嵌入式智能报警系统中专家系统概述

郝超杰+付振峰

摘 要：随着中国住宅产业的快速发展，智能建筑技术不断向家庭延伸。在智能化系统中，与居民日常生活安全问题最紧密相关的是智能报警系统，它是以保障安全为目的建立起来的技术防范系统[1]。智能报警系统以计算机技术、通信技术和网络技术为基础，利用家庭内部的电话线、宽带网络等设施，将报警处理机与外部电话网、互联网相连，从而达到具有一定智能，可以网络化管理，可实现防盗、监测、报警等强大功能的报警系统。

关键词：智能化；报警系统；嵌入式；网络技术

当前的安全防范系统大部分以分立设备完成单项功能为主，并且部分设备还没有实现联网联机操作或微机化控制，系统概念不强，落后于信息时代的发展。在信息技术发展的带动下，安全防范设备迈入微机化和网络化是必然的趋势，其实现的功能亦将大大增强，逐步融入到可视化、网络化、集成化与智能化的发展大潮之中。其中最迫切需要实现的功能模块是宽带网（主要针对于以太网），同时，引入人工智能中专家系统的概念，使本报警系统具备判断、推理、学习等能力，使报警系统拥有更高的可靠性、稳定性和智能。

1 专家系统概述

专家系统是人工智能应用研究的主要领域，它实质上是一个计算机系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识和经验，能够以人类专家的水平完成特别困难的某一专业领域的任务。在设计专家系统时，知识工程师的任务就是使计算机尽可能模拟人类专家解决某些实际问题的决策和工作过程，即模仿人类专家如何运用知识和经验来解决所面临问题的方法、技巧和步骤。

2 专家系统的几种类型

按照专家系统所求解问题的性质，可以对它分为以下几类：

解释专家系统。它的任务是通过对已知信息和数据的分析与解释确定它们的含义。该系统处理的数据量很大，而且往往是不准确的、有错误和不完全的，而且该系统的推理过程可能很复杂、很长。

预测专家系统。它的任务是通过对过去和现在已知状况的分析，推断未来可能发生的情况。该系统处理的数据随时间变化，需要有适应时间变化的动态模型。

监视专家系统。它的任务在于对系统、对象或者过程的行为进行不断观察，并把观察到的行为与其应当具有的行为进行比较，以发现异常情况时，发出警报。该系统具有快速反应能力，在造成事故之前及时发出报警；警报要有很高的准确性，误报、漏报都非常少。系统能够随时间和条件的变化而动态地处理其输入信息。

控制专家系统。它的任务是自适应地管理一个受控对象或者客体的全面行为，使之满足预期要求。该系统具有解释、预报、诊断、规划和执行等多种功能。

3 专家系统的主要特点及优势

启发性。专家系统能运用专家的知识与经验进行推理、判断和决策。世界上大部分工作和知识都是非数学性的，只有一小部分人类活动是以数学公式为核心的，即使是物理和化学学科，大部分也是靠推理进行思考的；对于生物学、大部分医学和全部法律，情况也是这样。企业管理的思考几乎全部靠符号推理，而不是数学计算。

透明性。专家系统能够解释本身的推理过程和回答用户提出的问题，以便让用户能够了解推理过程，提高对专家系统的信赖感。例如，一个医疗诊断专家系统诊断某病人患有肺炎，那么，这一专家系统将会向病人解释为什么它患有肺炎，而且必须使用某种抗生素治疗，就像一位医疗专家对病人详细解释病情一样。

灵活性。专家系统能不断地增强知识，修改原有知识，不断更新。由于这一特点，使得专家系统具有十分广泛的应用领域。

专家系统能够高效率、准确、周到、迅速和不知疲倦地进行工作；专家系统解决问题时不受周围环境的影响，也不可能遗漏忘记；可以使专家系统的专长不受时间和空间的限制，以便推广珍贵的专家知识与经验；专家系统能够促使各领域的发展，它使各领域专家的专业知识和经验得到总结和精炼，能够广泛有力地传播专家的知识、经验和能力。

专家系统作为一种智能的计算机程序系统，它和常规的应用程序是不同的，一般应用程序把问题求解的知识隐含地编入程序，而专家系统则把应用领域的问题求戒知识单独组成个实体，叫做知识库。专家系统通过与知识库分开的控制策略完成对知识库的处理。在非专家系统中，知识被组织成三级：数据、知识库和控制。

4 理想专家系统的基本结构

理想专家系统主要包括以下几部分。知识库[2]用于存储某领域专家系统的专门知识，包括事实、可行操作与规则等。为了建立知识库，要解决知识获取和知识表示问题。知识获取涉及知识工程师如何從专家那里获得专门知识的问题；知识表示则要解决如何运用计算机能够理解的形式表达和存储知识的问题。它一般包括两部分内容：一部分是已知的同当前问题有关的数据信息，映射到报警系统中，可以理解为确切的警情和确切的处理手段；另一部分是进行推理时要用到的一般知识和领域知识，可以理解为对未知种类警情、意外故障、不确定警情的处理知识，一种更大的、不局限与报警问题的知识库。

专家系统使用黑板来记录系统推理过程中使用的控制信息、假设内容和非最终结果，这些数据都存储在数据库中，由此可见黑板就是一个数据库文件，黑板数据库文件一般包括议程、计划、中间解三个内容。调度器根据专家系统设计师设定的控制知识，从议程中选择一项内容作为系统下一步要执行的事务。执行器应用知识库及黑板数据库中存储的信息，执行调度器所选择的事务。协调器的主要作用就是当得到新数据或者新假设时，对已得到的结果进行修正保证结果前后一致。向用户解释系统的行为是解释器的工作范畴，其主要工作包括解释结论的正确性及系统输出其他候选解的原因。接口是人与系统进行信息交流的的媒介，它为用户提供了直观方便的交互作用手段。

5 结语

嵌入式系统在功能上具有极强的可扩展性和适应性，有着广阔的发展前景，同时系统也存在着一些缺陷和不足，需要进一步完善和改进。专家系统是对高效智能报警系统的一个尝试，对于今后相关系统的建立提供了一个借鉴，将有助于报警系统技术的发展。

参开文献

[1]史振国、王绍源，《智能报警嵌入式系统设计》，湖南大学，长沙，安防科技，产品设计与实现。

[2]李学军，《基于嵌入式系统的智能报警系统设计与实现》，西南交通大学，硕士学位论文。

指导老师：田增国