楊鈴鈴，于亞萍，李留安，趙喆

（1.天津農(nóng)學(xué)院工程技術(shù)學(xué)院，天津 300384；2.天津農(nóng)學(xué)院動(dòng)物醫(yī)學(xué)與動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，天津 300384；3.金洼農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司，天津 300273）

雞蛋是人們?nèi)粘５鞍踪|(zhì)攝取的重要來(lái)源之一，其消費(fèi)數(shù)量可以從某一方面反映生活水平高低[1]。隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?；I(yè)化程度不斷提高，出現(xiàn)了許多大規(guī)模散養(yǎng)雞場(chǎng)。因?yàn)樯B(yǎng)雞活動(dòng)范圍大，容易出現(xiàn)窩外蛋情況。散養(yǎng)雞場(chǎng)雞蛋蛋殼容易沾染污染物、容易在收回過(guò)程中碰撞破裂等，當(dāng)雞蛋裂縫比較細(xì)微時(shí)，肉眼難以發(fā)現(xiàn)，但裂縫蛋容易引起細(xì)菌侵襲而變質(zhì)，影響雞蛋銷售品質(zhì)，致使養(yǎng)殖戶造成經(jīng)濟(jì)損失。因此靠人為判斷標(biāo)準(zhǔn)區(qū)分雞蛋品質(zhì)，很難分清雞蛋的具體等級(jí)。通過(guò)查閱中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部頒布的鮮蛋等級(jí)規(guī)格，本系統(tǒng)采用了6個(gè)指標(biāo)，即雞蛋大小、蛋形指數(shù)、污染物面積、裂縫大小、蛋殼強(qiáng)度、新鮮度來(lái)建立數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行定量描述，避免了因人而異的檢測(cè)結(jié)果，減小了檢測(cè)與分級(jí)誤差。

1 系統(tǒng)組成

整個(gè)系統(tǒng)由用戶或?qū)＜业卿洝⒅R(shí)庫(kù)、推理機(jī)及人機(jī)接口組成。散養(yǎng)雞場(chǎng)養(yǎng)殖戶可以通過(guò)對(duì)比專家推理方法的計(jì)算機(jī)模型來(lái)解決實(shí)際的雞蛋分級(jí)問題。具體功能[2]主要由四大模塊構(gòu)成，分別是用戶或?qū)＜业卿浗缑?、?shù)據(jù)庫(kù)核查界面、推理機(jī)推理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)處理模塊。將測(cè)試的雞蛋的特征參數(shù)，保存下來(lái)；運(yùn)行用戶或?qū)＜业卿浗缑?，輸入正確的用戶名和密碼，點(diǎn)擊登錄按鈕，選擇進(jìn)入等級(jí)判斷推理機(jī)推理系統(tǒng)還是數(shù)據(jù)庫(kù)核查界面，系統(tǒng)功能框圖如圖1所示。

圖1 蛋品質(zhì)分級(jí)系統(tǒng)功能框圖Fig.1 The functional block diagram of egg quality grading system

2 蛋品質(zhì)專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 用戶或?qū)＜业卿浤K

它是分級(jí)系統(tǒng)與用戶交互的入口，編程思路是把用戶名和密碼保存在一個(gè)文本文件中，用數(shù)組函數(shù)中的搜索一維數(shù)組函數(shù)，讓用戶輸入的信息和已存入的信息進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比成功后進(jìn)入到之后的程序。登錄成功后，會(huì)彈出窗口，顯示進(jìn)入等級(jí)判斷推理機(jī)推理系統(tǒng)還是數(shù)據(jù)庫(kù)核查界面，進(jìn)行蛋品質(zhì)專家系統(tǒng)下一步的判定。圖2是用戶或?qū)＜业卿浗缑媲懊姘寮俺绦蚩驁D。

圖2 用戶或?qū)＜业卿浗缑媲懊姘寮俺绦蚩驁DFig.2 The front panel and program block diagram of user or expert login interface

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)核查模塊

依據(jù)中華人們共和國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部頒發(fā)的雞蛋等級(jí)規(guī)格，確定了6個(gè)指標(biāo)，分別是大小、蛋形指數(shù)、污染物面積、裂縫、蛋殼強(qiáng)度、新鮮度，輸出等級(jí)分別為AA級(jí)、A級(jí)、B級(jí)。AA級(jí)標(biāo)準(zhǔn)蛋殼強(qiáng)度在3.0～3.4 kg/cm2，蛋殼清潔完整，呈規(guī)則卵圓形，氣室高度不超過(guò)5 mm，蛋黃居中，輪廓不明顯，蛋重≥50 g、＜64 g；A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)蛋殼強(qiáng)度在3.0～3.4 kg/cm2，蛋殼清潔完整呈規(guī)則卵圓，氣室高度不超過(guò)7 mm，蛋黃居中或稍偏，輪廓較清晰，蛋重≥45 g、＜50 g；B級(jí)蛋殼強(qiáng)度大于3.4 kg/cm2，蛋殼表面異物面積小于1 cm2，完整，氣室高度不超過(guò)9 mm，蛋黃居中或稍偏，輪廓清晰，蛋重≥37 g、＜44 g；如果不在等級(jí)范圍之內(nèi)，按不合格蛋處理。

