特种装备物资铁路运输知识库系统设计

鲍平鑫，王 飞，宁伟宇

(1.军事交通学院 联合投送系，天津300161;2.军事交通学院 研究生管理大队，

天津300161;3.军事交通学院 学员旅，天津300161)

近年来，随着部队信息化建设的不断发展，特种装备物资层出不穷，对铁路运输系统的综合保障能力提出了更高的要求。尤其是铁路运输中大量的超限装备、危险品等运输，由于尺寸超限和理化性质复杂，对运输安全的要求更高。通过运用环境成分识别、视频监控、全球定位、预警等技术对特种装备物资铁路运输环境及自身状态进行检测和事故预警，并根据特种装备物资铁路运输知识库系统的专业理论知识和推理功能对检测数据参数和信息进行推理，及时生成相应预案，供决策者采取有效措施，预防事故的发生。本文运用知识库系统设计的相关理论知识，对特种装备物资铁路运输知识库系统进行设计研究，提出设计思路和方法。

1 相关概念

(1)特种运输。是指为遂行多样化军事任务所组织的人员、装备和物资运输。

(2)特种装备物资。指特种运输中需要重点监控的对象，主要包括对运输时限和运输安全有特殊要求的装备物资，如具有爆炸、易燃、毒害、放射性和腐蚀性的危险货物，规格或重量超长、超高、超宽、集重的装备器材，以及其他精密仪器和贵重物品等。

2 知识库系统的总体设计

知识库系统由知识库管理系统、知识库和推理机3 个部分组成。该系统接收预警、事故和特种装备物资的相关信息，确定特种装备物资，然后根据数据库中存储的相关准则进行推理分析、拟定预案，最终生成相应预案。同时接收预警、事故信息，根据知识库存储的相关理论知识和准则进行再推理、拟定预案，最后生成预案，可为决策者提供参考(如图1 所示)。

2.1 知识库管理系统

知识库管理系统，又称数字资产管理系统，主要是用来管理常用的一些知识文档、图纸、视频和音频等信息内容。

随着信息化进程和课题要求，知识库系统管理的安全、有序是知识库系统设计的主要依托。对特种装备物资数据、规则、应急处置预案等大量数据和知识管理的过程中，需要解决知识存储、管理困难，数据查找缓慢，知识库管理混乱，知识库安全缺乏保障，知识库无法协作共享等问题。所以知识库管理系统的运用是建立完善、可靠、安全的特种装备物资铁路运输知识库系统不可或缺的软件工具。知识库管理系统功能包括集中存储、全文搜索、文档编辑、Office 集成、锁定保护、规则应用、权限管理等。

图1 特种装备物资铁路运输知识库系统流程

2.2 知识库设计

知识库是用于知识管理的一种特殊数据库，以便于有关领域知识的采集、整理以及提取［1］。知识库中的知识源于领域专家，它是问题求解所需要领域知识的集合，包括基本事实、规则和其他有关信息。本系统知识库包含对特种装备物资铁路运输事故描述的事实库和事故处置规定的规则库。

2.2.1 事实库

对特种装备物资铁路运输预警、事故进行描述时，不可能使用单一的表现形式将事故的全部信息表现出来。可以利用数学中的微分思想，将应急事件分解成许多相互关联的元素，分别对这些元素进行描述，这样就可将复杂问题简单化。同时将有关应急处置的关键因素和关键点进行规范化，使决策者更加准确了解预警事故的本质。在本文中，将预警、事故看成由货车主体、装备物资主体、天气状况、理化性质参数、预警事故特征、预警等级、事故等级等多部分组成。对每一部分再进行分解描述，尤其是影响处置方式及处置效果的因素，力争反映从事故开始到应急处置结束的全过程，也即是以知识表示的方法将有关特种装备物资预警事故应急处置的知识表示出来。事实库由预警事故事实描述库(如图2 所示)和预警事故应急处置方法库(如图3 所示)2 个部分组成。

图2 预警事故事实描述库设计

对预警事故事实描述的目的是全面掌握预警事故信息，然后以此为依据制定符合实际情况的应急处置措施。针对上述的预警事故事实描述，本文对相关处理方法与处理措施进行整理，设计出符合实际情况的应急处置方法库，其中存储了针对特种装备物资预警、事故的应急处置程序及方法，包括接收到预警、事故信息的特种装备物资的确定、启动应急等级、调度部门、应急指挥部门、预警事故处置措施等。

