二
、模糊傳感器的研究意義

 

chuantongdechuanganqishishuzhichuanganqi，tajiangbeiceliangyingshedaoshishujizhong
，yishuzhifuhaolaimiaoshubeiceliangzhuangtai
，jiduibeiceduixianggeiyidingliangdemiaoshu。zhezhongfangfajijingqueyouyanjin
，haikeyigeichuxuduodingliangdesuanshubiaodashi
，dansuizhecelianglingyudebuduankuodayushenhua，youyubeiceduixiangdeduoweixing
，beifenxiwentidefuzaxinghuoxinxidezhijiehuoqu

、存儲方麵的困難等等原因，隻進行單純的數值測量且對測量結果以數值符號來描述
，這樣做有很大缺陷，例如：

 

（1）某些信息難以用數值符號來描述。例如在產品質量評定中，人們常用的是“優”、“次優”、“合格”、“不合格”
，也可用數字1，2，3
，4來描述
，但數字在這裏已失去通常的測量值的意義
，它僅作為一個符號
，不能來表征被測實體的具體特征。

 

（2）很多數值化的測量結果不易理解。如在測量人體血壓時，人們更關注的是：老年人的血壓是否正常，青年人的血壓是否偏高。而實測的數據往往不能被普通人讀懂，因而滿足不了人們的需求。

 

因此，有待用新的測量理論和方法來補充。模糊傳感器正是順應人類的生活實踐

、生產與科學實踐的需要而提出的。

 

 

三、模糊傳感器的理論基礎

 

1、符號化表示原理

 

模糊語言是人類表述語言的一種，因為人們對自然界事物的認識存在著一定的模糊性，用模糊符號來表述信息具有較為簡單、fangbian，qieyiyujinxinggaocengluojituilidengyoudian。mohufuhaohuabiaoshijiushiliyongmohushuxuedelilunhefangfa
，jiezhuyuzhuanmendejishugongju
，baceliangdedaodexinxi，yongshiherenmenmohugainiandemohuyuyanfuhaojiayimiaoshudeguocheng。fuhaoshixinxidezaiti，shiduiyigewutihuoshijianzhuangtaidemiaoshu
，tadingyileshitidetezhengshuxinghuoshitijiandeguanxi。sheQ為數值域

，S為語言域

，在各自的論域上有若幹個元素qi
、si

，且表示為：

 

Q＝〈q1，q2，…〉 qi∈Q （1）

 

S＝〈s1
，s2，…〉 si∈S （2）

 

同時，在論域Q和S上分別定義一組關係族：

 

R=〈R1，R2， …，Rn〉 Ri Q×Q×…×Q （3）

 

P=〈P1×P2×…×Pn〉 Pi S×S×…×S （4）

 

並且定義=〈Q，R〉，L=〈S
，P〉

 

其中
，D—對象關係係統，描述數值域元素及其相互關係；

 

L—符號關係係統，描述符號域元素及其相互關係。

 

設有兩個映射M和F
，M：Q→S，使得Si=M（qi），F:R→P

，使得Pi=F（Ri）成立，且M Q×S和（qi

，si） M，則稱si是qi的一個符號。si的含義是qi從數值域下向語言域映射的投影，而對每一次測量qi
，符號si成為qi的描述。

 

如果F映射是一對一映射


，而M映射是同態映射
，那麼一定存在逆映射：F-1（Pi）＝Ri
，M-1（si）＝qi。M映射可以是“單對單”或“多對單”映射。那麼，在後一種情況下
，符號域中的一個符號經M-1映射在數值域對應出的不是一個點，而是一個“子域”。因此
，模糊符號化表示有一定的局限性，即在不同測量結構下
，同一測量子集的元素對應不同的符號

；或huo在zai同tong一yi測ce量liang結jie構gou下xia
，存cun在zai測ce量liang子zi集ji的de一yi些xie元yuan素su同tong時shi對dui應ying於yu不bu同tong的de符fu號hao的de情qing況kuang。這zhe一yi局ju限xian性xing可ke通tong過guo基ji於yu多duo值zhi邏luo輯ji理li論lun的de多duo值zhi符fu號hao化hua測ce量liang來lai彌mi補bu。其qi基ji本ben思si想xiang是shi：在實體測量集中
，根據對實體的某一特征表現程度的不同，把測量子集Qzhongdeyuansuantezhenglishuduzuidaguileiyumouyiziji