知識(shí)表示方法[3，4]主要有一階謂語(yǔ)表示法、產(chǎn)生式表示法、框架表示法、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法、面向?qū)ο蟊硎痉?。本文采用一階謂語(yǔ)表示方法和產(chǎn)生式表示方法來(lái)解釋知識(shí)庫(kù)。其中，一階謂語(yǔ)表示方法，Parameter是謂語(yǔ)名；size雞蛋大小、egg-shaped蛋形指數(shù)、pollution污染物面積、crack裂縫、intensity蛋殼強(qiáng)度、freshness新鮮度是個(gè)體。具體表現(xiàn)形式是

parameter（size,egg-shaped,pollution,crack,intensity,freshness）

雞蛋等級(jí)判定為AA級(jí)的條件謂詞公式為

size∧egg-shaped∧pollution∧crack∧intensity∧freshness

根據(jù)以上的知識(shí)表示方法，設(shè)計(jì)蛋品質(zhì)分級(jí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)獲取的雞蛋參數(shù)指標(biāo)，建立推理機(jī)。

2.3 測(cè)試數(shù)據(jù)輸入模塊

主程序由3個(gè)子程序構(gòu)成，分別是文件夾查詢、文本文件查詢、數(shù)據(jù)輸入。點(diǎn)擊運(yùn)行后，先判斷是否為用戶所選的文件夾，進(jìn)入到文本文件查詢子VI中，之后自動(dòng)把輸入的數(shù)據(jù)存入到文本文件中，圖3是主VI的程序框圖。

圖3 測(cè)試數(shù)據(jù)輸入程序框圖Fig.3 The test data input program block diagram

此模塊為判斷雞蛋品質(zhì)做準(zhǔn)備，為了簡(jiǎn)化程序，避免程序中有小數(shù)的出現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)大。把蛋形指數(shù)、污染物面積、裂縫大小的數(shù)據(jù)擴(kuò)大了100倍；蛋殼強(qiáng)度的數(shù)據(jù)擴(kuò)大了10倍，其他數(shù)據(jù)仍為檢測(cè)的實(shí)際數(shù)據(jù)。

2.4 數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)庫(kù)[5]用于存儲(chǔ)領(lǐng)域內(nèi)的初始數(shù)據(jù)和推理過(guò)程中得到的各種信息。數(shù)據(jù)庫(kù)中存放的內(nèi)容分為2種，一種是校正數(shù)據(jù)，另一種是待測(cè)數(shù)據(jù)。具體實(shí)現(xiàn)的步驟是，建立一個(gè)ACCESS文件和連接數(shù)據(jù)庫(kù)文件，通過(guò)LabVIEW的數(shù)據(jù)庫(kù)連接包，讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息，將數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為字符型數(shù)據(jù)，便于之后的數(shù)據(jù)處理，在通過(guò)MATLAB使用歸一化和反歸一化函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理之后的數(shù)據(jù)傳給推理機(jī)，讓推理機(jī)進(jìn)行下一步的判斷。

2.5 推理機(jī)推理系統(tǒng)

推理機(jī)主要根據(jù)當(dāng)前輸入的數(shù)據(jù)即數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息，按一定的推理策略，去解決當(dāng)前的問題，由推理機(jī)告知用戶結(jié)果。使用正確的推理策略[6]是得出結(jié)論的關(guān)鍵步驟，推理策略的完善度直接影響結(jié)果分析的準(zhǔn)確性。以雞蛋等級(jí)為研究對(duì)象，分析影響等級(jí)的指標(biāo)，推理機(jī)或與圖見圖4。

圖4 推理機(jī)或與圖Fig.4 The inference engine

推理機(jī)推理系統(tǒng)的主VI由3個(gè)子VI構(gòu)成，分別是獲取待測(cè)數(shù)據(jù)子VI、數(shù)據(jù)判斷子VI、結(jié)果輸出子VI。首先輸入待測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置[7]，程序自動(dòng)獲取數(shù)據(jù)，并以數(shù)組的形式展示給用戶看，之后獲取二維數(shù)組中的一維數(shù)組的字符串?dāng)?shù)據(jù)，按順序把雞蛋參數(shù)送到順序語(yǔ)句中，讓其分別判斷是否在等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一，將符合等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的輸出為正數(shù)，不符合等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的輸出為負(fù)數(shù)；把轉(zhuǎn)化后的數(shù)值送到條件結(jié)構(gòu)中，通過(guò)條件結(jié)構(gòu)判斷出等級(jí)結(jié)果，告知給用戶，推理機(jī)前面板及程序框圖如圖5所示。

圖5 推理機(jī)前面板設(shè)計(jì)Fig.5 The front panel design of inference engine

本系統(tǒng)采用混合推理法，先根據(jù)謂詞公式的執(zhí)行順序進(jìn)行正向推理，在反向推理從已經(jīng)對(duì)比過(guò)的特征指標(biāo)中在選取一個(gè)指標(biāo)進(jìn)行復(fù)檢，是否真正的符合標(biāo)準(zhǔn)。將數(shù)組函數(shù)、字符串函數(shù)、對(duì)話框和用戶界面VI和函數(shù)等函數(shù)與條件結(jié)構(gòu)、事件結(jié)構(gòu)相結(jié)合，主要使用平鋪式順序結(jié)構(gòu)依次把未知等級(jí)的雞蛋的數(shù)據(jù)和知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則比較，通過(guò)彈出窗口的方式告訴用戶雞蛋的等級(jí)結(jié)果，程序具體實(shí)現(xiàn)步驟如下圖6所示。

圖6 推理機(jī)推理流程圖Fig.6 The inference flow chart of inference engine

3 結(jié)論

本設(shè)計(jì)充分運(yùn)用LabVIEW圖形化編程的特點(diǎn)，根據(jù)雞蛋大小、蛋形指數(shù)、污染物面積、裂縫大小、蛋殼強(qiáng)度、新鮮度這6個(gè)性能指標(biāo)作為輸入量，完成了蛋品質(zhì)分級(jí)系統(tǒng)，得到了與理論分析相一致的結(jié)果。該分級(jí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為散養(yǎng)雞場(chǎng)的雞蛋自動(dòng)化智能分級(jí)系統(tǒng)提供一定的參考。