譚寶龍　瞿潔　周俊

摘要： 由于企業(yè)信息化子系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間的不同，許多子系統(tǒng)存在異構(gòu)特征。異構(gòu)系統(tǒng)通常獨(dú)立運(yùn)行，系統(tǒng)之間缺少信息共享，各個(gè)子系統(tǒng)不能協(xié)調(diào)同步工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間聯(lián)動(dòng)協(xié)同工作成為主要問題。本文建立了一個(gè)基于規(guī)則的專家系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠不斷對(duì)規(guī)則庫(kù)的知識(shí)進(jìn)行擴(kuò)充和提煉，形成一個(gè)完善的規(guī)則庫(kù)。當(dāng)已知的事實(shí)與規(guī)則的前提條件匹配時(shí)，異構(gòu)系統(tǒng)啟動(dòng)聯(lián)動(dòng)控制策略，相應(yīng)子系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)工作。這種方案開發(fā)周期短，易于維護(hù)，對(duì)企業(yè)異構(gòu)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制具有一定借鑒參考意義。

Abstract： Due to the different development time of enterprise information subsystems， many subsystems have heterogeneous architectures. Heterogeneous systems usually run independently， they are lack of the information sharing among systems， each subsystem can not coordinate the synchronous work. Therefore， it's a key problem to realize system linkage cooperative work. This paper has established a rule-based expert system， the knowledge of the rule base of system can be expanded and refined continuously to form a complete rule base. When known fact and the premise of rule are match， heterogeneous systems startup linkage control strategy， and the corresponding subsystems join the linkage work. This scheme has a shorten development cycle， and it is easy to maintain. It has certain reference significance for heterogeneous systems of enterprise linkage control.

關(guān)鍵詞： 專家系統(tǒng)；規(guī)則庫(kù)；聯(lián)動(dòng)

Key words： expert system；rule base；linkage

中圖分類號(hào)：TP182 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）05-0192-03

0 引言

隨著技術(shù)發(fā)展，企業(yè)會(huì)根據(jù)需求開發(fā)很多信息化系統(tǒng)，這些系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間，開發(fā)廠商，操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)以及編程語言可能不同，導(dǎo)致不同系統(tǒng)間的信息交互難以實(shí)現(xiàn)[1]。以某電站物防技防信息系統(tǒng)為例，該電站目前含有安訪視頻監(jiān)控系統(tǒng)、電子圍欄報(bào)警系統(tǒng)、智能門禁在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、工業(yè)電視集控中心系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)等7個(gè)子系統(tǒng)。這些系統(tǒng)信息的處理都是獨(dú)立進(jìn)行，沒有形成聯(lián)動(dòng)策略，這種信息處理方式忽視了各個(gè)系統(tǒng)之間的內(nèi)在聯(lián)系及信息共享。因此，采用聯(lián)動(dòng)協(xié)同控制策略實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的統(tǒng)一維護(hù)就顯得尤為重要。

由于異構(gòu)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制復(fù)雜度高，實(shí)現(xiàn)較為困難，至今還沒有非常成熟的解決方案。在此背景下，本文提出了基于專家系統(tǒng)的多異構(gòu)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制方案，將專家系統(tǒng)應(yīng)用于某電站物防技防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)處理中。該系統(tǒng)建有專家知識(shí)庫(kù)，當(dāng)有新的需求規(guī)則生成時(shí)，系統(tǒng)可以根據(jù)新增加的規(guī)則，進(jìn)行推理，并且可不斷對(duì)自己的知識(shí)進(jìn)行擴(kuò)充、完善和提煉，隨時(shí)修正已有的知識(shí)或歸納出新的知識(shí)。這種基于專家系統(tǒng)的多異構(gòu)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制方案，可以在不改變系統(tǒng)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的情況下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，完成數(shù)據(jù)交互。這樣不僅開發(fā)周期短，工作量小，而且開放性好，易于以后開發(fā)和維護(hù)。

