基于規(guī)則推理的靶場資源輔助決策系統(tǒng)

1 引言
??? 計算機(jī)技術(shù)正從單一的、機(jī)械的、算法性計算機(jī)程序向復(fù)雜的、智能的、具有一定推理功能的軟件系統(tǒng)過渡。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，知識表示技術(shù)的日益成熟，推理機(jī)制的不斷完善為資源輔助決策系統(tǒng)的研究提供了可能。靶場是軍事攻防性能評估的重要場所，各種高新技術(shù)武器裝備投入使用必然會導(dǎo)致靶場試驗方法和試驗?zāi)Ｊ降淖兏?。根?jù)以往靶場試驗工作要求，試驗管理以人工完成為主，由于人工管理的隨機(jī)性和不確定性，以及隨著高遠(yuǎn)程彈藥的發(fā)展，管理的區(qū)域和范圍的擴(kuò)大，僅通過人工完成試驗管理，試驗難度和復(fù)雜性都對管理工作造成很大影響。靶場試驗對象復(fù)雜多變，試驗方法和目的也依據(jù)用戶的要求具有很大的不確定性，所以很多方案和決策不能通過固定公式確定，因此，不可能編寫固定的計算機(jī)程序算法解決方案和決策的制定問題。
??? 為適應(yīng)未來信息戰(zhàn)和電子戰(zhàn)等高新技術(shù)戰(zhàn)爭的要求，為各種高新技術(shù)武器提供各種先進(jìn)的測試手段，加快高新武器開發(fā)步伐，縮短研發(fā)周期，自動、高效的輔助決策支持系統(tǒng)的研究已迫在眉捷。通過基于規(guī)則推理輔助決策技術(shù)的研究，建立一個適用于靶場試驗資源的輔助決策系統(tǒng)。該系統(tǒng)對靶場實現(xiàn)高效化、自動化、智能化的測控建設(shè)有著重要意義。

2 系統(tǒng)設(shè)計
??? 基于規(guī)則推理的靶場資源輔助決策系統(tǒng)是一個交互的、多模塊的、以推理系統(tǒng)為核心的計算機(jī)軟件程序系統(tǒng)。輔助試驗管理人員根據(jù)試驗客戶的要求向系統(tǒng)輸入試驗?zāi)康募跋鄳?yīng)要求，系統(tǒng)通過知識庫中的經(jīng)驗數(shù)據(jù)作為推理依據(jù)，通過一定的計算方法和規(guī)則推理，快速輸出某次試驗所需的設(shè)備及參試人員?；谝?guī)則推理的靶場資源輔助決策系統(tǒng)的主要組成模塊如圖1所示。

