基于物聯網技術的軍用危險貨物鐵路運輸知識庫系統設計

王 飛，鮑平鑫，陳 聯

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

近年來，隨著部隊信息化建設地不斷發展，對鐵路運輸系統的綜合保障能力提出了更高的要求。尤其是通過鐵路運輸的物資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。通過運用環境成分識別、視頻監控、全球定位、預警等物聯網技術，對軍用危險貨物鐵路運輸環境和軍用危險貨物狀態進行監測和事故預警，并根據軍用危險貨物鐵路運輸知識庫系統存儲的專業理論知識和推理功能對監測數據和預警事故信息進行推理，及時生成應急預案，供決策者采取有效措施預防事故的發生。本文對軍用危險貨物鐵路運輸知識庫系統進行總體設計，對知識庫和推理機進行詳細設計研究，為進一步研究和應用提供參考。

1 知識庫系統的總體設計

知識庫系統接收到通過物聯網技術監測到的數據、預警事故和軍用危險貨物的相關信息，確定軍用危險貨物狀態，然后根據數據庫中存儲的相關準則進行推理分析，并擬定預案，最終生成相應預案。同時繼續接收預警、事故信息，不斷對預案進行修正，為決策者提供實時參考。

該系統由知識庫管理系統、知識庫和推理機3部分組成。知識庫管理系統主要對知識庫和推理機進行維護管理的系統;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定的規則庫組成;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。

2 知識庫的設計

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、整理和提?。?］。知識庫中的知識源于領域專家，它是問題求解所需要的領域知識的集合，包括基本事實、規則和其他有關信息。本系統知識庫包含對軍用危險貨物鐵路運輸事故描述的事實庫和事故處置規定的規則庫。

2.1 事實庫

對軍用危險貨物鐵路運輸通過物聯網技術監測到的數據和接收到的預警、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。此時可以利用數學中的微分方法，將一起事故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，也即以知識表示的方法將有關軍用危險貨物預警、事故應急處置的知識表示出來。事實庫由2 部分組成，分別為預警事故事實描述庫和預警事故應急處置方法庫。

預警事故事實描述庫的設計如圖1 所示。利用物聯網技術監測到的數據，通過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。

圖1 預警事故描述庫設計

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

圖2 應急處置方法庫設計

2.2 規則庫

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(Production Rules)表示法、謂詞邏輯(Predicate Calculus)表示法、語義網絡(Semantic Networks )表示法、框架(Frames)表示法、本體(Ontology)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］。其語法表現形式為

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軍用危險貨物鐵路運輸預警、事故知識時，按預警、事故處置措施構造輔助決策規則庫。以運送炮彈為例，規則具體詳情見表1。

表1 運送炮彈規則描述

規則庫中存放著諸如如下的事故處置規則:If 預警地點為運輸途中，運送炮彈;

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 車廂溫度偏高;

一種巨大的優越感終于使我反應了過來，我輕輕地笑了一下，恰到好處地表達了我的輕蔑和不屑，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級預警應急處置預案。

If 預警地點為運輸途中，運輸炮彈;

And 物資理化性質達到Ⅱ級預警設置的閾值;

And 啟動車廂溫度鐵路運輸Ⅲ級預警應急處置預案;

And 車廂溫度高;

Then 啟動車廂溫度鐵路運輸Ⅱ級預警應急處置預案。

If 預警地點為運輸途中，運送炮彈;

And 物資理化性質達到Ⅱ級預警設置的閾值;

And 啟動車廂溫度鐵路運輸Ⅲ級預警應急處置預案;

And 車廂溫度過高;

Then 啟動車廂溫度鐵路運輸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。規則庫是系統能進行輔助決策的關鍵所在。

3 推理機的設計

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。本系統采用正向推理方式。在軍用危險貨物鐵路運輸預警中，根據對預警事實的描述，如果預警描述事實A 為真，并且在規則庫中存在相應規則“If A 為真Then B”，則取規則的結論B 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或措施不滿意，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3 所示)。

在系統運行中，首先通過接口接收軍用危險貨物預警事故相關信息，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;而后通過推理機流程讀取規則庫中第一條規則，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，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。

圖3 推理機設計

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網技術監測到的數據和接收的預警、事故信息，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3 所示。

4 結 語

運用物聯網技術監測軍用危險貨物鐵路運輸狀態的知識庫系統的設計研究，有助于軍用危險貨物鐵路運輸向智能化方向發展，有助于軍用危險貨物鐵路運輸安全技術信息化建設的進一步發展，為下一步的研究和應用提供參考。

［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［D］.北京:北京化工大學，2012:35-40.

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

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

［4］ 崔磊.交互式開放語義知識庫構建方法研究［D］. 哈爾濱:哈爾濱工業大學，2009:9-14.