（电力系统及其自动化专业论文）智能型操作票专家系统的研究与设计.pdf

西华大学硕士学位论文 二、提供方便快捷的录入编辑工具，减轻运行人员的劳动强度，使得操作 票的生成方便、专业、标准、规范，票面美观。 三、痕迹保留技术和流程控制改变了过去人工编制操作票责任不能精确到 人的问题。为操作票编制考核提供了手段，从而进一步提高使用人员的 责任心，进而提升电力系统安全运行水平。 四、统计工具的开发便于管理水平的提高。可以精确管理变电站的操作效 率，了解操作员工作状况，历史操作过程等。 五、用户的分级管理，责权分明，通过操作权限的划分，对用户进行分级 管理，保证系统的安全性。 六、通过与s c a d a 系统的连接，利用s c a d a 数据库里的实时数据来提供本 系统的设备状态，保证了系统的设备状态与现场一致。 关键字：专家系统网络模型s c a d a 系统电气倒闸操作票多智能体 n 西华大学硕士学位论文 t h er e s e a r c ha n d d e v e l o p o f e x p e r ts y s t e m f o r i n t e l l i g e n to p e r a t i o no r d e r e l e c t r i cp o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n p o s t g r a d u a t e ：z h e n gx i a o b os u p e r v i s o r ：w a n gh a i b i n s w i t c h i n go p e r a t i o n o r d e ri s a g o o dm e t h o d t h a ta v o i d st h e m i s o p e r a t i o n n o w , o p e r a t i o no i d e rs y s t e mc a nd e a lw i t hs o m es i m p l ef a u l t s ，b u t ，m o s t o fc o m p l e xm i s s i o n sw e r es e t t l e db ym o d i f i dm o d e lo rh i s t o r i c a lo p e r a t i o no r d e r t h ea c t u a l i z e do f i n t e l l i g e n t o r d e ri sd i f f i c u l ta st h e c o m p l e x r u l e so f s w i t c h i n g p o w d e rs y s t e mi sd e v e l o p i n g ，m n n a b l ea n dm a n i p u l a t i v es t y l ei sa l s o c h a n g e a b l e t h ek n o w l e d g ed a t ao fe x p e r ts y s t e mn e e d sc o n t i n u a lr e n e w a l ，t h e r e o r e ， t h e d i f f i c u l t yo f i t su n i v e r s a l i t ya n dm a i n t e n a n c ei si n c r e a s e d a st h e s w i t c h i n g o p e r a t i o no r d e rs y s t e mi s l e s sc o n n e c t i o nw i t h s u p e r v i s o r yc o n t r o la n d d a t a a c q u i s i t i o ns y s t e m ，r e a l t i m es e c u r i t yv e r i f i c a t i o nh a v eb e e nc o n s i d e r e df o rl e s , si n t h ep a s t m o s to ft h ee x i s t i n gs w i t c h i n go p e r a t i o no r d e rs y s t e mi st h eo f f - l i n ea n d i n d i v i d u a la g e n t ，l a c k so fi n t e l l i g e n c e 、r e a l t i m e 、u n i v e r s a l i t y 、m a i n t a i n a b i l i t ya n d s e c u r i t yv e r i f i c a t i o n t h ed e s i g nb a s e do nh i e r a r c h yn e t w o r km o d e la n dm a i n t a i n a b l e d y n a m i cr u l e