2．1 接口模塊
??? 接口模塊又稱用戶界面，是用戶與程序系統(tǒng)之間的接口。該模塊的主要功能是完成人機(jī)交互，向用戶提供簡潔、易于操作的程序界面。使系統(tǒng)得到推理機(jī)所需的條件值，推理結(jié)束后并由接口模塊輸出結(jié)果。該模塊是用戶與輔助決策系統(tǒng)之間的通信機(jī)制。
2．2 綜合數(shù)據(jù)庫模塊
??? 綜合數(shù)據(jù)庫又稱全局?jǐn)?shù)據(jù)庫或總數(shù)據(jù)庫，該模塊用于存儲領(lǐng)域或問題的初始數(shù)據(jù)和推理中得到的中間數(shù)據(jù)及信息，即被處理對象的一些當(dāng)前事實，可以理解為是輔助決策系統(tǒng)的工作內(nèi)存。
2．3 知識庫模塊
??? 知識庫模塊用于存儲與靶場試驗領(lǐng)域相關(guān)的專家知識，包括參試設(shè)備的技術(shù)參數(shù)、參試人員的相關(guān)資料、實踐得到的經(jīng)驗數(shù)據(jù)及經(jīng)驗公式、可行操作與規(guī)則等。為建立知識庫，就必須先解決知識獲取和知識表示問題。
??? (1)知識獲取問題是開發(fā)知識庫的瓶頸問題，也是開發(fā)過程中的最大挑戰(zhàn)。知識獲取的目標(biāo)在于將可在推理系統(tǒng)中編碼的感興趣問題編成知識體。知識的來源可以是書、報告或數(shù)據(jù)庫記錄。但是，大多數(shù)項目主要的知識來源就是領(lǐng)域?qū)＜?。從專家獲取知識不同于一般的知識獲取，稱為知識提取。該系統(tǒng)的知識庫模塊獲取知識的主要途徑，就是通過與某試驗基地長期從事靶場試驗工作的領(lǐng)域?qū)＜覀兘涣魈接?，并通過學(xué)習(xí)研究具體試驗案例來完成的。
??? (2)知識表示問題指如何用計算機(jī)能夠理解的形式表達(dá)和存儲知識的問題。它是一種用在推理系統(tǒng)的知識庫中對知識編碼的方法。在推理系統(tǒng)中，常用的知識表示方法有產(chǎn)生式表示法、語義網(wǎng)表示法、模式表示法、框架表示法和邏輯表示法等。每種方法都有其各自的優(yōu)缺點。而且，知識的表示方法不同決定了選擇知識和運用知識的方法不同。所以具體的知識表示方法要根據(jù)具體的知識形式來確定。
??? 本系統(tǒng)知識庫中知識表達(dá)是人類在一個特定領(lǐng)域的過程性知識，領(lǐng)域知識是擴(kuò)散型的，領(lǐng)域內(nèi)需要有大量的經(jīng)驗知識，所以根據(jù)靶場試驗資源的選擇知識的特點，以及考慮到知識的存儲和知識的使用，知識庫采用產(chǎn)生式表示法。一條產(chǎn)生式規(guī)則是一條“if(某條件成立|某情形存在)then(某結(jié)論成立|某操作可取)”的語句投影，其一般形式為：
??? R#：IF RLS THEN RRS
??? 表示當(dāng)RLS為真時，RRS為成立的結(jié)論或可進(jìn)行的操作。R#為產(chǎn)生式規(guī)則在規(guī)則庫中的序號。RIS可以是任何子句的邏輯組合，但RRS只是一個結(jié)論或操作，或是多個結(jié)論或操作的組合。這種組合可以是合取或是析取，這里為避免規(guī)則解釋的二義性，規(guī)則的前提和結(jié)論都只是合取運算。
??? 本系統(tǒng)中的一套規(guī)則如下：
??? gz000xx：If試驗類型=SL1 and試驗項目=SX1 then測試項目=CX1
??? gz000xx：If測試項目=CX1 then測試參數(shù)=CC1
??? gz000xx：If測試參數(shù)=CC1 then所用設(shè)備=xxxx1 andxxxx2
??? 本系統(tǒng)知識庫分為條件表、結(jié)論表和操作人員配備表。條件表、結(jié)論表、操作人員配備表的結(jié)構(gòu)分別如圖2~圖4所示。圖4中，對某設(shè)備的熟練程度取百分制，即100為滿分，60為及格，60以下的人員不予以記錄在操作人員配備表中。