1 基于規(guī)則的多異構(gòu)聯(lián)動(dòng)專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

基于規(guī)則的專家系統(tǒng)是個(gè)計(jì)算機(jī)程序，其內(nèi)部含有大量的某個(gè)領(lǐng)域?qū)＜宜降闹R(shí)與經(jīng)驗(yàn)，能夠利用專家的知識(shí)和解決問題的方法來處理該領(lǐng)域問題。它由知識(shí)規(guī)則庫(kù)、推理機(jī)、事實(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)獲取機(jī)制、解釋機(jī)制以及人機(jī)界面等幾個(gè)基本的部分組成[2]。系統(tǒng)的完整結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中箭頭方向?yàn)樾畔⒘鲃?dòng)的方向。

系統(tǒng)工作模型主要包括兩大部分：知識(shí)規(guī)則庫(kù)和推理機(jī)。除此以外，還需要用來顯示結(jié)果的運(yùn)行界面。

①規(guī)則庫(kù)：知識(shí)規(guī)則庫(kù)可被所有的規(guī)則訪問。在基于規(guī)則的專家系統(tǒng)中，知識(shí)用一組規(guī)則表達(dá)，每一條規(guī)則表達(dá)一個(gè)關(guān)系，具有IF（條件）THEN（結(jié)論）的形式，當(dāng)規(guī)則的條件被滿足時(shí)，規(guī)則被觸發(fā)，執(zhí)行動(dòng)作。本文采用基于規(guī)則的產(chǎn)生式來表示，報(bào)警源，報(bào)警信息，聯(lián)動(dòng)信息規(guī)則都存儲(chǔ)在規(guī)則表中。

②推理機(jī)：推理策略常采用前向推理和后向推理[3]。本文的多異構(gòu)聯(lián)動(dòng)專家系統(tǒng)采用前向推理策略，將已知的事實(shí)與規(guī)則的前提進(jìn)行比較，觀察是否能夠匹配，如果不匹配，則用下一條規(guī)則匹配。如此重復(fù)下去，直到匹配成功。如果匹配成功，則該規(guī)則被啟用，并產(chǎn)生可推理事實(shí)。如果事實(shí)不是結(jié)論，則將此事實(shí)存入聯(lián)動(dòng)知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。否則，輸出結(jié)果。其流程圖如圖2所示。

人機(jī)界面負(fù)責(zé)把用戶輸入的信息轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)內(nèi)規(guī)范化的表示形式，然后把這些內(nèi)部表示交給相應(yīng)的模塊去處理。系統(tǒng)輸出的內(nèi)部信息也由人機(jī)界面轉(zhuǎn)換成用戶易于理解的外部表示形式顯示給用戶。

1.2 規(guī)則庫(kù)設(shè)計(jì)

1.2.1 規(guī)則表示數(shù)學(xué)模型

基于規(guī)則的專家系統(tǒng)模型中，任何規(guī)則的形式均包括兩部分：IF部分和THEN部分。它的表現(xiàn)形式是“IF...THEN...”。IF部分是前提條件，THEN部分是結(jié)論，即當(dāng)前提條件成立時(shí)，才會(huì)得出結(jié)論[4]。規(guī)則的基本數(shù)學(xué)模型如下：

IF <前項(xiàng)>

THEN <后項(xiàng)>

通常，在基本數(shù)學(xué)模型之上可以擴(kuò)充。規(guī)則可以包含多個(gè)前項(xiàng)，這些前項(xiàng)用關(guān)鍵詞AND（合?。R（析?。┗蛘叨呋旌稀：先∨c析取數(shù)學(xué)模型如下所示：

IF <前項(xiàng)1>

AND <前項(xiàng)2>

.

.

.

AND <前項(xiàng)N>

THEN <結(jié)論>

IF <前項(xiàng)1>

OR <前項(xiàng)2>

.

.

.

