摘 要：根據(jù)陣地技術(shù)防范系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，依據(jù)專家系統(tǒng)理論，分析該系統(tǒng)故障發(fā)生和故障傳播的機(jī)理，應(yīng)用“框架+產(chǎn)生式規(guī)則”組合的知識(shí)表示方法和正反相混合推理相結(jié)合的推理控制策略，構(gòu)建一種基于層次診斷模型與故障樹分析法相結(jié)合，融經(jīng)驗(yàn)診斷和原理診斷為一體的故障診斷專家系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：陣地技術(shù)防范系統(tǒng)；故障診斷；專家系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP182 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言

陣地技術(shù)防范系統(tǒng)(PTDS)是一個(gè)具有高安全性、高可靠性、高實(shí)用性的安防系統(tǒng)，技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在短時(shí)間內(nèi)完成故障的檢測(cè)和維修，提高安防系統(tǒng)的效率是非常重要的。按傳統(tǒng)維修方法是由部隊(duì)維修人員憑借個(gè)人經(jīng)驗(yàn)使用各種通用或?qū)Ｓ迷\斷維修工具進(jìn)行故障診斷和維修，由于故障分布的廣泛性、保障裝備的復(fù)雜性、維修知識(shí)的分散和孤立性，部隊(duì)人員的流動(dòng)性等原因使故障診斷及維修經(jīng)驗(yàn)難于傳授和積累，要做到戰(zhàn)場(chǎng)上迅速定位、排除故障，傳統(tǒng)方法已難以滿足要求。陣地技術(shù)防范故障診斷專家系統(tǒng)的軟件集使用經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)為一體，將各種診斷檢測(cè)手段統(tǒng)一組織起來，并結(jié)合各種專業(yè)的檢測(cè)設(shè)備，充分發(fā)揮現(xiàn)有維修設(shè)備和軟件功能，大大縮短了故障的確切定位和維修時(shí)間，提高檢測(cè)維修效率。

2 陣地技術(shù)防范系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

陣地技術(shù)防范系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。硬件結(jié)構(gòu)以服務(wù)器為核心，主要有三部分組成：門禁考勤系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)與以PLC為核心的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制器。系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示：

3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

根據(jù)分析，本系統(tǒng)采用模塊化編程的思想，將系統(tǒng)分解為專家系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等不同模塊，與此同時(shí)相應(yīng)開發(fā)系統(tǒng)管理程序，將專家系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合為一個(gè)整體。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)原理框圖如圖2所示：

陣地技術(shù)防范故障診斷專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)如下功能：

(1)根據(jù)故障現(xiàn)象，利用專家診斷系統(tǒng)找出故障原因；

(2)根據(jù)專家知識(shí)經(jīng)驗(yàn)提出排除故障的方法或建議；

(3)數(shù)據(jù)庫(kù)動(dòng)態(tài)管理。

本系統(tǒng)采用ACCESS2000定義數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)，采用ODBC技術(shù)開發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能(輸入、查詢、修改、刪除、打印等)，中間采用ODBC技術(shù)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。

4 知識(shí)表示

本專家系統(tǒng)采用的是“框架+產(chǎn)生式規(guī)則”組合的知識(shí)表示方法。其優(yōu)點(diǎn)是：框架把一組相關(guān)的知識(shí)存儲(chǔ)起來，適于表示固定的、典型的概念和行為，但難以表達(dá)動(dòng)態(tài)的知識(shí)。規(guī)則是領(lǐng)域?qū)＜以趯?shí)踐中總結(jié)出的一些解決問題的有效經(jīng)驗(yàn)，它同人的思維過程相近，易于被閱讀、解釋，容易增刪和修改，但推理效率較低，規(guī)則之間容易產(chǎn)生沖突和不一致。框架規(guī)則組合表示方法的特點(diǎn)是先用框架把故障分類，然后對(duì)不同的故障再采用規(guī)則來描述，這樣集中了框架和規(guī)則表示的優(yōu)勢(shì)，克服了各自的不足，能清晰、全面地描述復(fù)雜地診斷知識(shí)，使系統(tǒng)求解過程更加明白、易懂，并且提高了系統(tǒng)的推理效率。

以陣地技術(shù)防范系統(tǒng)中的視頻監(jiān)控系統(tǒng)為例，云臺(tái)是常見故障之一，圖3為云臺(tái)失控故障樹如圖3。

這個(gè)類似倒樹形的網(wǎng)絡(luò)由節(jié)點(diǎn)和連線組成。節(jié)點(diǎn)分層表示不同抽象層次的故障，它們之間的連線則表示故障父輩與子輩隸屬關(guān)系。根據(jù)在診斷過程中的作用，節(jié)點(diǎn)分為根節(jié)點(diǎn)(表示故障的大根源)、葉結(jié)點(diǎn)(表示滿足診斷深度要求的故障源)、中間節(jié)點(diǎn)(表示根結(jié)點(diǎn)與葉結(jié)點(diǎn)之間任一抽象層上的故障)和回溯標(biāo)志結(jié)點(diǎn)(表示設(shè)有回溯標(biāo)志，能影響故障搜索策略實(shí)施的獨(dú)立結(jié)構(gòu)故障)。這個(gè)分層模型描述了復(fù)雜系統(tǒng)的故障全貌，為故障的分層診斷奠定了基礎(chǔ)。