st e m p l a t ei no r d e rt oi m p r o v et h eu n i v e r s a l i t ya n dm a i n t a i n a b i l t yo f e x p e r ts y s t e m r e s e a r c h e dr e a l t i m ed a t as h a r i n go p t i m i z a t i o np r o g r a mb e t w e e n s c a d aa n de x p e r ts y s t e m d e s i g n e da n da c h i e v e dt h es w i t c h i n go p e r a t i o no r d e r e x p e r ts y s t e mb a s e do nm u l t i a g e n ta n dd e v e l o p e db yt h ea p p l i e dd a t a b a s es q l s e r v e ra n dt h eo b j e c t o r i e n t e dl a n g u a g ed e l p h i t h ed i s t i n g u i s h i n gf e a t u r e so ft h e s y s t e ma r ef o l l o w i n g ： 1 t h e s y s t e md e v e l o p e db yt h ea p p l i e dd a t a b a s ea n dt h eo b j e c t o r i e n t e d p r o g r a m m i n gt e c h n o l o g y t h ed e s i g no fk n o w l e d g ed a t ab a s e do no p e r a t i o n a l i l l 西华人学硕士学位论文 r o l e s t h em a i n t e n a n c et e m p l e to f d a t aw a sf o u n d a t i o na n da v a i l a b l e m a n a g e m e n tw a sp r o v i d e d 2 e f f e c t u a l e d i t i n gt o o ld e c r e a s e si n t e n s i t yo fo p e r a t o ra n df a c i l i t a t e st h e f o r m a t i o no f c o n v e n i e n c e ，s p e c i a l i t y , s t a n d a r d s ，n o r n l s ，p r e t t i n e s s 3 t h et r a c er e s e r v a t i o nt e c h n o l o g ya n dt h ec o n t r o lo ff l o wi sa p p l i e di nt h i s s y s t e m m e a s u r e so fe x a m i n i n ga r ep r o v i d e d ，t h ep e o p l e sr e s p o n s i b i l i t ya n d t h es a f el e v e lo fp o w e ra t ea d v a n c e d 4 t h et a t i s t i c a lt o o l sw c r cd e v e l o p e d 。i tc o n d u c et oa d v a n c et h el e v e lo f m a n a g e m e n ta n do p e r a t i o ne f f i c i e n c y 5 u s e r sa r e g r a d e da c c o r d i n gt ot h e i rf u n c t i o n ，t h e r e f o r e ，t h es y s t e ms a f e o p e r a t i o nw a se n s u r e d 6 t h es y s t e mp r o v i d e sr e a l - t i m ed a t ab yc o n n e c t i n gw i t hs c a d a s y s t e m k e yw o r d s ：e x p e r ts y s t e m ；n e t w o r km o d e l ；s u p e r v i s o r yc o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n s y s t e m ；s w i t c h i n go p e r a t i o no r d e r ；m u l t i - a g e n t i v 西华大学硕士学位论文 1 前言 i i 目前国内操作票专家系统的概况 电气操作票制度是我国电力系统运行管理中一种防止误操作的有效安全措 施。