王 飛，鮑平鑫，陳 聯(lián)

(1.軍事交通學(xué)院 研究生管理大隊，天津300161;2.軍事交通學(xué)院 聯(lián)合投送系，天津300161;3.66155 部隊，天津300182)

近年來，隨著部隊信息化建設(shè)地不斷發(fā)展，對鐵路運輸系統(tǒng)的綜合保障能力提出了更高的要求。尤其是通過鐵路運輸?shù)奈镔Y中軍用危險貨物占到52%左右，由于大多具有爆炸、易燃、毒害、放射、腐蝕等特性，對運輸安全的要求更高。通過運用環(huán)境成分識別、視頻監(jiān)控、全球定位、預(yù)警等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對軍用危險貨物鐵路運輸環(huán)境和軍用危險貨物狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和事故預(yù)警，并根據(jù)軍用危險貨物鐵路運輸知識庫系統(tǒng)存儲的專業(yè)理論知識和推理功能對監(jiān)測數(shù)據(jù)和預(yù)警事故信息進(jìn)行推理，及時生成應(yīng)急預(yù)案，供決策者采取有效措施預(yù)防事故的發(fā)生。本文對軍用危險貨物鐵路運輸知識庫系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計，對知識庫和推理機進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計研究，為進(jìn)一步研究和應(yīng)用提供參考。

1 知識庫系統(tǒng)的總體設(shè)計

知識庫系統(tǒng)接收到通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)、預(yù)警事故和軍用危險貨物的相關(guān)信息，確定軍用危險貨物狀態(tài)，然后根據(jù)數(shù)據(jù)庫中存儲的相關(guān)準(zhǔn)則進(jìn)行推理分析，并擬定預(yù)案，最終生成相應(yīng)預(yù)案。同時繼續(xù)接收預(yù)警、事故信息，不斷對預(yù)案進(jìn)行修正，為決策者提供實時參考。

該系統(tǒng)由知識庫管理系統(tǒng)、知識庫和推理機3部分組成。知識庫管理系統(tǒng)主要對知識庫和推理機進(jìn)行維護(hù)管理的系統(tǒng);知識庫由對軍用危險貨物鐵路運輸事故描述的事實庫和事故處置規(guī)定的規(guī)則庫組成;推理機是模擬人類專家處理知識和利用知識解決問題能力的系統(tǒng)。

2 知識庫的設(shè)計

知識庫是用于知識管理的一種特殊數(shù)據(jù)庫，以便于有關(guān)領(lǐng)域知識的采集、整理和提?。?］。知識庫中的知識源于領(lǐng)域?qū)＜?，它是問題求解所需要的領(lǐng)域知識的集合，包括基本事實、規(guī)則和其他有關(guān)信息。本系統(tǒng)知識庫包含對軍用危險貨物鐵路運輸事故描述的事實庫和事故處置規(guī)定的規(guī)則庫。

2.1 事實庫

對軍用危險貨物鐵路運輸通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)和接收到的預(yù)警、事故進(jìn)行描述時，不可能使用單一的表現(xiàn)形式將事故的全部信息表現(xiàn)出來。此時可以利用數(shù)學(xué)中的微分方法，將一起事故分解成許多相互關(guān)聯(lián)的元素，分別對這些元素進(jìn)行描述，這樣將復(fù)雜問題簡單化。同時，將有關(guān)應(yīng)急處置的關(guān)鍵因素和關(guān)鍵點進(jìn)行規(guī)范化，使決策者能夠輕易理解只有專家才能理解或解決的問題。在本文中，將預(yù)警、事故看成由貨車主體、裝備物資主體、天氣狀況、理化性質(zhì)參數(shù)、預(yù)警事故特征、預(yù)警等級、事故等級等多部分組成。對每一部分再進(jìn)行分解描述，尤其是影響處置方式及處置效果的因素，力爭反映從事故開始到應(yīng)急處置結(jié)束的全過程，也即以知識表示的方法將有關(guān)軍用危險貨物預(yù)警、事故應(yīng)急處置的知識表示出來。事實庫由2 部分組成，分別為預(yù)警事故事實描述庫和預(yù)警事故應(yīng)急處置方法庫。

預(yù)警事故事實描述庫的設(shè)計如圖1 所示。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，通過預(yù)警事故事實描述的目的是全面掌握預(yù)警、事故信息，然后以此為依據(jù)制定符合實際情況的應(yīng)急處置措施。

圖1 預(yù)警事故描述庫設(shè)計

本文對相關(guān)處理方法與處理措施進(jìn)行整理，設(shè)計出符合實際的應(yīng)急處置方法庫，其中存儲了針對軍用危險貨物預(yù)警事故的應(yīng)急處置程序及方法，包括預(yù)警事故裝備物資的確定，啟動應(yīng)急等級，調(diào)度部門、應(yīng)急指揮部門預(yù)警事故處置等。應(yīng)急處置方法庫如圖2 所示。

圖2 應(yīng)急處置方法庫設(shè)計

2.2 規(guī)則庫

目前知識庫系統(tǒng)開發(fā)中常用的知識表示方法(技術(shù))有產(chǎn)生式規(guī)則(Production Rules)表示法、謂詞邏輯(Predicate Calculus)表示法、語義網(wǎng)絡(luò)(Semantic Networks )表示法、框架(Frames)表示法、本體(Ontology)表示法等［3］。本系統(tǒng)采用在各種知識庫系統(tǒng)中使用最廣泛的產(chǎn)生式規(guī)則表示法。

產(chǎn)生式規(guī)則表示法的實質(zhì)是把專家所具有的龐大的領(lǐng)域?qū)I(yè)知識體系分解成知識的最小單元，然后構(gòu)造成具有因果關(guān)系的推理形式，最終形成一條條根據(jù)什么條件而應(yīng)當(dāng)采取什么措施或得出什么結(jié)論的規(guī)則［4］。其語法表現(xiàn)形式為