在模型的每個(gè)結(jié)點(diǎn)上所進(jìn)行的“收集癥狀一檢測(cè)一決策”是整個(gè)診斷過程中的基礎(chǔ)。在這個(gè)基本的診斷過程中要用到相互聯(lián)系的一整塊知識(shí)，這塊知識(shí)用框架(frame)表示。為了克服重復(fù)畫面的問題(frame problem)，同一類結(jié)點(diǎn)采用相同的框架結(jié)構(gòu)相同數(shù)目和類型的槽(slot)表示同一類診斷中必要的知識(shí)。結(jié)點(diǎn)代號(hào)、結(jié)點(diǎn)屬性、父輩結(jié)點(diǎn)代號(hào)的值確定了某一結(jié)點(diǎn)在故障分層網(wǎng)絡(luò)中的性質(zhì)、位置以及與相鄰結(jié)點(diǎn)的聯(lián)系，描述了診斷對(duì)象的分類關(guān)系。維修措施是葉結(jié)點(diǎn)專有的槽，它的值一般是一段排除故障的敘述性文字。

診斷規(guī)則是診斷專家的寶貴經(jīng)驗(yàn)。由于診斷對(duì)象的功能原理不同，專家對(duì)故障機(jī)理的了解程度和獲得測(cè)試數(shù)據(jù)不同，診斷規(guī)則也有三種形式：當(dāng)對(duì)象的功能邏輯關(guān)系明確，故障機(jī)理清楚，測(cè)試數(shù)據(jù)充分時(shí)，用形如“IF...THEN...”的規(guī)則表示專家的“故障分離”的知識(shí)；當(dāng)對(duì)象功能邏輯較復(fù)雜，故障因果關(guān)系不太明確，或測(cè)試僅能得到部分必要的數(shù)據(jù)時(shí)，仍可用規(guī)則的形式表示專家的“故障驗(yàn)證”的知識(shí)(每條規(guī)則根據(jù)觀察現(xiàn)象或測(cè)試數(shù)據(jù)證實(shí)一個(gè)假定的故障源)；如果對(duì)象功能邏輯不確定，癥狀與原因交錯(cuò)相連，而測(cè)試可得到較多的數(shù)據(jù)時(shí)，診斷規(guī)則以模糊關(guān)系矩陣表示癥狀總體與原因的總體的聯(lián)系。

所有的診斷規(guī)則組成規(guī)則集合，附屬于每個(gè)框架內(nèi)“診斷規(guī)則”槽的若干條規(guī)則稱為規(guī)則子集。診斷規(guī)則的這種結(jié)構(gòu)我們稱之為分布式規(guī)則集。這樣的知識(shí)結(jié)構(gòu)與專家提供的知識(shí)形式相近，便于整理和理解，也克服了大規(guī)則集不易維護(hù)和運(yùn)行效率低的問題。

5 診斷推理控制策略和過程

5．1 推理控制策略

根據(jù)陣地技術(shù)防范系統(tǒng)故障發(fā)生的機(jī)理，結(jié)合領(lǐng)域?qū)＜姨峁┑脑\斷知識(shí)，采用的是以正向推理為主，反向推理為輔，正反相混合推理相結(jié)合的推理控制策略。應(yīng)用該策略在故障分離樹上的搜索就是深度優(yōu)先搜索。從故障分離樹上看，推理過程以“樹”狀知識(shí)結(jié)構(gòu)的“根”為起點(diǎn)，不斷進(jìn)行正向推理形成假設(shè)，并對(duì)假設(shè)進(jìn)行反向推理驗(yàn)證，直至達(dá)到規(guī)定的推理層次或全部的目標(biāo)結(jié)點(diǎn)被否定為止。然后再回溯到相應(yīng)層次，再進(jìn)行正向推理形成新的假設(shè)，如此反復(fù)直至找到故障源表示診斷成功或找不到故障源表示故障診斷失敗為止。

5．2 故障診斷流程圖

診斷策略主要是在故障診斷模型知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過檢測(cè)、判斷的循環(huán)過程查找故障源，并解決了多重故障的診斷問題，推理機(jī)則是使?jié)M足診斷策略要求的診斷過程得以自動(dòng)進(jìn)行的有關(guān)程序。

由于知識(shí)庫(kù)分為經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和原理知識(shí)兩部分，推理機(jī)也相應(yīng)地分為兩部分。首先用經(jīng)驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行診斷，如果診斷任務(wù)能用經(jīng)驗(yàn)知識(shí)較快地完成，則診斷結(jié)束；如果經(jīng)驗(yàn)知識(shí)不完全，不能找到故障源，則轉(zhuǎn)入原理知識(shí)診斷，原理診斷從專家提供的相應(yīng)層次或根結(jié)點(diǎn)開始診斷，然后在故障診斷網(wǎng)絡(luò)上調(diào)用測(cè)試框架知識(shí)，提示維修人員進(jìn)行測(cè)試。專家系統(tǒng)根據(jù)輸人的測(cè)試值及判斷規(guī)則進(jìn)行故障分離，找出下層故障。若下一層故障不是故障源，則從下一層再反復(fù)進(jìn)行測(cè)試和故障分離。直至找到故障源。對(duì)故障源按維修知識(shí)框架進(jìn)行故障維修和驗(yàn)證，并向用戶解釋故障搜索過程，診斷結(jié)束。故障診斷流程見圖4。

6 結(jié)論

本文根據(jù)陣地技術(shù)防范系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，應(yīng)用故障樹和專家系統(tǒng)理論以及面向?qū)ο蠹夹g(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)具有對(duì)象式框架知識(shí)表示、推理機(jī)制、人機(jī)交互界面可視化的故障診斷專家系統(tǒng)。縮短了故障的定位和維修時(shí)間，很大程度上提高了技術(shù)防范系統(tǒng)的檢測(cè)維修效率，使整個(gè)安防系統(tǒng)更符合戰(zhàn)備要求。