目前现有运行的操作票系统能够对一些典型票进行推理而自动生成，但对 于复杂的操作任务大多是“以机代笔”，或者对典型历史票进行修改。虽然有大 量研究力图解决这个难题，但由于操作规则的多样性和易变性，使智能地生成 操作票受到很大制约。电力系统是在不断地发展，其系统的网络结构及其运行 方式都将会不断地变化，急需进行网络重构，操作方式也将会发生变化，这样， 专家系统的知识库也要不断的更新，使其通用性和维护性增加了难度。另外， 由于过去的操作票系统较少跟实时运行的监控系统连接，因此很少考虑到实时 的安全校核分析。 ， 目前，国内的华北电力大学、珠海共创、北京四方、珠海优特等单位都在 开发“操作票专家系统”，在国内市场占有一定产品份额，湖南、江苏等电力 系统也都在使用自己开发的系统。国内“操作票专家系统”产品绝大多数是单 站版的，其产品均采用v i s u a lc + + 和m i c r o s o f ta c c e s s 2 为开发工具，利用面 向对象的编程技术实现不足之处，主要表现为： 一、系统通用性差，扩充维护困难。 这些软件大多是各单位针对自身的技术特点开发的，自然无法将其移植到 其他单位。 二、操作规则固化，缺乏灵活性 电力系统运行遵守一定的操作规则，开发软件时要充分考虑这些规则。规 则设置这项功能应留给用户( 即实际运行单位) 来完成才比较合理。 三、专家系统缺乏学习功能，无法兼顾人员的培训。 操作人员在日常运行中所积累的宝贵经验应作为专家系统推理判断的依据 之一。专家系统若无学习功能，则随着实际运行方式的改变，所开出来的票就 不一定完全符合实际情况，容易造成失误。从另一个角度看，长期以固定方式 自动开票，也容易造成运行人员操作技能的退化。 西华大学硕士学位论文 1 2 智能型操作票专家系统研究的意义和必要性 目前，国内普遍采用手工修改、编辑典型票的方法来形成可以执行的操作 票。“智能型操作票专家系统研究的意义和必要性在于： 一、实现科学、智能、准确、完整的电气操作票撰写，降低因错开操作票而发 生的误操作或漏操作事故，提高电力安全运行水平。 众所周知，电力系统运行设备的操作是一项复杂、繁琐又重要的工作，电 网结构相当复杂，线路的增、删司空见惯，调度管辖设备单元数以千计，而且 大部分都涉及对2 2 0 k v ，l l o k v 和3 5 k v 变电站的综合调度操作，因此要求运行 操作人员具有丰富的运行经验，大脑中时刻装着整个系统的运行情况，根据运 行方式和实际运行情况来编写操作票。另外，操作票的书写要求非常严格，字 迹要清楚，不允许有错字、漏字，运行人员在编写操作票时有很大的负担和压 力，由于在每次开票时都需要运行人员修改、编辑典型票，这是相当繁琐的， 即使是最有经验的操作人员手工编写操作票也会造成开票错误而引发事故，本 项目采用面向对象的专家系统推理机制，运行人员只需对计算机下达操作任务 命令，系统就会自动开出正确、完整、规范的电气操作票，并将操作票撰写上 的主观随意性、不规范性统一到科学、规范的轨道上来，克服人脑的主观片面 性。 二、大大降低运行人员脑力劳动强度，显著提高运行人员的工作效率。 国内的电力系统每年都需进行春检，这期间工作量非常大，运行一个班几 个人在有限的时间内要完成手工填写大量的操作票，而开出的操作票又要达到 标准化和1 0 0 的准确率是很不容易的，有时候甚至影响到了检修和运行的正常 工作进度，本系统研发的操作票专家系统界面友好，操作票填写模板与手工填 写的纸制操作票一致，因此，只需对运行人员进行简单的微机操作培训，就可 以使他们摆脱十分费时费力的繁琐脑力劳动，工作效率也能得到明显提高。 三、实现了实时的状态数据共享，保证了安全审核分析及时性、准确性。 由于过去的操作票系统较少跟实时运行的监控系统连接，因此很少考虑到 实时的安全校核分析。本系统通过多智能体( m a s ) 和s c a d a 系统与子站实时进 行数据交换和分析，来检测电力系统的实时运行情况，并建立了用户可维护的 知识库、规则库、逻辑库和术语库等，用户在网络拓扑图上点击生成操作票后 2 西华大学硕士学位论文 智能地在与通过s c a d a 系统连接的模拟演示模块上进行模拟，通过后，将模拟 操作正确序列步骤项显示出来，并提示可以进行现场操作，解决了安全校核由 于数据不及时所带来的误操。 1 3 面向对象技术及其在电力系统中的应用拍儿删 1 3 1 面向对象的技术的特点 进入9 0 年代后，面向对象方法( o b j e c to r i e n t e dm e t h o d ，简称o o m ) 成为 研究的热点，面向对象技术得到广泛的应用。由于0 0 m 在分析问题时提供了还 原客观世界本来面目的“对象”概念，使软件设计尽可能反映人们所面对的现 实世界中的那一部分，有助于软件对所描述事物的全面把握和人们对软件的理 解，使系统的求解空间与现实问题空间尽可能一致和直接模拟。客观世界中的 对象既有独特或共同的静态属性，也有动态行为，因此o o m 中的对象是含有数 据以及对数据如何操作的模块，它含有传统程序语言中的数字、字符串、数组 和记录等数据类型，也含有对数据进行操作的函数、指令、予例程。