特種裝備物資鐵路運輸知識庫系統設計

鮑平鑫，王 飛，寧偉宇

(1.軍事交通學院 聯合投送系，天津300161;2.軍事交通學院 研究生管理大隊，

天津300161;3.軍事交通學院 學員旅，天津300161)

近年來，隨著部隊信息化建設的不斷發展，特種裝備物資層出不窮，對鐵路運輸系統的綜合保障能力提出了更高的要求。尤其是鐵路運輸中大量的超限裝備、危險品等運輸，由于尺寸超限和理化性質復雜，對運輸安全的要求更高。通過運用環境成分識別、視頻監控、全球定位、預警等技術對特種裝備物資鐵路運輸環境及自身狀態進行檢測和事故預警，并根據特種裝備物資鐵路運輸知識庫系統的專業理論知識和推理功能對檢測數據參數和信息進行推理，及時生成相應預案，供決策者采取有效措施，預防事故的發生。本文運用知識庫系統設計的相關理論知識，對特種裝備物資鐵路運輸知識庫系統進行設計研究，提出設計思路和方法。

1 相關概念

(1)特種運輸。是指為遂行多樣化軍事任務所組織的人員、裝備和物資運輸。

(2)特種裝備物資。指特種運輸中需要重點監控的對象，主要包括對運輸時限和運輸安全有特殊要求的裝備物資，如具有爆炸、易燃、毒害、放射性和腐蝕性的危險貨物，規格或重量超長、超高、超寬、集重的裝備器材，以及其他精密儀器和貴重物品等。

2 知識庫系統的總體設計

知識庫系統由知識庫管理系統、知識庫和推理機3 個部分組成。該系統接收預警、事故和特種裝備物資的相關信息，確定特種裝備物資，然后根據數據庫中存儲的相關準則進行推理分析、擬定預案，最終生成相應預案。同時接收預警、事故信息，根據知識庫存儲的相關理論知識和準則進行再推理、擬定預案，最后生成預案，可為決策者提供參考(如圖1 所示)。

2.1 知識庫管理系統

知識庫管理系統，又稱數字資產管理系統，主要是用來管理常用的一些知識文檔、圖紙、視頻和音頻等信息內容。

隨著信息化進程和課題要求，知識庫系統管理的安全、有序是知識庫系統設計的主要依托。對特種裝備物資數據、規則、應急處置預案等大量數據和知識管理的過程中，需要解決知識存儲、管理困難，數據查找緩慢，知識庫管理混亂，知識庫安全缺乏保障，知識庫無法協作共享等問題。所以知識庫管理系統的運用是建立完善、可靠、安全的特種裝備物資鐵路運輸知識庫系統不可或缺的軟件工具。知識庫管理系統功能包括集中存儲、全文搜索、文檔編輯、Office 集成、鎖定保護、規則應用、權限管理等。

圖1 特種裝備物資鐵路運輸知識庫系統流程

2.2 知識庫設計

知識庫是用于知識管理的一種特殊數據庫，以便于有關領域知識的采集、整理以及提?。?］。知識庫中的知識源于領域專家，它是問題求解所需要領域知識的集合，包括基本事實、規則和其他有關信息。本系統知識庫包含對特種裝備物資鐵路運輸事故描述的事實庫和事故處置規定的規則庫。

2.2.1 事實庫

對特種裝備物資鐵路運輸預警、事故進行描述時，不可能使用單一的表現形式將事故的全部信息表現出來?？梢岳脭祵W中的微分思想，將應急事件分解成許多相互關聯的元素，分別對這些元素進行描述，這樣就可將復雜問題簡單化。同時將有關應急處置的關鍵因素和關鍵點進行規范化，使決策者更加準確了解預警事故的本質。在本文中，將預警、事故看成由貨車主體、裝備物資主體、天氣狀況、理化性質參數、預警事故特征、預警等級、事故等級等多部分組成。對每一部分再進行分解描述，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急處置結束的全過程，也即是以知識表示的方法將有關特種裝備物資預警事故應急處置的知識表示出來。事實庫由預警事故事實描述庫(如圖2 所示)和預警事故應急處置方法庫(如圖3 所示)2 個部分組成。

圖2 預警事故事實描述庫設計

對預警事故事實描述的目的是全面掌握預警事故信息，然后以此為依據制定符合實際情況的應急處置措施。針對上述的預警事故事實描述，本文對相關處理方法與處理措施進行整理，設計出符合實際情況的應急處置方法庫，其中存儲了針對特種裝備物資預警、事故的應急處置程序及方法，包括接收到預警、事故信息的特種裝備物資的確定、啟動應急等級、調度部門、應急指揮部門、預警事故處置措施等。

