知識，一種更大的、不局限與報警問題的知識庫。

專家系統使用黑板來記錄系統推理過程中使用的控制信息、假設內容和非最終結果，這些數據都存儲在數據庫中，由此可見黑板就是一個數據庫文件，黑板數據庫文件一般包括議程、計劃、中間解三個內容。調度器根據專家系統設計師設定的控制知識，從議程中選擇一項內容作為系統下一步要執行的事務。執行器應用知識庫及黑板數據庫中存儲的信息，執行調度器所選擇的事務。協調器的主要作用就是當得到新數據或者新假設時，對已得到的結果進行修正保證結果前后一致。向用戶解釋系統的行為是解釋器的工作范疇，其主要工作包括解釋結論的正確性及系統輸出其他候選解的原因。接口是人與系統進行信息交流的的媒介，它為用戶提供了直觀方便的交互作用手段。

5 結語

嵌入式系統在功能上具有極強的可擴展性和適應性，有著廣闊的發展前景，同時系統也存在著一些缺陷和不足，需要進一步完善和改進。專家系統是對高效智能報警系統的一個嘗試，對于今后相關系統的建立提供了一個借鑒，將有助于報警系統技術的發展。

參開文獻

[1]史振國、王紹源，《智能報警嵌入式系統設計》，湖南大學，長沙，安防科技，產品設計與實現。

[2]李學軍，《基于嵌入式系統的智能報警系統設計與實現》，西南交通大學，碩士學位論文。

指導老師：田增國