，hulveqitatezhengdebiaoxian，yincizhiyaozaiceliangjishangduishitijixuanqushidangduogetezhengbiaoshi，shizhiyuceliangjizhongdeyuansuxiangduiying，jiukebaQ分成有限個意義相關又表現不同的子集{Qi}
，對每一個Qi進行符號映射，從而實現對實體集多值符號化測量。

 

2
、多級映射原理

 

雖然符號具有高級邏輯表達
、易理解、人類經驗與知識易集成、較jiao寬kuan的de冗rong餘yu度du等deng特te點dian，但dan與yu數shu值zhi測ce量liang無wu限xian可ke分fen相xiang比bi，符fu號hao化hua測ce量liang描miao述shu細xi節jie的de程cheng度du和he範fan圍wei不bu夠gou
，尤you其qi在zai利li用yong符fu號hao對dui數shu值zhi轉zhuan換huan實shi現xian定ding量liang測ce量liang時shi更geng為wei突tu出chu。而er多duo級ji映ying射she原yuan理li在zai實shi現xian數shu值zhi對dui符fu號hao和he符fu號hao對dui數shu值zhi轉zhuan換huan的de同tong時shi，可ke以yi擴kuo大da符fu號hao表biao示shi的de細xi致zhi程cheng度du和he範fan圍wei。

 

級映射的基本功能是實現數值→符號的變換和符號→數值變換。其原理如圖2所示，它的信息傳輸分為兩種情況：

 

首先是數值對符號的轉換，並且是由數值域Q中的元素qi經過映射M的第一級M1映射到符號域S的子集Si
，如果子集Si描述細致程度不夠，則可以進行第二級映射M2，映射M2將qi映射到次子集Sij，經過若幹級映射可以得到描述qi信息的符號sy；

 

其次
，則是符號對數值的轉換
，由經過多級映射得到的符號sy通過映射M-1得到數字值qj。

 

由於自然語言表現概念的局限性，建議多級映射的級數為3級。例如，對於0℃～100℃的溫度範圍，每級采用7個概念，在映射級數為3級時，精度達到0.3℃。對(dui)於(yu)不(bu)需(xu)要(yao)人(ren)們(men)直(zhi)接(jie)參(can)與(yu)的(de)中(zhong)間(jian)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)情(qing)況(kuang)，多(duo)級(ji)映(ying)射(she)級(ji)數(shu)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)需(xu)要(yao)加(jia)以(yi)確(que)定(ding)。映(ying)射(she)級(ji)數(shu)的(de)多(duo)少(shao)另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)還(hai)取(qu)決(jue)於(yu)每(mei)一(yi)級(ji)中(zhong)包(bao)含(han)概(gai)念(nian)（元素）degeshu
，meiyijigainiangeshuduozexuyaodeyingshejishujiuxiangyingshao。ruguoduojiyingsheyingyongyubaohanshuzhishuchuzaineidemohuchuanganqiyanjiu，zeyingshejishuhechuanganqibianhuanfeixianxingwuchashixiangguande，yingshejishuyinggaitongguogeidingdeceliangbuquedingdujiayiqueding。

 

四、模糊傳感器的結構及實現方法

 

1、模糊傳感器的結構

 

模糊傳感器的簡化結構圖如圖3所示。可見，模糊傳感器主要由傳統的數值測量單元和數值－符號轉換單元組成。其核心部分就是數值－符號轉換單元。但在數值－符號轉換單元中進行的數值模糊化轉換為符號的工作必須在專家的指導下進行。

 

2、模糊傳感器的實現方法

 

zongshangsuoshu，yaoshixianmohuchuanganqijiuzaiyuxunzhaoceliangshuzhiyumohuyuyanzhijiandebianhuanfangfa，jishuzhidemohuhua
，laishengchengxiangyingdeyuyangainian。suoweiyuyangainianshengchengjiushiyaodingyiyigemohuyuyanyingshezuoweishuzhiyudaoyuyanyudemohuguanxi
，congerjiangshuzhiyuzhongdeshuzhiliangyingshedaofuhaoyushang，yishixianmohuchuanganqidegongneng。zhelideyuyanzhiyongmohujihelaibiaoshi
，mohujihezeyoulunyuhelishuhanshugoucheng。yincimohuyuyanyingshejiushiyaoqiuquxiangyingyuyangainiansuoduiyingshuzhiyushangdemohulishuhanshu。ruhejinxinggainianshengchengshishixianmohuchuanganqideguanjian。muqianyouhenduofangfakeyishixianmohuchuanganqidegongneng。

 

國外很多學者對模糊傳感器的實現方法進行過討論，這裏簡要介紹幾種：

 

