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(yàn)方法和試驗(yàn)?zāi)Ｊ降淖兏铩８鶕?jù)以往靶場試驗(yàn)工作要求，試驗(yàn)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(yàn)管理，試驗(yàn)難度和復(fù)雜性都對管理工作造成很大影響。靶場試驗(yàn)對象復(fù)雜多變，試驗(yàn)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(yàn)資源的輔助決策系統(tǒng)。該系統(tǒng)對靶場實(shí)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(yàn)管理人員根據(jù)試驗(yàn)客戶的要求向系統(tǒng)輸入試驗(yàn)?zāi)康募跋鄳?yīng)要求，系統(tǒng)通過知識庫中的經(jīng)驗(yàn)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(yàn)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(shí)，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(yàn)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(shí)踐得到的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)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(yàn)基地長期從事靶場試驗(yàn)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(yàn)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(diǎn)。而且，知識的表示方法不同決定了選擇知識和運(yùn)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(yàn)知識，所以根據(jù)靶場試驗(yàn)資源的選擇知識的特點(diǎn)，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(yùn)算。
本系統(tǒng)中的一套規(guī)則如下：
gz000xx：If試驗(yàn)類型=SL1 and試驗(yàn)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(shí)推出新的事實(shí)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(yùn)用。知識的運(yùn)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(shí)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。