OR <前項(xiàng)N>

THEN <結(jié)論>

規(guī)則的后項(xiàng)部分也可包含多個(gè)語句，其數(shù)學(xué)模型如下：

IF <前項(xiàng)>

THEN <結(jié)論1>

<結(jié)論2>

.

.

.

<結(jié)論N>

前項(xiàng)部分包括兩部分：對(duì)象和值，用操作符連接。操作符識(shí)別對(duì)象并進(jìn)行賦值。規(guī)則后項(xiàng)部分同前項(xiàng)類似，也可用數(shù)值型對(duì)象和簡(jiǎn)單表達(dá)式。例如：

IF “A”> 10

THEN “B”= “A”* 2 / 3

知識(shí)庫(kù)中的每個(gè)規(guī)則按上述形式組建。運(yùn)行過程中環(huán)環(huán)相扣，形成復(fù)雜的推理網(wǎng)絡(luò)，知識(shí)在推理網(wǎng)絡(luò)中得以傳遞，進(jìn)行相應(yīng)的分析和判斷。

1.2.2 規(guī)則庫(kù)構(gòu)建

在基于規(guī)則的專家系統(tǒng)中，領(lǐng)域知識(shí)用一組IF-THEN產(chǎn)生式規(guī)則來表示，數(shù)據(jù)用當(dāng)時(shí)情境下的一組事實(shí)來表示。推理機(jī)將存儲(chǔ)在知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則與數(shù)據(jù)庫(kù)中的事實(shí)相匹配，如果一條規(guī)則的IF（條件）部分與事實(shí)匹配，即觸發(fā)該規(guī)則，執(zhí)行THEN（結(jié)論）部分[5]。被觸發(fā)的規(guī)則可能由于添加新事實(shí)而改動(dòng)事實(shí)集合。

知識(shí)規(guī)則庫(kù)中初始的報(bào)警規(guī)則是基于歷史報(bào)警記錄的基礎(chǔ)上，采用產(chǎn)生式規(guī)則來表示這些知識(shí)：

IF〈電子圍欄 Area 1 Location 001〉A(chǔ)ND〈無高優(yōu)先級(jí)報(bào)警信號(hào)〉THEN〈燈光系統(tǒng)打開〉A(chǔ)ND〈安防監(jiān)控?cái)z像頭調(diào)出畫面〉

IF〈門禁系統(tǒng) Area 2 Location 002〉A(chǔ)ND〈無高優(yōu)先級(jí)報(bào)警信號(hào)〉A(chǔ)ND〈屬于禁區(qū)〉THEN〈關(guān)門動(dòng)作〉A(chǔ)ND〈工業(yè)電視攝像頭調(diào)出畫面〉

IF〈消防系統(tǒng) Area 3 Location 003〉A(chǔ)ND〈無高優(yōu)先級(jí)報(bào)警信號(hào)〉THEN〈廣播系統(tǒng)動(dòng)作〉A(chǔ)ND〈消防攝像頭調(diào)出畫面〉

通過對(duì)用戶的使用習(xí)慣進(jìn)行調(diào)查后，我們對(duì)各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分類編號(hào)，再以事實(shí)形成原子類，再將各個(gè)原子類歸類，可以提高工作效率。歸類劃分如下：

其中S表示報(bào)警源；L表示聯(lián)動(dòng)對(duì)象。以某電站的7個(gè)異構(gòu)系統(tǒng)為例，用字母表示如下：a代表電子圍欄系統(tǒng)；b代表安防視頻系統(tǒng)；c代表工業(yè)電視系統(tǒng)；d代表消防系統(tǒng)；e代表廣播系統(tǒng)；f代表門禁系統(tǒng)；g代表燈光系統(tǒng)。各子系統(tǒng)分類如表1所示。

按照上述子系統(tǒng)分類后，接著將規(guī)則原語表示如下：Area代表報(bào)警區(qū)號(hào)；Location代表報(bào)警位號(hào)；區(qū)域狀態(tài)用State表示，其中0代表一般工作區(qū)，1代表危險(xiǎn)區(qū)，2代表禁區(qū)；條件關(guān)系符用Relation表示；報(bào)警優(yōu)先級(jí)用Priority表示，數(shù)字越小，優(yōu)先級(jí)越高。