Foulloy算法簡介：mohuchuanganqishejideshizhishimohubianhuansuanfadesheji，jicankaojidexuanzeyumohulianghua。qiguochengshishouxiangenjuzhuanjiahuoshuliangongrendezhishihejingyanhuoquxiangyingcelianglingyudeyijishuzhi/語言變換策略
，然後應用模糊推理方法求取相應隸屬函數。Foulloytichulejiyuyuyiguanxidegainianshengchengfangfa，shouxian，youlunyudeyiyilaidingyiyigetongyongdegainian
，chengshugainian，shizhiduiyingshuzhiyuzhonglunyushangdezhuyaoqujian，ranhouzaicijichushangdingyixingainian，yichanshengqitayuyizhijiqiyiyi，xingainiantongguoyuyanxiuzhengqineibuzidongshengcheng。Foulloy還提出了基於已知點集通過內插方法實現的模糊狀態傳感器，每一學習點通過Delaunay三角法在測量空間的笛卡爾積上構造模糊分割，三角法用於建立與過程狀態相關的符號的模糊意義。

 

Benoit E等deng人ren討tao論lun了le使shi用yong符fu號hao信xin息xi時shi
，符fu號hao語yu義yi與yu被bei測ce量liang信xin息xi在zai特te定ding任ren務wu環huan境jing下xia的de關guan係xi，認ren為wei模mo糊hu傳chuan感gan器qi必bi須xu根gen據ju測ce量liang關guan係xi來lai構gou造zao，並bing且qie應ying該gai可ke以yi重zhong組zu以yi適shi應ying不bu同tong的de測ce量liang關guan係xi。並bing提ti出chu了le將jiang基ji礎chu概gai念nian作zuo為wei先xian驗yan信xin息xi提ti供gong給gei傳chuan感gan器qi，其qi餘yu概gai念nian由you運yun算suan自zi動dong生sheng成cheng的de設she計ji思si想xiang。這zhe種zhong方fang法fa保bao留liu了le概gai念nian之zhi間jian的de相xiang對dui語yu義yi，但dan不bu能neng保bao證zheng與yu測ce量liang關guan係xi符fu號hao說shuo明ming的de一yi致zhi性xing，因yin此ci必bi須xu考kao慮lv環huan境jing對dui測ce量liang關guan係xi的de修xiu正zheng問wen題ti，他ta提ti出chu了le基ji於yu定ding性xing學xue習xi以yi及ji通tong過guo複fu合he調tiao節jie說shuo明ming的de函han數shu方fang法fa來lai進jin行xing修xiu正zheng。他ta提ti出chu了le基ji於yuDelaunay多維空間的三角測量的線性插值來構造模糊分割的新方法，用以建立采用多元件測量的模糊傳感器。

 

Stipanicer D等(deng)人(ren)認(ren)為(wei)模(mo)糊(hu)傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)一(yi)種(zhong)智(zhi)能(neng)測(ce)量(liang)設(she)備(bei)，由(you)簡(jian)單(dan)選(xuan)擇(ze)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)推(tui)理(li)器(qi)組(zu)成(cheng)，將(jiang)被(bei)測(ce)量(liang)轉(zhuan)換(huan)為(wei)適(shi)於(yu)人(ren)類(lei)感(gan)知(zhi)和(he)理(li)解(jie)的(de)信(xin)號(hao)。由(you)於(yu)知(zhi)識(shi)庫(ku)中(zhong)存(cun)儲(chu)了(le)豐(feng)富(fu)的(de)專(zhuan)家(jia)知(zhi)識(shi)和(he)經(jing)驗(yan)，它(ta)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)簡(jian)單(dan)、廉價的傳感器測量相當複雜的現象。

 

五、模糊傳感器的應用

 

目前，模糊傳感器已被廣泛應用
，而且已進入平常百姓家，如模糊控製洗衣機中布量檢測
、水位檢測、水的渾濁度檢測
，電飯煲中的水、飯量檢測，模糊手機充電器等。另外，模糊距離傳感器、模糊溫度傳感器、模糊色彩傳感器等也是國外專家們研製的成果。隨著科技的發展，科學分支的相互融合，模糊傳感器也應用到了神經網絡、模式識別等體係中。

 

六、結束語

 

模糊傳感器的出現

，不僅拓寬了經典測量學科，而且使測量科學向人類的自然語言理解方麵邁出了重要的一步。模糊傳感器雖然在色彩、距離等領域有一些成功的應用，但隻是分散的、個別的，遠未形成係統的理論體係和技術框架，實現模糊傳感器的諸多關鍵技術尚未完全解決
，還需廣大測量工作者的繼續探索。

 

 

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