由于產(chǎn)生式規(guī)則與命題邏輯、一階謂詞邏輯等有緊密的聯(lián)系，其語法結(jié)構(gòu)很接近人類思考問題的方式，因此可以很容易地表示現(xiàn)實世界的許多通用知識，也很容易利用這些知識片段來進(jìn)行推理［5］。在用產(chǎn)生式規(guī)則表示本文的軍用危險貨物鐵路運輸預(yù)警、事故知識時，按預(yù)警、事故處置措施構(gòu)造輔助決策規(guī)則庫。以運送炮彈為例，規(guī)則具體詳情見表1。

表1 運送炮彈規(guī)則描述

規(guī)則庫中存放著諸如如下的事故處置規(guī)則:If 預(yù)警地點為運輸途中，運送炮彈;

And 物資理化性質(zhì)達(dá)到Ⅲ級預(yù)警設(shè)置的閾值;

And 不能正常運輸;

And 車廂溫度偏高;

一種巨大的優(yōu)越感終于使我反應(yīng)了過來，我輕輕地笑了一下，恰到好處地表達(dá)了我的輕蔑和不屑，頭也不回地走出了古意的房間，再也沒有了以往的興致去欣賞古意那張被我激得看不清表情的臉。

Then 啟動車廂溫度鐵路運輸Ⅲ級預(yù)警應(yīng)急處置預(yù)案。

If 預(yù)警地點為運輸途中，運輸炮彈;

And 物資理化性質(zhì)達(dá)到Ⅱ級預(yù)警設(shè)置的閾值;

And 啟動車廂溫度鐵路運輸Ⅲ級預(yù)警應(yīng)急處置預(yù)案;

And 車廂溫度高;

Then 啟動車廂溫度鐵路運輸Ⅱ級預(yù)警應(yīng)急處置預(yù)案。

If 預(yù)警地點為運輸途中，運送炮彈;

And 物資理化性質(zhì)達(dá)到Ⅱ級預(yù)警設(shè)置的閾值;

And 啟動車廂溫度鐵路運輸Ⅲ級預(yù)警應(yīng)急處置預(yù)案;

And 車廂溫度過高;

Then 啟動車廂溫度鐵路運輸Ⅰ級預(yù)警應(yīng)急處置預(yù)案。

規(guī)則庫實質(zhì)上是事故描述事實庫和應(yīng)急處置措施及方法庫的映射關(guān)系，每對應(yīng)單個事實描述或多個事實描述的組合就給出一個針對該情況的具體處置措施或處置方法。規(guī)則庫是系統(tǒng)能進(jìn)行輔助決策的關(guān)鍵所在。

3 推理機的設(shè)計

由知識庫的設(shè)計可以看出，按產(chǎn)生式規(guī)則設(shè)計的知識庫具有彈性，同時還具有修改和擴充方便、簡單易學(xué)等特點。但系統(tǒng)最終要完成輔助決策的功能，必須利用推理機來模擬人類專家處理知識和利用知識解決問題的能力。

推理機的推理過程分正向推理和逆向推理2種。本系統(tǒng)采用正向推理方式。在軍用危險貨物鐵路運輸預(yù)警中，根據(jù)對預(yù)警事實的描述，如果預(yù)警描述事實A 為真，并且在規(guī)則庫中存在相應(yīng)規(guī)則“If A 為真Then B”，則取規(guī)則的結(jié)論B 作為輔助決策方案或措施提供給決策者;如果規(guī)則庫中不存在相應(yīng)的匹配規(guī)則或決策者對系統(tǒng)給出的輔助方案或措施不滿意，則推理機將預(yù)警事實特點分類并對相關(guān)特點進(jìn)行權(quán)重劃分，然后按權(quán)重從高到低的原則，將這些特點與事實庫進(jìn)行比較，按最大相似度原則獲取預(yù)警事故處理方式的集合(如圖3 所示)。

在系統(tǒng)運行中，首先通過接口接收軍用危險貨物預(yù)警事故相關(guān)信息，信息通過知識庫系統(tǒng)進(jìn)入事實庫和規(guī)則庫進(jìn)行相關(guān)信息匹配;而后通過推理機流程讀取規(guī)則庫中第一條規(guī)則，并取出其中的If 條件部分與輸入的事故信息進(jìn)行匹配;若匹配不成功，則系統(tǒng)按順序讀取下一條規(guī)則并繼續(xù)取規(guī)則的If 部分匹配，直到事故信息與規(guī)則的If條件匹配成功為止;最后，取出規(guī)則的Then 結(jié)論部分，在客戶端按應(yīng)急處置措施(方案)的形式輸出，整個推理過程結(jié)束。

圖3 推理機設(shè)計

從整個過程不難看出，事實上推理機就是針對軍用危險貨物運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)和接收的預(yù)警、事故信息，去處理知識庫與規(guī)則庫關(guān)系的程序?qū)崿F(xiàn)。其具體的推理過程如圖3 所示。

4 結(jié) 語

運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)測軍用危險貨物鐵路運輸狀態(tài)的知識庫系統(tǒng)的設(shè)計研究，有助于軍用危險貨物鐵路運輸向智能化方向發(fā)展，有助于軍用危險貨物鐵路運輸安全技術(shù)信息化建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展，為下一步的研究和應(yīng)用提供參考。

［1］ 王文聰.基于本體的知識庫語義擴展搜索方法的研究與實現(xiàn)［D］.北京:北京化工大學(xué)，2012:35-40.

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［3］ 劉巖. FSRL 模糊推理機的設(shè)計與實現(xiàn)［D］. 天津:天津大學(xué)，2009:23-30.

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