2．4 規(guī)則推理模塊
??? 推理是指從已有事實推出新的事實的過程。推理要解決的問題是：在問題求解的每個狀態(tài)下，如何控制知識的選擇和運用。知識的運用稱之為推理方式。知識的選擇過程稱之為控制策略，它是控制推理過程如何進(jìn)行以及在何種情況下采取何種推理方式的一套控制方法。
??? 本系統(tǒng)中，推理以知識庫中已有的知識構(gòu)成的規(guī)則為基礎(chǔ)，是一種基于規(guī)則的推理?；谝?guī)則的推理就是將初始證據(jù)與規(guī)則庫中的規(guī)則進(jìn)行匹配的推理技術(shù)。常用的推理方法有正向推理，反向推理和雙向推理。正向推理的思想是：用戶事先提供一組初始證據(jù)，并將其放入綜合數(shù)據(jù)庫；推理開始后，推理機(jī)根據(jù)用戶提供給綜合數(shù)據(jù)庫中的初始數(shù)據(jù)到知識庫中尋找匹配知識，形成一個當(dāng)前匹配知識集，然后按照沖突消解策略，將當(dāng)前事實加入到綜合數(shù)據(jù)庫中，繼續(xù)進(jìn)行后面的推理，重復(fù)此推理過程，直到設(shè)計結(jié)果出現(xiàn)為止。
?由于系統(tǒng)事實明確，推理過程中所得到的中間結(jié)論較少且比較簡單，其知識庫采用簡單的關(guān)系數(shù)據(jù)庫構(gòu)造，因此采用正向推理方式。規(guī)則推理模塊是輔助決策系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也是整個系統(tǒng)的核心模塊。它用于記憶所采用的規(guī)則和控制策略的程序，使整個軟件系統(tǒng)能夠以邏輯方式協(xié)調(diào)的工作。它通過決定哪些規(guī)則滿足事實或目標(biāo)，并授予規(guī)則優(yōu)先級，然后執(zhí)行最高優(yōu)先級規(guī)則來進(jìn)行推理。
??? 當(dāng)綜合數(shù)據(jù)庫中得到結(jié)論“所用設(shè)備”一步時，由“所用設(shè)備”在操作人員配備表中匹配選擇可信度D值最大的兩個為備選人員，并輸出到?jīng)Q策窗口。其中可信度D由通過操作人員配備表中的年齡分、熟練程度、工齡分、組織能力、工作態(tài)度5個方面因素決定的。這5個方面因素以百分制量化，其中熟練程度、組織能力、工作態(tài)度3個方面由系統(tǒng)的操作人員通過實際情況進(jìn)行評分，在操作人員配備表中直接輸入各方面所得的分?jǐn)?shù)。年齡分與工齡分的評分標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)實際情況自行修改調(diào)整，將年齡和工齡按自行修訂的評分標(biāo)準(zhǔn)生成百分制形式輸入到操作人員配備表中。
??? 將與“所用設(shè)備”匹配的操作人員的這5方面所得分?jǐn)?shù)取均值μ及方差σ。均值μ反映該操作人員的整體水平，方差σ反映該操作人員的各方面因素的平衡性，選用的操作人員應(yīng)整體水平很高，并且各方面因素都比較平衡。根據(jù)以上因素，可信度D的公式為：
??? D=μ-kσ (3)
式中，k為平衡權(quán)重系數(shù)，k的取值反映了操作人員各方面因素的平衡對推理結(jié)果的影響權(quán)重。
??? 根據(jù)系統(tǒng)的知識庫結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)的推理流程如圖5所示。

?

3 應(yīng)用實現(xiàn)
??? 圖6為該系統(tǒng)的軟件界面。
??? 選擇不同的試驗類型，在試驗項目欄里有不同備選的試驗項目與其對應(yīng)。在知識庫管理框中，可以對知識庫進(jìn)行管理，當(dāng)試驗類型、試驗項目、測試項目、測試參數(shù)、所用設(shè)備和操作人員變動時，軟件使用者可修改系統(tǒng)的知識庫，這也是知識庫模塊與推理模塊分離的最大優(yōu)點。
??? 當(dāng)選擇好試驗類型和試驗項目后，單擊確定按鈕系統(tǒng)就會在決策結(jié)果窗口顯示出本次試驗的測試項目、測試參數(shù)、所用設(shè)備和每臺設(shè)備兩名候選的操作人員及其基本情況。

4 結(jié)論
??? 根據(jù)靶場試驗的試驗類型和試驗項目，利用基于規(guī)則的推理方式，建立以產(chǎn)生式規(guī)則為基礎(chǔ)的規(guī)則庫，采用Visual basicl．net 2008和Access 2003技術(shù)，實現(xiàn)了靶場試驗的設(shè)備資源與人力資源的輔助決策。該輔助決策系統(tǒng)具有準(zhǔn)確、快速、方便的特點，省去了大量翻閱資料的麻煩，避免了人工選擇中的隨機(jī)性和不確定性，縮短了武器試驗的周期，提高了靶場資源配備的效率和準(zhǔn)確性，因此具有重要的實用價值。