經(jīng)過分類表示后，報(bào)警規(guī)則表如表2所示。報(bào)警源會(huì)根據(jù)報(bào)警的優(yōu)先級(jí)執(zhí)行動(dòng)作，數(shù)字越小優(yōu)先級(jí)越高。報(bào)警到來時(shí)，先看有無更高級(jí)報(bào)警信號(hào)，若無則根據(jù)聯(lián)動(dòng)知識(shí)庫(kù)，按添加順序依次執(zhí)行聯(lián)動(dòng)動(dòng)作。若有更高優(yōu)先級(jí)報(bào)警信號(hào)則優(yōu)先執(zhí)行高優(yōu)先級(jí)報(bào)警動(dòng)作，然后再執(zhí)行此報(bào)警源動(dòng)作。報(bào)警動(dòng)作順序可根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)整。

為簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)的知識(shí)維護(hù)功能設(shè)計(jì)成從外部維護(hù)，即由用戶進(jìn)行知識(shí)的修改、刪除、添加及一致性檢驗(yàn)。用戶界面以表格的形式列出報(bào)警源，報(bào)警區(qū)號(hào)、報(bào)警位號(hào)、報(bào)警優(yōu)先級(jí)、位置狀態(tài)、聯(lián)動(dòng)對(duì)象供用戶進(jìn)行定位查詢、添加、修改和刪除。這項(xiàng)操作一般是不允許隨意進(jìn)行的。為此，系統(tǒng)設(shè)置了密碼保護(hù)，只有經(jīng)過培訓(xùn)的管理員才能進(jìn)行此項(xiàng)操作。

1.3 規(guī)則推理

規(guī)則庫(kù)設(shè)計(jì)完成后，需要對(duì)規(guī)則進(jìn)行推理。本文采用正向推理策略，正向推理過程可描述如下：

將規(guī)則庫(kù)中規(guī)則的前項(xiàng)同當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容匹配，若匹配成功，則找到一條可用規(guī)則送入可用規(guī)則集S；否則，用下一條規(guī)則進(jìn)行匹配。程序偽代碼如下：

Procedure respond

While S非空且問題未求解

Do

Begin

調(diào)用select-rule（S），從S中選擇一條規(guī)則，將該規(guī)則的結(jié)論添加到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

調(diào)用respond。

End

推理機(jī)要完成推理，通常要對(duì)facts進(jìn)行多次擴(kuò)充，按擴(kuò)充了的facts繼續(xù)從rules中選擇可用規(guī)則，每選擇一條可用規(guī)則，就把規(guī)則的后項(xiàng)中不在facts中的所有結(jié)論添加到facts中，對(duì)facts擴(kuò)充，直至沒有可用規(guī)則可選。若找到一條可用規(guī)則對(duì)facts進(jìn)行過一次擴(kuò)充，則deduce返回t；否則，deduce返回nil。deduce用來表示正向推理機(jī)函數(shù)。

deduce函數(shù)定義如下：

（defun （deduce facts）

（prog （progress）

loop

（cond （ （ step-forward rules） （step progress t） ）

（ t （ return progress） ） ）

（go loop ） ） ）

其中step-forward函數(shù)用于逐次掃描規(guī)則庫(kù)rules中的規(guī)則，若發(fā)現(xiàn)rules中有一條可用規(guī)則，即該規(guī)則的前項(xiàng)包含的全部事實(shí)在表facts中，則把該規(guī)則的后項(xiàng)中不在facts中的所有結(jié)論添加facts中，且step-forward返回t。若rules中沒有一條可用規(guī)則，則step-forward返回nil。

