基于規(guī)則推理的靶場(chǎng)資源輔助決策系統(tǒng)

1 引言
??? 計(jì)算機(jī)技術(shù)正從單一的、機(jī)械的、算法性計(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，知識(shí)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(chǎng)是軍事攻防性能評(píng)估的重要場(chǎng)所，各種高新技術(shù)武器裝備投入使用必然會(huì)導(dǎo)致靶場(chǎng)試驗(yàn)方法和試驗(yàn)?zāi)Ｊ降淖兏?。根?jù)以往靶場(chǎng)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(duì)管理工作造成很大影響。靶場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)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(jì)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(zhēng)的要求，為各種高新技術(shù)武器提供各種先進(jìn)的測(cè)試手段，加快高新武器開發(fā)步伐，縮短研發(fā)周期，自動(dòng)、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(gè)適用于靶場(chǎng)試驗(yàn)資源的輔助決策系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)靶場(chǎng)實(shí)現(xiàn)高效化、自動(dòng)化、智能化的測(cè)控建設(shè)有著重要意義。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
??? 基于規(guī)則推理的靶場(chǎng)資源輔助決策系統(tǒng)是一個(gè)交互的、多模塊的、以推理系統(tǒng)為核心的計(jì)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(shí)庫中的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為推理依據(jù)，通過一定的計(jì)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(chǎng)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(jiǎn)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(chǔ)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(duì)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(shí)庫模塊
??? 知識(shí)庫模塊用于存儲(chǔ)與靶場(chǎng)試驗(yàn)領(lǐng)域相關(guān)的專家知識(shí)，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(shí)庫，就必須先解決知識(shí)獲取和知識(shí)表示問題。
??? (1)知識(shí)獲取問題是開發(fā)知識(shí)庫的瓶頸問題，也是開發(fā)過程中的最大挑戰(zhàn)。知識(shí)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(shí)體。知識(shí)的來源可以是書、報(bào)告或數(shù)據(jù)庫記錄。但是，大多數(shù)項(xiàng)目主要的知識(shí)來源就是領(lǐng)域?qū)＜摇膶＜耀@取知識(shí)不同于一般的知識(shí)獲取，稱為知識(shí)提取。該系統(tǒng)的知識(shí)庫模塊獲取知識(shí)的主要途徑，就是通過與某試驗(yàn)基地長(zhǎng)期從事靶場(chǎng)試驗(yàn)工作的領(lǐng)域?qū)＜覀兘涣魈接懀⑼ㄟ^學(xué)習(xí)研究具體試驗(yàn)案例來完成的。
??? (2)知識(shí)表示問題指如何用計(jì)算機(jī)能夠理解的形式表達(dá)和存儲(chǔ)知識(shí)的問題。它是一種用在推理系統(tǒng)的知識(shí)庫中對(duì)知識(shí)編碼的方法。在推理系統(tǒng)中，常用的知識(shí)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(shí)的表示方法不同決定了選擇知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)的方法不同。所以具體的知識(shí)表示方法要根據(jù)具體的知識(shí)形式來確定。
??? 本系統(tǒng)知識(shí)庫中知識(shí)表達(dá)是人類在一個(gè)特定領(lǐng)域的過程性知識(shí)，領(lǐng)域知識(shí)是擴(kuò)散型的，領(lǐng)域內(nèi)需要有大量的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，所以根據(jù)靶場(chǎng)試驗(yàn)資源的選擇知識(shí)的特點(diǎn)，以及考慮到知識(shí)的存儲(chǔ)和知識(shí)的使用，知識(shí)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(shí)，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(hào)。RIS可以是任何子句的邏輯組合，但RRS只是一個(gè)結(jié)論或操作，或是多個(gè)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(xiàng)目=SX1 then測(cè)試項(xiàng)目=CX1
??? gz000xx：If測(cè)試項(xiàng)目=CX1 then測(cè)試參數(shù)=CC1
??? gz000xx：If測(cè)試參數(shù)=CC1 then所用設(shè)備=xxxx1 andxxxx2
??? 本系統(tǒng)知識(shí)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(duì)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(gè)狀態(tài)下，如何控制知識(shí)的選擇和運(yùn)用。知識(shí)的運(yùn)用稱之為推理方式。知識(shí)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(shí)庫中已有的知識(shí)構(gòu)成的規(guī)則為基礎(chǔ)，是一種基于規(guī)則的推理。基于規(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(shí)庫中尋找匹配知識(shí)，形成一個(gè)當(dāng)前匹配知識(shí)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(jì)結(jié)果出現(xiàn)為止。
?由于系統(tǒng)事實(shí)明確，推理過程中所得到的中間結(jié)論較少且比較簡(jiǎn)單，其知識(shí)庫采用簡(jiǎn)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(gè)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(gè)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(shí)或目標(biāo)，并授予規(guī)則優(yōu)先級(jí)，然后執(zhí)行最高優(yōu)先級(jí)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(shí)，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(gè)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(gè)方面因素決定的。這5個(gè)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(gè)方面由系統(tǒng)的操作人員通過實(shí)際情況進(jìn)行評(píng)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(píng)分標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)實(shí)際情況自行修改調(diào)整，將年齡和工齡按自行修訂的評(píng)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(duì)推理結(jié)果的影響權(quán)重。
??? 根據(jù)系統(tǒng)的知識(shí)庫結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)的推理流程如圖5所示。

?

3 應(yīng)用實(shí)現(xiàn)
??? 圖6為該系統(tǒng)的軟件界面。
??? 選擇不同的試驗(yàn)類型，在試驗(yàn)項(xiàng)目欄里有不同備選的試驗(yàn)項(xiàng)目與其對(duì)應(yīng)。在知識(shí)庫管理框中，可以對(duì)知識(shí)庫進(jìn)行管理，當(dāng)試驗(yàn)類型、試驗(yàn)項(xiàng)目、測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試參數(shù)、所用設(shè)備和操作人員變動(dòng)時(shí)，軟件使用者可修改系統(tǒng)的知識(shí)庫，這也是知識(shí)庫模塊與推理模塊分離的最大優(yōu)點(diǎn)。
??? 當(dāng)選擇好試驗(yàn)類型和試驗(yàn)項(xiàng)目后，單擊確定按鈕系統(tǒng)就會(huì)在決策結(jié)果窗口顯示出本次試驗(yàn)的測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試參數(shù)、所用設(shè)備和每臺(tái)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(chǎng)試驗(yàn)的試驗(yàn)類型和試驗(yàn)項(xiàng)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(shí)現(xiàn)了靶場(chǎng)試驗(yàn)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(diǎn)，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(yàn)的周期，提高了靶場(chǎng)資源配備的效率和準(zhǔn)確性，因此具有重要的實(shí)用價(jià)值。