o o m 与传 统的程序设计方法截然不同，它把数据与方法封装在一起，统一描述事物的属性 和行为，每个对象都是独立的、自治的，因而从实质上突出了软件模块化特性。 对象之间的交互通过消息传递得以实现。o o m 的继承机制可显著地提高软件的 可重用性与有效性，它把具有相同外部特性和内部实现的对象构成一个类，类 与类之间可以具有继承性( 单一继承或多继承) ，子类自动继承父类的部分或全 部特性，同时具有自己的属性与方法，类的层次或树状组织构成了面向对象系 统的基础。面向对象的程序设计一般包括三个概念：封装性、多态性、继承性。 一封装性 。 封装是连接代码和数据的机制，它可以屏蔽外部的干扰和误操作。进一步 说，它准许建立一个对象，该对象是既包括数据又包括处理该数据的代码的逻 辑实体。在一个对象里，一些代码和数据可以是该对象专有的，任何外部事物 都无权存取。这样，对象提供了对代码和数据的有效保护，以防止程序的其它 不相干部分偶然修改或错误使用对象的专有部分。定义一个对象实际是创建一 种新的数据类型。封装性充分体现了程序的灵活性、安全性和模块化的思想。 西华大学硕士学位论文 二继承性 继承性是一个对象获得另一个对象的特征的过程。继承支持分类的概念， 是面向对象程序设计的一个重要方面。继承性准许建立类的从一般到最特殊的 层次。子类可以继承父类的特征。系统的处理能力可以通过对象的继承性实现 共享。继承提供了一个紧凑的知识表达方式，它提供了系统的可移植性和重要 性 三多态性 面向对象的程序设计语言支持多态性，即一个接口，多种算法。简言之， 多态性是一种准许把一个接口用于一类行为的属性。特定的行为选择由环境的 属性决定。多态性准许同样的接口用于同一类行为，以降低复杂性。它准许把 同一消息送到一个父类的对象和它的子类的对象上，多态性主要强调在一个类 等级中，可以使用相同函数的多个版本，取决于运行时入口参数的类型、存取 方式和返回值。 1 4 2 面向对象方法在电力系统的应用旧 现代电力系统的一个特征是复杂和庞大，普遍应用计算机管理。电力系统 软件设计既是大型的软件工程又是系统工程。软件的开发工作量大，但由于受 到硬件迅猛发展的影响，软件的生命周期越来越短。软件的维护费用不断增加， 采取传统的面向过程思想编制的软件可靠性和维护性不断降低，已不适应新的 要求。由于面向对象程序设计的优越性能，很快在各个领域得到广泛的应用， 电力系统也不例外。目前面向对象方法渗透到电力系统软件开发的许多方面， 开发了潮流计算软件、电网拓扑分析软件、变电站故障分析与处理软件、变电 站仿真培训系统软件和数据库管理软件等。随着面向对象方法的发展，其在电 力系统中的应用将更加深入和广泛。 1 4 本文的主要工作 采用d e l p h i 6 0 ，s o ls e r v e r 数据库服务器为开发工具，运用现代计算机 技术、图形设计技术、专家系统设计技术以及面向对象的编程技术，进行智能 型操作票专家系统的研发。将发电厂及其变电站的电气一次、二次接线图进行 4 西华大学硕士学位论文 层次化处理，提高系统的扩展性和适应性，利用专家系统的知识，进行实时状 态分析，利用其结果并结合电气倒闸操作规则形成防误逻辑判断功能；采用流 程化工作管理方式和痕迹保留技术，进行网络操作票的签发流程管理，确保操 作票从生成到执行的全过程符合电力部门的电业安全操作规程的指导的思 想，并将编制操作票的责任精确到人。因此，本文主要开展以下几个方面的工 作： 、介绍了专家系统的理论以及在操作票专家系统中的应用，并结合面向对象 编程技术和分布式理论，开发一种新型的操作票系统；具有独特的优点：引进 多智能体理论，并以多智能协调模块为中心，为整个系统提供智能的协作。通 过多智能体协调模块接受s c a d a 系统提供的运行实时数据，对生成的操作票在 模拟演示模块进行模拟演示和安全审核，并通过d m i s 向子站发送这张操作票。 使系统在完全安全的状态下继行操作。 二、根据电业安全工作规程对设备操作的要求，并结合现场工作经验，总 结出电气倒闸操作规则。通过产生式表示法来表示这些操作规则，并以s o l s e r v e r 数据关系系统为开发工具，设计了一个通用的知识库。研究各种常用的 一次接线方式下电气设备的连接关系，结合用户的实际要求，总结各种电气设 备之间的连接规律，构建了一个通用的推理机系统，从而提高了系统的通用性 和移植性。 三，利用d e l p h i 设计了系统的三层通信，并通过d e l p h i 组件解决了系统的负 载平衡与容错处理。使系统具有较强的鲁棒性。 四、设计了通用的图形编辑模块，管理者用简单的、非编程的手段创建各种图 形界面( 即各变电站的主接线图) ，然后在这个界面上输入规则信息，构成规则 库，并设定二次保护操作，实现系统的通用性和灵活性。 五、系统在实际中的应用。提供了多种开票方式，智能开票、调用典型票、手 工开票等多种开票方式满足用户的开票需求。开完票之后，提供给用户安全校 核的功能，通过s c a d a 系统共享的实时运行状态的数据，进行现场安全校核， 保证了开票的正确率。 5 西华大学硕士学位论文 2 专家系统 2 1 专家系统简介 专家系统就是一个具有智能特点的计算机程序，它的智能化主要表现为能 够在特定的领域内模仿人类专家思维来求解复杂问题。