一种基于离子迁移谱的香精品牌识别本体模型构建方法

(南京财经大学 江苏 南京 210046)

一、引言

质量保证(Quality Assurance)指为使人们确信某一产品、过程或服务的质量所必须的全部有计划有组织的活动。质量保证实践被视为国际贸易的核心，特别是对食品和药品。然而，许多流行的产品没有被完全指定，质量保证成为一个更具挑战性的事业。

随着经济的快速发展，人们的物质生活水逐渐提高，人们对质量的要求也越来越高。天然香精很容易被消费者接受，但其组成因气候、种类和人为原因而改变。目前，在中国常用的是合成苹果香精，在中国市场上，生产厂家生产数十种品牌的苹果香精，价格和质量各不相同。但是，苹果香精的鉴别，尤其是制造商的鉴别，已经投入了一点精力。相关生产技术不开放，缺乏国家标准给市场管理带来困难。

目前，香精质量主要由感官评价和物理指标控制。前者以鼻为识别工具，受人员水平、身体状况、环境等因素的影响，不能准确反映内在质量和质量波动。后者只能反映一些本质的一般特征，具有测试内容多、操作复杂、测试时间长、效率低等特点。由于香精的应用日益稳定，迫切需要开发一套合适的质量评价方法。合成香精是一种包含十几种成分的复杂混合物。因此，传统的分析方法只能分析成分比较单一或成分不够复杂的物品，不适合应用于质量评价。指纹技术是将光谱、色谱、质谱等技术作为一种检测手段，可以反映样品的系统特征而不是单个成分。这种技术特别适合于复杂样品的质量评价。目前，指纹技术已被用于食品，药品和其他产品的质量和安全监测，能够使分析更加准确、可靠。离子迁移谱(IMS)是一种重要的分离气相离子在大气压力下的分离技术，最早应用于军事和航空安全领域。目前，离子迁移谱没有分析错误的相关问题，到目前为止，很少有报道IMS基于质量分析的物质。

本体(Ontology)是近几年计算机各领域关注的热点，已经在自然语言处理、知识工程、智能信息集成、协同信息系统、知识管理、Internet智能信息获取等各方面得到深入研究。本体论是当今的一种新型的知识的表达方式，近年来在信息技术领域得到快速发展，它将信息经过整理加工、解释和改造来形成结构化的知识表示方式，以便实现知识的共享和复用。

基于上述描述的情况，本文将离子迁移谱应用到本体领域中，提出了一种基于离子迁移谱的香精品牌识别本体模型构建的方法，在对香精品牌识别相关理论分析的基础上，建立一个科学合理的识别本体模型，使本文研究内容对香精品牌识别起到决策支持的作用。通过Protege软件在对传统本体模型的研究基础上构建了基于离子迁移谱的香精品牌识别本体模型。通过距离公式进行样本间的相似度度量来实现样本分类，基于对分类结果的分析，构建本体规则，通过推理机来实现规则推理，从而真正意义上起到对香精品牌的识别作用。

二、离子迁移谱模式下样本数据采集

本阶段主要通过离子迁移谱采集正负离子模式下样本的数据；通过距离公式进行不同样本之间的相似性度量；通过聚类分析，基于相似性度量，建立本体分类规则。具体的实施步骤如下所示：

基于四个不同品牌的32个香精样本，利用离子迁移谱采集样本分别在正负离子模式下的谱图，选取两个具有代表性的频重复试验，为了排除溶剂峰和波动较小的影响，选取的光谱区域分别为正离子模式下10-17.5毫秒和负离子模式下7.5-15毫秒；基于上述方法分别在正负离子模式下，采取余弦距离进行样本的相似性度量；根据样本间的的相似度，对样本的聚类，从而实现对四个不同品牌的香精样本的分类；基于上述计算得出的相似度值，各个样本相似度的取值范围，以及分类的结果，建立本体模型的规则库。

三、本体模型建立

本阶段结合本体的概念，建立本体知识库，构建一种基于离子迁移谱的香精品牌识别本体模型，主要实施步骤如下：

步骤1 定该本体模型所描述的对象为四个不同品牌的香精，明确建立该本体模型的目的是识别不同品牌的香精，以及所能解决的问题；

步骤2 现有本体模型主要针对建筑、交通等领域，考察已有本体模型的重复利用性，参考已有的本体模型，结合所研究对象香精，进行综合全面的考虑；

步骤3 列出所研究香精领域本体的重要术语；

步骤4 根据列出的重要术语，定义该本体模型中的类以及各类之间的层次关系，主要依据香精领域内的概念以及概念间的关系，如下图1所示；

步骤5 用OWL本体语言定义属性以及属性间的关系，本体中的属性主要包括数值型属性和对象型属性；定义属性的类型、取值、取值的定义域、值域以及限制条件等；

步骤6 根据利用距离公式进行的相似性度量结果，建立该本体模型规则；

步骤7 将确定类的实例填充到本体之中，并对实例的属性值等进行填充，此处的实例即为基于离子迁移谱采集的样本。

图1 类与类的层次关系图

本文提出的基于离子迁移谱的香精品牌识别本体模型构建方法，是一个有效的模型，能够对实现香精品牌识别知识的共享和复用，对香精品牌的识别起到了决策支持作用。