基于規(guī)則推理的靶場資源輔助決策系統(tǒng)

1 引言
??? 計算機技術正從單一的、機械的、算法性計算機程序向復雜的、智能的、具有一定推理功能的軟件系統(tǒng)過渡。隨著計算機技術的發(fā)展，知識表示技術的日益成熟，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，各種高新技術武器裝備投入使用必然會導致靶場試驗方法和試驗模式的變革。根據(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，試驗難度和復雜性都對管理工作造成很大影響。靶場試驗對象復雜多變，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。
??? 為適應未來信息戰(zhàn)和電子戰(zhàn)等高新技術戰(zhàn)爭的要求，為各種高新技術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、智能化的測控建設有著重要意義。

2 系統(tǒng)設計
??? 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)輸入試驗目的及相應要求，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備及參試人員。基于規(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，推理結束后并由接口模塊輸出結果。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)庫又稱全局數(shù)據(jù)庫或總數(shù)據(jù)庫，該模塊用于存儲領域或問題的初始數(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前事實，可以理解為是輔助決策系統(tǒng)的工作內存。
2．3 知識庫模塊
??? 知識庫模塊用于存儲與靶場試驗領域相關的專家知識，包括參試設備的技術參數(shù)、參試人員的相關資料、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域專家。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域專家們交流探討，并通過學習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)知識庫中知識表達是人類在一個特定領域的過程性知識，領域知識是擴散型的，領域內需要有大量的經(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RLS為真時，RRS為成立的結論或可進行的操作。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只是一個結論或操作，或是多個結論或操作的組合。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所用設備=xxxx1 andxxxx2
??? 本系統(tǒng)知識庫分為條件表、結論表和操作人員配備表。條件表、結論表、操作人員配備表的結構分別如圖2~圖4所示。圖4中，對某設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成的規(guī)則為基礎，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。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，形成一個當前匹配知識集，然后按照沖突消解策略，將當前事實加入到綜合數(shù)據(jù)庫中，繼續(xù)進行后面的推理，重復此推理過程，直到設計結果出現(xiàn)為止。
?由于系統(tǒng)事實明確，推理過程中所得到的中間結論較少且比較簡單，其知識庫采用簡單的關系數(shù)據(jù)庫構造，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)行機構，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)調的工作。它通過決定哪些規(guī)則滿足事實或目標，并授予規(guī)則優(yōu)先級，然后執(zhí)行最高優(yōu)先級規(guī)則來進行推理。
??? 當綜合數(shù)據(jù)庫中得到結論“所用設備”一步時，由“所用設備”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行評分，在操作人員配備表中直接輸入各方面所得的分數(shù)。年齡分與工齡分的評分標準根據(jù)實際情況自行修改調整，將年齡和工齡按自行修訂的評分標準生成百分制形式輸入到操作人員配備表中。
??? 將與“所用設備”匹配的操作人員的這5方面所得分數(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果的影響權重。
??? 根據(jù)系統(tǒng)的知識庫結構，本系統(tǒng)的推理流程如圖5所示。

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3 應用實現(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。在知識庫管理框中，可以對知識庫進行管理，當試驗類型、試驗項目、測試項目、測試參數(shù)、所用設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)就會在決策結果窗口顯示出本次試驗的測試項目、測試參數(shù)、所用設備和每臺設備兩名候選的操作人員及其基本情況。

4 結論
??? 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)則為基礎的規(guī)則庫，采用Visual basicl．net 2008和Access 2003技術，實現(xiàn)了靶場試驗的設備資源與人力資源的輔助決策。該輔助決策系統(tǒng)具有準確、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確性，因此具有重要的實用價值。