基于規(guī)則推理的靶場資源輔助決策系統(tǒng)

1 引言
計算機技術(shù)正從單一的、機械的、算法性計算機程序向復(fù)雜的、智能的、具有一定推理功能的軟件系統(tǒng)過渡。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，知識表示技術(shù)的日益成熟，推理機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。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。