知識(shí)規(guī)則庫(kù)編輯完畢并存盤后，啟動(dòng)專家系統(tǒng)的執(zhí)行文件便開始了對(duì)知識(shí)庫(kù)的檢查，包括檢查知識(shí)表達(dá)語法的正確與否，規(guī)則是否互相矛盾，若無錯(cuò)誤則正常運(yùn)行。當(dāng)有一條以上的規(guī)則被觸發(fā)時(shí)，采用規(guī)則排序策略來解決沖突，即規(guī)則按優(yōu)先級(jí)大小排序，先觸發(fā)的規(guī)則先啟用，只有第K條規(guī)則不能使用時(shí)，才考慮第K+1規(guī)則。這些規(guī)則可以動(dòng)態(tài)的添加，刪除、修改。由于知識(shí)規(guī)則庫(kù)是以數(shù)據(jù)表的形式存在于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，因此，十分便于利用數(shù)據(jù)庫(kù)通用查詢語言SQL語言中的SELECT語句進(jìn)行查詢，從而檢索出符合要求的結(jié)果集。

2 基于規(guī)則的多異構(gòu)聯(lián)動(dòng)專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本項(xiàng)目建設(shè)的智能管理平臺(tái)以某電站的安訪視頻監(jiān)控系統(tǒng)、電子圍欄報(bào)警系統(tǒng)、智能門禁在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、工業(yè)電視集控中心系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)等整合在一個(gè)用戶界面上統(tǒng)一管理，形成各子系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)，便于應(yīng)急響應(yīng)，能夠極大地提高工作的效率。電站各子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)后，一旦出現(xiàn)意外事件，相應(yīng)系統(tǒng)便會(huì)啟動(dòng)，引起相關(guān)人員注意，從而達(dá)到事前防范的目的。

根據(jù)項(xiàng)目要求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)工作流程如圖3所示。當(dāng)電子圍欄報(bào)警系統(tǒng)檢測(cè)到異常入侵信號(hào)時(shí)，智能管理平臺(tái)報(bào)警掃描軟件立即會(huì)捕捉到報(bào)警信息，自動(dòng)根據(jù)聯(lián)動(dòng)規(guī)則庫(kù)對(duì)應(yīng)的聯(lián)動(dòng)子系統(tǒng)、聯(lián)動(dòng)區(qū)號(hào)、位號(hào)，聯(lián)動(dòng)優(yōu)先級(jí)、位置狀態(tài)和順序號(hào)控制聯(lián)動(dòng)對(duì)象動(dòng)作，并自動(dòng)推出確認(rèn)界面，當(dāng)報(bào)警確認(rèn)后系統(tǒng)再按照順序執(zhí)行剩下的聯(lián)動(dòng)動(dòng)作，如打開燈光、視頻等動(dòng)作。以安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)與電子圍欄系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制為例示意圖如圖4所示。安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過區(qū)號(hào)位號(hào)固定攝像機(jī)位置，推出視頻界面，供工作人員分析查看。

3 結(jié)論

通過多異構(gòu)聯(lián)動(dòng)專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了某電站現(xiàn)有多異構(gòu)系統(tǒng)之間聯(lián)動(dòng)同步工作。與傳統(tǒng)方案相比，本系統(tǒng)具有靈活性、可擴(kuò)充性、自學(xué)習(xí)及自修正能力，系統(tǒng)能夠不斷對(duì)自己的知識(shí)進(jìn)行擴(kuò)充、完善和提煉，隨時(shí)修正已有的知識(shí)或歸納出新的知識(shí)，適應(yīng)新情況的需要。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，該系統(tǒng)能夠進(jìn)行智能、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)工作，所有報(bào)警信息各系統(tǒng)內(nèi)100%共享，各系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)同步率達(dá)到100%，由于用戶可以自己構(gòu)建和調(diào)整規(guī)則，擺脫了對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師的依賴，所以極大地降低了系統(tǒng)的維護(hù)成本。其它產(chǎn)業(yè)集群也可結(jié)合自身產(chǎn)業(yè)特色發(fā)展適合的基于專家系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)模式。

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