预警事故事实描述库和应急处置方法库共同构成特种装备物资预警、事故事实库，这是知识库的基础数据核心。

2.2.2 规则库

要完成知识表示的目标，还需规则库的支撑。知识表示是对我们所处的现实世界中不规则知识进行计算机表示的一种方式，是知识处理中一个最基本的问题。通过知识表示，相关领域知识成为共享的显性知识被计算机存储、识别和运用，并最终辅助人们解决现实世界中的问题［2］。知识表示的好坏直接影响辅助决策系统处理问题的能力和效率，因此，需要对不同领域的知识采用合适的知识表示方法和技术。

图3 应急处置方法库设计

目前知识库系统开发中常用的知识表示方法/技术有产生式规则表示法、谓词逻辑表示法、语义网络表示法、框架表示法、本体表示法等［3］。本系统采用在各种知识库系统中使用最广泛的产生式规则表示法。

产生式规则表示法的实质是把专家所具有的庞大的领域专业知识体系分解成知识的最小单元，然后构造成具有因果关系的推理形式，最终形成一条条根据什么条件而应当采取什么措施，或得出什么结论的规则［4］。由于产生式规则与命题逻辑、一阶谓词逻辑等有紧密的联系，其语法结构很接近人类思考问题的方式，因此可以很容易地表示现实世界的许多通用知识，也很容易利用这些知识片段来进行推理［5］。在用产生式规则表示本文的特种装备物资铁路运输预警事故知识时，按预警、事故处置措施构造辅助决策规则库，规则描述见表1。

表1 规则描述

表1 中，规则库中存放着诸如下所述的事故处置规则:If 预警地点为运输途中

And 物资理化性质达到Ⅲ级预警设置的阈值

And 不能正常运输

And 汽油温度偏高

Then 启动汽油铁路运输Ⅲ级预警应急处置预案If 预警地点为运输途中

And 事物资理化性质达到Ⅱ级预警设置的阈值

And 启动汽油铁路运输Ⅲ级预警应急处置

预案

And 汽油温度高Then 启动汽油铁路运输Ⅱ级预警应急处置预案If 预警地点为运输途中

And 事物资理化性质达到Ⅱ级预警设置的阈值

And 启动汽油铁路运输Ⅲ级预警应急处置预案

And 汽油温度过高

Then 启动汽油铁路运输Ⅰ级预警应急处置预案

规则库实质上是事故描述事实库和应急处置措施及方法库的映射关系，每对应单个事实描述或多个事实描述的组合就给出一个针对该情况的具体处置措施或处置方法。规则库是本系统能进行辅助决策的关键所在。

2.2.3 推理机设计

由知识库的设计可以看出，按产生式规则设计的知识库具有弹性，同时还具有修改和扩充方便、简单易学等特点。但系统最终要完成辅助决策的功能，必须具有利用推理机来模拟人类专家处理知识和利用知识解决问题的能力。

推理机的推理过程分正向推理和逆向推理。本系统采用正向推理方式进行结论的获取。在特种装备物资铁路运输预警事故中，根据对预警事故事实的描述，如果预警描述事实为真，并且在规则库中存在相应规则，则取规则的Then 结论作为辅助决策方案或措施提供给决策者;如果规则库中不存在相应的匹配规则或决策者对系统给出的辅助方案/措施不满意，则推理机将预警事实特点分类并对相关特点进行权重划分，然后按权重从高到低的原则，将这些特点与事实库进行比较，按最大相似度原则获取预警事故处理方式的集合(如图4 所示)。

在系统运行中，首先通过接口接收特种装备物资预警事故相关信息，信息通过知识库系统进入事实库和规则库进行相关信息匹配，而后通过设计的推理机流程读取规则库中第1 条规则，并取出其中的If 条件部分与输入的事故信息进行匹配，若匹配不成功，也即是事故信息不符合规则条件，则系统按顺序读取下一条规则并继续取规则的If 部分匹配，直到事故信息与规则的If 条件匹配成功为止;最后，取出规则的Then 结论部分，在客户端按应急处置措施/方案的形式输出，整个推理过程结束。

从整个过程看出，事实上推理机就是针对特种装备物资预警事故相关信息，去处理知识库与规则库关系的程序实现。其具体的推理过程如图4 所示。

图4 推理机设计

3 结 语

特种装备物资铁路运输知识库系统的设计研究，有助于特种装备物资铁路运输向智能化方向发展，有助于特种装备物资铁路运输安全技术方面的信息化建设，同时为课题的下一步研究和应用提供参考。

［1］ Efraim T.Decision Support System and Intelligent System［M］.Prentice Hall，2013.

［2］ Alavi M，Leidner D E. Knowledge management and knowledge management system［J］. Conceptual Foundations and Research Issue，2012，25(1):107-146.

［3］ 朱岩，肖勇波.21 世纪的决策支持系统［M］. 北京:清华大学出版社，2002.

［4］ 李东，蔡剑.决策支持系统与知识管理系统［M］.北京:中国人民大学出版社，2002.