預警事故事實描述庫和應急處置方法庫共同構成特種裝備物資預警、事故事實庫，這是知識庫的基礎數據核心。

2.2.2 規則庫

要完成知識表示的目標，還需規則庫的支撐。知識表示是對我們所處的現實世界中不規則知識進行計算機表示的一種方式，是知識處理中一個最基本的問題。通過知識表示，相關領域知識成為共享的顯性知識被計算機存儲、識別和運用，并最終輔助人們解決現實世界中的問題［2］。知識表示的好壞直接影響輔助決策系統處理問題的能力和效率，因此，需要對不同領域的知識采用合適的知識表示方法和技術。

圖3 應急處置方法庫設計

目前知識庫系統開發中常用的知識表示方法/技術有產生式規則表示法、謂詞邏輯表示法、語義網絡表示法、框架表示法、本體表示法等［3］。本系統采用在各種知識庫系統中使用最廣泛的產生式規則表示法。

產生式規則表示法的實質是把專家所具有的龐大的領域專業知識體系分解成知識的最小單元，然后構造成具有因果關系的推理形式，最終形成一條條根據什么條件而應當采取什么措施，或得出什么結論的規則［4］。由于產生式規則與命題邏輯、一階謂詞邏輯等有緊密的聯系，其語法結構很接近人類思考問題的方式，因此可以很容易地表示現實世界的許多通用知識，也很容易利用這些知識片段來進行推理［5］。在用產生式規則表示本文的特種裝備物資鐵路運輸預警事故知識時，按預警、事故處置措施構造輔助決策規則庫，規則描述見表1。

表1 規則描述

表1 中，規則庫中存放著諸如下所述的事故處置規則:If 預警地點為運輸途中

And 物資理化性質達到Ⅲ級預警設置的閾值

And 不能正常運輸

And 汽油溫度偏高

Then 啟動汽油鐵路運輸Ⅲ級預警應急處置預案If 預警地點為運輸途中

And 事物資理化性質達到Ⅱ級預警設置的閾值

And 啟動汽油鐵路運輸Ⅲ級預警應急處置

預案

And 汽油溫度高Then 啟動汽油鐵路運輸Ⅱ級預警應急處置預案If 預警地點為運輸途中

And 事物資理化性質達到Ⅱ級預警設置的閾值

And 啟動汽油鐵路運輸Ⅲ級預警應急處置預案

And 汽油溫度過高

Then 啟動汽油鐵路運輸Ⅰ級預警應急處置預案

規則庫實質上是事故描述事實庫和應急處置措施及方法庫的映射關系，每對應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。規則庫是本系統能進行輔助決策的關鍵所在。

2.2.3 推理機設計

由知識庫的設計可以看出，按產生式規則設計的知識庫具有彈性，同時還具有修改和擴充方便、簡單易學等特點。但系統最終要完成輔助決策的功能，必須具有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。本系統采用正向推理方式進行結論的獲取。在特種裝備物資鐵路運輸預警事故中，根據對預警事故事實的描述，如果預警描述事實為真，并且在規則庫中存在相應規則，則取規則的Then 結論作為輔助決策方案或措施提供給決策者;如果規則庫中不存在相應的匹配規則或決策者對系統給出的輔助方案/措施不滿意，則推理機將預警事實特點分類并對相關特點進行權重劃分，然后按權重從高到低的原則，將這些特點與事實庫進行比較，按最大相似度原則獲取預警事故處理方式的集合(如圖4 所示)。

在系統運行中，首先通過接口接收特種裝備物資預警事故相關信息，信息通過知識庫系統進入事實庫和規則庫進行相關信息匹配，而后通過設計的推理機流程讀取規則庫中第1 條規則，并取出其中的If 條件部分與輸入的事故信息進行匹配，若匹配不成功，也即是事故信息不符合規則條件，則系統按順序讀取下一條規則并繼續取規則的If 部分匹配，直到事故信息與規則的If 條件匹配成功為止;最后，取出規則的Then 結論部分，在客戶端按應急處置措施/方案的形式輸出，整個推理過程結束。

從整個過程看出，事實上推理機就是針對特種裝備物資預警事故相關信息，去處理知識庫與規則庫關系的程序實現。其具體的推理過程如圖4 所示。

圖4 推理機設計

3 結 語

特種裝備物資鐵路運輸知識庫系統的設計研究，有助于特種裝備物資鐵路運輸向智能化方向發展，有助于特種裝備物資鐵路運輸安全技術方面的信息化建設，同時為課題的下一步研究和應用提供參考。

［1］ Efraim T.Decision Support System and Intelligent System［M］.Prentice Hall，2013.

［2］ Alavi M，Leidner D E. Knowledge management and knowledge management system［J］. Conceptual Foundations and Research Issue，2012，25(1):107-146.

［3］ 朱巖，肖勇波.21 世紀的決策支持系統［M］. 北京:清華大學出版社，2002.

［4］ 李東，蔡劍.決策支持系統與知識管理系統［M］.北京:中國人民大學出版社，2002.