基于信息管理的辅助决策专家系统的研究

基于信息管理的辅助决策专家系统的研究

1领域知识：基于面向感官的应用飞机司机辅助系统（pa）是一个基于知识支持的智能系统，支持飞机司机进行航空操作计划。其主要功能是帮助驾驶员进行信息管理和飞行控制，处理日常例行事务并能以语音、文本或图形方式做出响应，使驾驶员的精力集中于关键性决策。PA的使用能大大减少驾驶员的工作负荷和提高飞机的生存率。一个飞机驾驶员辅助专家系统的功能有：系统状态评估、目标识别、态势威胁评估、战术作战决策制定、航迹控制等。这些功能决定了飞行任务规划系统领域的知识类型。飞机驾驶员辅助专家系统是一个涉及复杂知识处理的过程，决策时涉及的知识繁多，处理复杂；同时，系统对战场态势的响应又必须具有很高的实时性要求。实时性低下将导致决策的结果毫无意义，甚至造成灾难性的后果。随着面向对象技术的成熟与广泛应用，按照面向对象技术的方法，将知识组织成层次结构是一种较好的知识表示方法。面向对象系统分析所特有的分类与继承，为知识处理提供了重要的共享机制，同时面向对象设计所提供的模块化、健壮性、可重用性、可扩展、易理解等一系列优点也将得以体现。驾驶员辅助专家系统的领域知识很大一部分是关于各种飞行物的识别、飞行物的性能表述等方面的知识，这些知识都符合类层次的概念。因此，按照面向对象的方法来组织驾驶员辅助系统的知识是符合飞机飞行的实际领域知识的。但是，面向对象知识表示的一个重要的缺点是处理的时间开销大，搜索效率低下，这对实时性要求高的驾驶员辅助专家系统来说是一个致命的缺陷。为此，本文提出了一种以面向对象的黑板模型为总控调度的实时知识处理方法。2基于对象知识表示的模块化驾驶员辅助专家系统中一个主要的功能是识别出目标，并对其速度、航向、距离、威胁程度等进行标注。对于不明飞行物的识别完全可以根据类层次的概念进行组织，如图1所示：为了准确攻击目标，同时也为了提高自身的作战生存力，必须对每一类飞行物的性能有全面的知识，从而针对该飞行物性能实施最有效的打击。事实上，一种新型飞机或导弹的性能往往是通过在保持（继承）现有飞机或导弹特点的基础上，增加了一些新的功能来提高作战性能的。这与类层次的思想相符。因此，将具有共同属性的知识抽象为一个类（Class），而每一种飞机或导弹所特有的性能则可通过继承基类或派生出下一层的子类来获得。面向对象的特性能实现知识表示的高度模块化。基于面向对象知识表示的模型举例如下：对象描述：对象名：轰炸机类型：字符超类：运输机类型：字符属性：轰炸机的各种参数数据成员：据我机的距离、速度、航向、高度类型：数值知识函数成员：危险度等级类型：数值知识规则集：如果危险度等级为0，则执行简单动作；如果危险度等级为1，则进入简单空战模型；如果危险度等级为2，则进入复杂空战计算模型，并给出实施方案；为了提高飞机针对危险的实时决策的制定，这里对所发现的每一个目标都必须定义一个危险度等级，危险度等级是一个动态更新的数据，它来自于态势评定模块根据对不明飞行物对飞机的威胁程度所评定的值。3动态本构模型传统的黑板模型是一种高度结构化的机遇问题求解模型。但是，传统的黑板模型的控制部分采用集中控制的方式，强迫问题求解过程的串行化，使知识源无法并发执行，因此难以满足实时性要求高的飞行规划知识处理。采用面向对象的黑板模型，利用对象的消息传递控制方式来取代黑板模型的集中控制方式，可以弥补黑板模型的不足。这种改进的优点主要体现在两个方面：(1)取消了集中式控制机制，不必对庞大的黑板信息进行监视，使系统开销大大减少。(2)采用分散式控制方式，打破了传统黑板模型中限制知识源并发的条件，使知识源能通过消息进行同步和异步的协调，以并发的方式完成问题的求解。这种面向对象的黑板模型包括两部分：黑板和知识源。应用在驾驶员辅助决策系统中的面向对象的黑板模型的结构如图2所示。3.1特定知识的编码飞行作战中的知识源分为如下几种（见文献）：系统状态知识源、目标识别知识源、态势评定知识源、战术决策知识源和航迹控制知识源。每个知识源对应于求解某个子问题或子问题的特定知识。知识源的对象表示均采用面向对象的知识表示。知识源的规则采用典型的产生式系统，其形式为：if<前提>then<结论><动作><可信度a>。当<前提>满足时，得出<结论>或执行<动作>，其可信度为a。这些知识源不仅具有问题求解能力，还具有消息的接收和发送能力。知识源的表述如下：classK＿source{数据成员：知识源号、输入信息的黑板层次、输出信息的黑板层次、规则集、知识源激活标志函数成员：输入规则、查询规则、删除规则、修改规则、规则推理}3.2基于对象模型的司机辅助决策黑板仍然是一个全局数据库，可以划分成若干个层次代表对不同子问题的描述，如图3所示。知识源对象之间通过消息发生联系，不是以黑板为媒介联系，而是由消息管理器统一管理。一个知识源对象可以发消息请求另一个知识源对象做一定的动作，而该动作的结果是实施对黑板的操作。这种模型就是一组知识源对象共同作用于黑板，而这些知识源对象的激活是通过相互之间消息传递进行的。这样各知识源不必总是监控黑板，只接受和传输消息，消息之间的冲突由消息管理器解决，其解决方法是为每个消息建立一个优先级，优先级高的消息优先被传送和接受。图3所示是设计的基于面向对象黑板模型处理的驾驶员辅助决策系统实例处理流程。其中标识指示各块子黑板的激活状态，标识为布尔变量，默认1为激活，系统中目标识别黑板和态势评估黑板总是处于运行状态，一旦检测到威胁信息便激活相应的黑板，从而将产生的决策方案提交给驾驶员。4司机辅助决策面向对象的黑板模型由于采用了消息传递的方法，将传统黑板模型的集中控制方式改为分散式控制，不必对黑板进行监督，减少了系统的开销，提高了执行的并发性，使其处理的实时性大大提高。另外，由于在驾驶员辅助决策系统的黑板模型中采用了消息管理器的机制，消息管理器可以根据事件的危险程度对不同的消息计算其优先级，并根据其优先级进行排队、更新和删除。这一点对实时性要求高的驾驶员辅助系统是非常必要的，因为消息的传递随时间的改变其潜在的重要性也会改变。例如：当系统观察到一个飞行器接近并给驾驶员发出该通知时，其它消息的重要性也许保持为常量或随时间的增加而其优先级逐步减少。无论什么情况，每一个消息的优先级总是每隔一定时间周期进行重新计算。这样就可以保证最重要的消息总是优先执行，从而保证总是处理飞行过程中最紧急的问题，以满足决策中的实时性要求。5改进系统执行的合并性面向对象的知识表示可以解决规模较大，问题领域复杂的问题。而黑板