因此，专家系统必须包 含领域内的大量知识，拥有类似人类专家思维的攉理能力，并能用这些知识来 解决实际问题。目前，专家系统在各个领域中已经得到广泛应用，并取得了可 喜的成果，例如个人理财专家系统、寻找油田的专家系统、贷款损失评估专家 系统、各类教学专家系统等。 专家系统的基本结构如图2 - 1 所示，其中箭头方向为数据流动的方向专 家系统通常由人机交互界面、知识库、推理机、解释器、综合数据库、知识获 取等6 个部分构成。 专 家 、 知 识 工 程 师 用 产 广 | 知i 妻兰竺刿识l 熟器坤理醒盟， + 一崮 表达形式一 知 识 人库 机 交 w h y骈 互 f h 唑 释 界 的信息 器 弋 面 一综合数据库卜_ 一 推 理 机 f i g u r e2 - 1b a s i cb l o c kd i a g r a mo fe x p e r ts y s t e m 图2 - i 专家系统基本结构框图 6 西华大学硕士学位论文 一、人机交互晃面 人机交互界面是系统与用户进行交流时的界面。通过该界面，用户输入基 本信息、回答系统提出的相关问题，并输出推理结果及相关的解释等 二、知识库 知识库用来存放专家提供的知识。专家系统的问题求解过程是通过知识库 中的知识来模拟专家的思维方式的，因此，知识库是专家系统质量是否优越的 关键所在，即知识库中知识的质量和数量决定着专家系统的质量水平。一般来 说，专家系统中的知识库与专家系统程序是相互独立的，用户可以通过改变、 完善知识库中的知识内容来提高专家系统的性能。 人工智能中的知识表示形式有产生式、框架、语义网络等，而在专家系统 中运用得较为普遍的知识是产生式规则。产生式规则以i f t h e n 的形式出现， 就像b a s i c 等编程语言里的条件语句一样，i f 后面跟的是条件( 前件) ，t h e n 后面的是结论( 后件) ，条件与结论均可以通过逻辑运算a n d 、o r 、n o t 进行复 合。在这里，产生式规则的理解非常简单：如果前提条件得到满足，就产生相 应的动作或结论。 三、推理机 推理机针对当前问题的条件或已知信息，反复匹配知识库中的规则，获得 新的结论，以得到问题求解结果。在这里，推理方式可以有正向和反向推理两 种。正向推理是从条件匹配到结论，反向推理则先假设一个结论成立，看它的 条件有没有得到满足由此可见，推理机就如同专家解决问题的思维方式，知 识库就是通过推理机来实现其价值的。 四、解释器 解释机的主要作用是让用户了解专家系统的推理、判断过程，专家系统是 如何根据初始条件推理结论的。由于专家系统的推理求解过程对用户而言往往 是不可见的，如果用户要了解推理求解过程的细节，验证器合理性或正确性， 就可以向专家系统提出“w h y ”、。h o w ”之类的问题，而专家系统将由推理机 有针对性的一一解答 五、综合数据库 综合数据库专门用于存储推理过程中所需的原始数据、中间结果和最终结 论，往往是作为暂时的存储区。解释器能够根据用户的提问，对结论、求解过 7 西华大学硕士学位论文 程做出说明，因而使专家系统更具有人情昧 六、知识获取 知识获取是专家系统知识库是否优越的关键，也是专家系统设计的“瓶 颈”问题，通过知识获取，可以扩充和修改知识库中的内容，也可以实现自动 学习功能。 2 2 专家系统的推理方法及其控制策略概述嘲嘲 推理机是专家系统的核心部分。它运用知识库中存放的知识，按照一定的 推理策略，获得求解问题的解答。推理过程是在问题求解空间中搜索一个满足 目标状态的求解途径任何推理过程都有一定的控制策略。所谓的控制策略就 是指推理机从知识库中选择可用知识所依据的原则，它直接影响专家系统的推 理效率和推理效果嘲。 2 2 1 专家系统的推理方式 所谓推理，就是根据一个或几个己知的判断，推导出另一个新判断的思维 过程。在专家系统中，领域专家知识的推理，必然要反映领域专家的思维过程 对应于不同的知识表示模式，其推理方式和控制策略的选择是不一样的，专家 系统中常用的推理方式有正向推理( 又称数据驱动策略) 、反向推理( 又称目 标驱动策略) 以及正、反向混合推理。在基于规则和基于逻辑的系统中，其推 理方式是根据已知的事实，借助一套公理系统或规则推导出某些结论。这种推 理方式称为“演绎推理”，即从一般到特殊的推理。在演绎过程中并没有产生 新的知识。“归纳推理”是一种从特殊到一般的推理方法，即从个别事物出发， 推导出该事物的普遍规律。归纳推理最显著的特点是可以生成新的知识。在基 于语义网络的系统中，其推理形式属于一种默认推理，它通过i s a 链( 或弧) 让子框架( 或下层网络) 继承父框架( 或上层网络) 具有的某些属性来实现推 理。基于知识推理，根据知识的精确与否，还有“精确推理”和“非精确推理” 之分。 8 西华大学硕士学位论文 一、正向推理 基本思想：从问题已有的信息( 事实) 开始，正向使用规则，当规则的左 边被已有事实匹配。该规则即为可用规则，然后通过冲突消解，在可用规则中 选择一条启用规贝| j ，启用规员| j 右边的使用又导致上下文的改变，从而引用新的 规则匹配，如此循环，直到到达一个问题状态没有可用规则或求得了所要求的 解为止。 二、反向推理 基本思想：先根据问题提出一个假设目标，然后取逐一匹配规则库中的规 则，当某条规则的结论部分被匹配之后，将此规则的前半部分取出来加入数据 库中，并逐一检验这些前提部分是否存在，如果这些前提事实被当前数据库所 匹配，则表明源假设目标成立，问题获解决。否则，把这条规则的前提部分作 为子目标，递规执行上述过程，直到假设目标被证实或被否定时为止。 三、混合推理 基本思想：综合正向推理和反向推理的优点，先通过数据驱动帮助选择目 标，然后通过目标驱动进一步求证目标，或者正向推理和反向推理同时进行， 在某个中间状态相交，满足一致性条件时为止。正反向混合推理，既可以避免 数据驱动推理的盲目性，又可以避免目标驱动中选择目标的盲目性，使得这两 种推理互为补充。 2 2 2 专家系统的控制策略 专家系统中的控制策略主要涉及两个方面的内容：一是事实的推理方式选 择的控制，二是实现对推理过程的控制。控制策略的选择一般取决于领域知识 的内容和复杂程度，因此控制策略是与问题领域相关的。在专家系统中一般采 用启发式搜索策略，目的是为了快速有效地获得问题的求解目标，提高系统的 推理效率和推理效果 推理方式选择的控制策略，在智能系统中称为元控制策略，一般由相应的元 规则来实现。这种元规则( 又称为元知识) 体现了人类专家对具体问题作具体 分析求解的辩证思想，也就是说，在对问题的求解过程中，系统先通过元规则 9 西华大学硕士学位论文 的推理给出适合问题特征的推理方式，然后再对问题求解。元规则一般采用过 程表示模式固化于推理机中。 2 2 3 面向对象的知识推理 本文采用面向对象的方法，系统中每个对象类的内部推理机制与传统专家 系统是一致的，但由于其面向对象的特征，面向对象的知识推理具有以下特点： 一、面向对象的知识推理，不同的对象类可拥有各自领域的特有的知识和推理 机制，从而使面向对象的程序设计的知识处理系统具有丰富多样的推理机制。 针对知识表示的不同部分，可以采用不同的推理机制； 二、整个系统的知识推理呈分布式特征，通过类、对象之间的关联，自动对推 理空间进行划分和裁剪，提高了推理效率，弥补了传统推理机制的不足： 三、消息传递是面向对象的知识推理的主要机制，所有的推理都是通过面向对 象发送消息来实现的。消息是针对专用对象的，只有特定对象的某一方法与该 消息的模式匹配时，方法才被激活，方法执行后将返回信息返回给发送消息的 对象。 电气设备操作规程用产生式规则( i f 前提t h e n 结论) 表示，将规则的前提 和结论都用类或对象来表示。将传统的三个推理过程即匹配、冲突消除以及动 作转换为以面向对象的事实和规则相匹配。在匹配过程中，如果发现某规则产 生的结果与知识库中的类或对象表示的事实不相符，则放弃该规则，如此直至 问题解决。 推理的效率主要是从合理设计知识库，优化知识库的结构来加以提高。由 于整个系统的知识推理呈分布式特征，通过类、对象之间的关联，自动对推理 空间进行划分和裁剪，使对象之间的关联成为树状结构，使推理搜索空间小， 并且采用深度优先和宽度优先交替使用的搜索策略，因而可以大大提高推理效 率和可靠性，并相应地降低了对推理机的要求，弥补了传统推理机制的不足。 西华大学硕士学位论文 2 3 多智能体理论及其在专家系统中的应用制2 小2 6 瑚m 埘儿嘲 2 3 1 多智能体系统规划理论 多智能体系统( 1 i a s ) 整体性能的一个关性指标就是全局连贯性，一个m r s 系统可以通过规划活动来提高求解的效率和增强系统求解的连贯性。多智能体 规划方法按照规划过程与执行过程参与智能体的不同，可以分为分布式计划的 集中规划、集中规划的分布规划和分布计划的分布规划3 种。根据电气倒闸的 规则，可以对所有子站进行统一的控制，所以使用分布计划的集中规划方法比 较合适。分布计划的集中规划方法是指由一个智能体集中构造由多个智能体参 与完成的行为计划，然后，计划发送给各智能体，各智能体以分布的形式并发 执行计划，相互协作完成任务，该方法的思想可以用如下算法描述嘲： 一、已知一个目标描述，算子集合和初始状态描述，产生一个部分序列计划 二、将计划分解成满足序关系的子计划，并使计划之问的交互最少 三、将子计划之中加入同步活动将完成不同任务的子计划分配给相应的智能 体，如果任务分配成功，在子计划中加入详细的智能体同步活动信息；如果任 务分配不成功，则转向步骤二重新进行计划分解 四、进行初始化，开始执行计划，同时监控计划的执行过程，并根据各智能体 的反馈信息优化或调整计划，保证高效达到目标 2 3 2 多智能体在操作票专家系统中的应用 多智能体采用自下而上的研究方法。通过对系统子站的状态和信息的研究， 建立子站状态和信息的数据库，将子站映射成为a g e n t ，将子站的状态映射成 a g e n t 的属性，将子站的信息映射成子站的方法，利用a g e n t 间的自治，推理， 通信和协作机制，子站之间既相互独立又交互作用的现象，从而研究系统整体 结构的状态和信息。系统中的智能体实时监测电力系统工作状态和环境状态， 利用多个智能体系统，实时采集当前环境状况的数据，并对其提供的信息进行 融合，根据信息融合和数据处理的结果，判断当前的工作状况，如果产生异常， 予站的智能体依据系统智能体的操作，对予站的状况进行组织和分析然后返回 1 1 西华大学硕士学位论文 给系统的智能体，根据信息处理结果判断任务的要求，决定采取的具体解决策 略。然后将具体的控制分配下一层的审核智能体，审核智能体校验无误后，直 接生成策略。多智能体协作解决故障的流程图如图2 - 2 ： f i g u r e2 - 2t h ef l o wc h a to f m u l t i - a g e n tc o o p e r a t i o ns e t t l ef a u l t s 图2 2 多智能体协作解决故障的流程图 2 3 3 多智能体与数据库模板设计实现动态开票 数据库的模板设计基于电气设备的操作以及状态描述，而二者都可以用二 值变量表示，设一个完整操作任务涉及到状态改变的设备数目为r l ，用t i 。， t m t t 。依次代表这n 个设备在数据库中表述设备状态的字段值，其中i = o 表 示s c a d a 实时数据库，i = i 表示操作票生成系统的动态数据库。表示现场操作 的设备状态二值函数表达式为q 0 ( t o i ，t 讴，k ) ，操作票生成系统中对应的 表示本操作的设备状态二值函数表达式为q l ( t ，t 。t 。) ，其中q 。，取值为 “0 ”和“1 ”，“0 ”代表开关断开或刀闸拉开，“1 ”代表开关合上或刀闸腿 上哪。 数据库的模板与专家系统动态开票实现的流程图如图3 - 3 所示。系统采用 了框架推理和多智能体系统( 姒s ) 相结合的多个智能推理机协同工作的方式，通 西华大学硕士学位论文 过应用层的多个推理机与数据库层的智能连接，反馈给用户层一个简单操作界 面和智能的编辑和修改操作票的方式，从操作任务一调用知识库和实时的状态一 开票一模拟演示一形成操作票，每一步都经过推理机和数据库的严格检验，动态 实现就是开票过程的每一步都与数据库的相应智能和逻辑推理部分对应，达到 实时帮助，实时校验的目的。防止错误地开出不规范和错误的操作票，同时也 提高了操作票的自适应性和可维护性。 f i g u r e2 - 3t h ef l o wc h a r to fd y n a m i cm a k i n go u to r d e ra n dd a t a b a s et e m p l a t e 图2 3 数据库模板与专家系统动态开票实现的流程图 西华大学硕士学位论文 3 操作票专家系统的基本结构 3 1 知识库的设计和实现n 耵嘲嘲叫 3 i 1 知识表示概述 知识表示是专家系统十分重要的一个问题，要使专家系统具有某种人的智能 必须以专家的知识即经验作为其工作的基础。所谓知识表示是将关于世界的事 实关系和过程等编码成为一种合适的数据结构，知识表示的过程就是知识的符 号化和形式化的过程，知识表示方法研究各种数据结构的设计，通过这种数据 结构把问题领域的各种知识结合到计算机系统的程序设计过程中，知识必须有 适当的表示才便于在计算机中储存、检索、使用和修改 一般来讲任何一个给定的问题都有很多种等价的表示方法，但是它们的能力 是不一样的，能力强的表示法使问题具有较强的明晰性，并对内部思维提供方 便，从而使问题变得比较容易求解。 人工智能领域里已经发展了若干种知识表达方法，具体来讲主要有以下几 种：逻辑表示、产生式规则、语义网络、框架、面向对象的表示方法和神经网 络的知识表示等方法。 一、逻辑表示法 逻辑是一种重要的知识表示方法。使用逻辑法表示知识，需要将以自然语言 描述的知识，通过引入谓词，函数来加以形式描述，获得有关的逻辑公式，进 而以机器内部代码表示。但是，一阶逻辑的表达能力是有限的，如具有递归结 构的知识，多层次的知识都难用一阶逻辑来描述。 二、产生式表示法 1 9 4 3 年美国数学家p o s t 首先建立了一个产生式系统是作为组合问题的形 式化变换理论提出来的。有心理学家认为人脑对知识的存储就是产生式，产生 式具有表达格式固定、单一规格、知识单元相互较为独立且没有直接关系使知 识库的建立较为容易及处理较为简单这些特点。另外推理方式单纯，没有复杂 计算，特别是知识库和推理机是分离的这种结构给知识库的修改带来方便，无 须修改程序，对系统的推理路径也容易做出解释。但这种方法的缺点是所表示 的对象较为简单，无法有效地描述复杂对象。 1 4 西华大学硕士学位论文 三、语义网络表示法 由r q u i l l i a n 作为人类联想记忆的一个显示心理学模型提出的q u i l l i a n 主张在处理自然语言词义理解时，必须把语义放在第一位，一个词的含义只能根 据它所处的上下文环境才能准确的把握基于q u i l l i a n 的工作，西蒙于1 9 7 0 年 正式提出了语义网络的连接关系并提到有关对象和概念，而不必遍历整个庞大 的知识库，从而在专家系统自然语言理解等领域获得了广泛应用由节点和弧组 成的网络结构抓住了符号计算和指针这两个本质的东西，而且具有记忆心理学 中关于联想的特征，所以语义网络在人工智能中是一种重要的知识表示方法，但 是用节点代表世界上的各种事务，用弧代表事物间的关系，则对其它联系难以表 达，从而表达内容受到限制，而增加联系又会大大增加网络的复杂性。 四、框架理论表示法 框架理论( f r a m ef t h e o r y ) 是由美国麻省理工学院的m m i n s k y 于1 9 7 4 年在 一篇为“af r a m e w o r kf o rr e p r e s e n t i n gk n o w l e d g e ”侧的短文作为视觉感知、 自然语言对话和其他复杂行为的基础提出的。在随后的几年里m m i n s k y 又先后 发表了几篇文章嘲口力对该理论作了进一步的阐述和完善。 框架理论认为人们对现实世界中各种事物的认识以及在日常生活中获得的 各种经验知识都是以一种类次于框架的结构存储在记忆中的。当面临新的事物 或遇到新的情况时，就从记忆中搜索并找出一个合适的框架，将两者进行比较， 并根据比较结果对框架加以修改、补充，从而形成对当前事物或情况的认识。 例如，当一个人参观一个从未去过变电站前，他可以根据以往的经验想象到变 电站中存在变压器、开关、线路等设备，至于这些设备的型号、电压等级和连 接方式等细节，则需要在进入变电站之后通过观察获得。也就是说，关于变电 站的知识结构( 即框架) 是预先可以获得的，人们只需根据当前观察到的新情况 对该知识结构加以修改完善即可得到对当前变电站的认识。所以框架提供了一 种数据结构，这种数据结构包含有各种用于描述某种类事物特性的属性。当遇 到该类事物的某个实例时，通过给框架的各属必赋予相应的值，就形成了对当 前事物的认识。 五、面向对象的方法 它起源于用作系统模拟的s i i 删i a l 9 8 1 年由x e r o xl r a r n i n gr e s e a r c hg r o u p 推出的s m a l t a l k 一8 0 系统则较全面地体现了面向对象程序语言关于信息隐蔽和 西华大学硕士学位论文 抽象数据类型的特征。后来，又出现了以c + + 为代表的面向对象程序风格与主 流语言相结合的程序语言，并显示出强大的生命力。特点是以对象为基本概念 复杂的对象可以由相对简单的对象以某种方式组成，对象含有标示符、数据结 构、方法集合和消息接口，它具有继承性封闭性，这些特点确实对开发一些具 有继承性对象方法事先可预见的应用系统是很有效的 3 1 2 设备库知识表示 在操作票中，任务是与设备类别有关的，如线路操作任务，母线操作任务， 保护操作任务等。而每项操作任务中的具体操作是与设备操作元件相关的，如 丌关、刀闸、保护压板、控制保险等。而这些设备就是以间隔为单元存在的。 因此我们以间隔为模型设计了设备知识库。 一个电气自j 隔就是电气上相关联的一组元件的集合。按变电站现有的接线方 式，问隔类型大致如图3 一l 所示”1 母线 双母带旁路问隔；l 电气间隔ii 电气间隔l 。j l - - - - - 一l - 一 f i g u r e 3 - 1t h ec l a s s i f yo fi n t e r v a l 图3 - 1 间隔分类 比如一条工业线路，开关号是1 4 4 ，那么我们就认为这个间隔为1 4 4 闻隔。 这个间隔中包括以下信息： 开关号： 1 4 4 1 6 西华大学硕士学位论文 线路名称：工业 开关状态：闭合 母线侧刀闸： 一1 负荷侧刀闸： - 4 母刀闸状态：闭合 负刀闸状态：闭合 母刀闸与母线问地刀： k d 负刀闸与开关间地刀：x i ) 是否有合闸保险：否 是否有控制保险：是 所连母线： 1 i o k vi 段 开关控制电源：有 开关储能电源：无 这样一个变电站就拓扑到数据库中了，拿到一张数据表就相当于拿到了一 张变电站的接线图，甚至比接线图看得更有条理、信息更丰富。 3 1 3 操作运行知识表示 d e l p h i 是一种基于面向对象程序设计( o o p ) 的开发工具，其强大而成熟 组件技术，非常适合快速开发监控和管理系统。组件是可视化编程的基础，应 用程序的用户界面和其他功能就是由它构成和实现的：利用组件开发，可以很 大程度加速开发数度和减少代码量，避免重复劳动，而且有利于以后的开发和 维护工作。 在吸取了框架和而向对象知识表示的优点后，我们提出了基于组件的知识 表示方法。 基于组件的知识表示发展了面向对象知识表示方法。它的数据抽象和功能 1 7 西华大学硕士学位论文 抽象比面向对象更好，使我们能够针对知识库的各个组成部分精心考虑与它们 的内部数据结构与外部接口联系、封装性能。我们能够判断研究与改进组件的 内部实现过程，而不需更改系统的其他组成部分。重用性更简化了开发工作， 并且知识库具有通用性、灵活性、开放性和可扩充性。 而向对象的知识表示方法的基本机制是对象、消息、属性、方法和继承， 它提供了同时表示不同类型知识的途径，也提供了模块化、数据隐蔽等软件开 发的诸多便利，把面向对象知识表示的发展为基于组件对象模型的专家系统知 识表示可以进一步增强系统的知识表示能力，有利于问题的求解，方便知识的 扩充。 在基于组件的知识表示中，知识是作为一个组件或者组件中的状态和行为 表示的，行为由组件的状态来驱动执行。组件行为包括：根据不同状态和相应的 知识执行相应的问题求解过程、请求其它组件为其提供相应的服务、执行缺省 的行为等。把这些状态和行为分别封装成组件接口的属性和方法，既保持了面 向对象的优点，又可以方便于推理和扩充。同时由于组件封装了状态和行为具 有比面向对象的类更好的一致性通信能力，它们还是实现分布式、