（计算机软件与理论专业论文）知识管理在电力应急指挥系统中的应用研究.pdf

摘要 摘要 电力系统是国民经济的基础支柱，电力企业的安全正常生产关系到国家安 全、社会稳定和人民生命财产安全。建设应急指挥系统，把各种信息集成起来， 迅速传递到一个指挥中心，并辅助进行科学决策，进行联动处置，可以有效和快 速地处理各种突发事件，最大程度地减少各种电力突发事件造成的影响和损失。 论文首先分析了现阶段电力应急指挥系统的研究现状，探讨了电力应急指挥 系统的功能特性，研究了知识管理的相关技术、知识库的构建及知识的表示方式， 针对现有电力应急指挥系统对已有信息和数据深加工和再利用方面的不足，进而 提出了基于知识管理的电力应急指挥系统模型。在此基础上，论文采用产生式规 则，构造了简单事实及对象事实知识库，使用j e s s ( j a v ae x p e r ts y s t e ms h e l l ) 专家系统进行推理，实现了对知识的有效利用，解决了传统系统不能很好使用已 有信息快速处理突发事件的缺陷，论证了所提方法的有效性。论文最后探讨了电 力应急知识库的自动更新方法，指出了下一步的研究方向。 本文所提出的基于知识管理的电力应急指挥系统，具有可以进行科学决策， 进行联动处置，执行效率高，自适应等特点，以期对电力应急指挥系统智能化建 设提供有益的参考和帮助。 关键词：知识管理；电力应急指挥；知识库；知识表示 广东工业大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t e l e t r i cp o w e rs y s t e mi st h ef o u n d a t i o no fn a t i o n a le c o n o m y ，a n di t s s a f e t ya f f e c t st h es a f e t yo fn a t i o n , t h el i f ea n da s s e t so fp e o p l e ，a n d t h es t a b i l i t yo fs o c i e t y b u i l d i n ge m e r g e n c yc o m a n ds y s t e mw h i c h c o l l e c t sv a r i o u si n f o r 啦t i o nt o g e t h e r ，s e n d si tt ot h ec o m m a n dc e n t e rt o l a k es c i e n t i f i cd e c i s i o na n dt oo p e r a t e sr e l a t e dd e v i c e s ，w ec a nd e a lw i t h v a r i o u se m e r g e n c ye v e n t se f f i c i e n t l ya n dr a p i d l y ，a n dr e d u c et h el o s tt h a t v a r i o u se l e c t r i cp o w e re m e r g e n c ye v e n t sm a d ea tm o s t t h i sp a p e rf i r s t l ya n a l y z e st h ec u r r e n tr e s e a r c h i n gs t a t u so f e l e c t r i cp o w e re m e r g e n c yc o m m a n ds y s t e m , d i s c u s s e si t sf u n c t i o n c h a r a c t e r i s t i c s n e x t ，i tr e s e a r c h st h ek n o w l e d g em a n a g e m e n tt e c h n o l o g i e s ， t h eb u i l d i n go fk n o w l e d g eb a s e ，a n dt h ek n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o n s a c c o r d i n gt ot h ed i s a d v a n t a g eo ft h ec u r r e n te l e c t r i cp o w e r e m e r g e n c y c o a n ds y s t e mr e u s i n gt h ei n f o r m a t i o na n dd a t a ，w ep u tf o r w a r dan e w e l e c t r i c p o w e re m e r g e n c ys y s t e m a r c h i t e c t u r eb a s e du p o n k n o w l e d g e m a n a g e m e n t o nt h i sb a s i s ，t h i sp a p e rb u i l d sas i d l ef a c t sk n o w l e d g eb a s e a n da no b j e c tf a c t sk n o w l e d g eb a s e w eu s ej e s s ( j a v ae x p e r ts y s t e ms h e l l ) t or e f e r e n c et h ek n o w l e d g eb a s e ，m a k ek n o w l e d g eu s i n gm o r ee f f i c i e n t l y ， s o l v et h ep r o b l e mt h a tt r a d i t i o n a ls y s t e mc r nn o tu s ei n f o r m a t i o na tb e s t a n dp r o v et h em e t h o d st h i sp a p e rp u tf o r w a r di se f f i c i e n t f i n a l l y ，t h i s p a p e rd i s c u s s e st h ee l e c t r i cp o w e re m e r g e n c yc o m m a n ds y s t e mk n o w l e d g e b a s ea u t o m a t i cu p d a t i n gm e t h o d s ，p o i n t so u tt h en e x tr e s e a r c hd i r e c t i o n i nf u t u r e t h ee l e c t r i cp o w e re m e r g e n c yc o m m a n ds y s t e mb a s e du p o nk n o w l e d g e m a n a g e m e n t t h a tt h i sp a p e rp u tf o r w a r d h a st h ec h a r a c t e r i s t i c so f m a k i n gs c i e n t i f i cd e s i o n ，o p e r a t i n gr e l a t e dd e v i c e s ，e f f i c i e n c y ， i i a d a p t i v e m a y b ei tc a np r o v i d es o m er e r e f e n c ea n dh e l pt ob u i l da n i n t e l l i g e n te l e c t r i cp o w e re m e r g e n c yc o m m a n ds y s t e m k e y w o r d s ：k n o w l e d g em a n a g e m e n t ；e l e c t r i cp o w e re m e r g e n c yc o m m a n d ： k n o w l e d g eb a s e ；k n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o n i i i 独创性声明 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以 标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不包 含本人或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明，并表示了谢意。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论 文成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 指剥潜：儒亏垮 论文作者签字7 菁码鸭 。一年多玛弓oe t 第一章绪论 第一章绪论 1 1 论文的研究背景 2 0 0 1 年9 月1 1 日，恐怖分子劫持民航客机撞击世贸中心大楼，让美国及 世界大为震惊，如何面对危机与进行成功的危机管理成为各国政府关注的重点。 也就是从这时开始，世界各国政府开始高度重视，纷纷建立并完善有关危机管理 机构，无论企业还是政府，危机管理都已经成为日常管理工作中一个非常重要的 内容。 危机具有突然性、紧急性、不确定性与易变性、危害性与破坏性、聚众性与 关注性等特点。危机一旦发生，它就会像一枚突然爆炸的“炸弹”，在社会中 迅速蔓延开来，引起一连串的反应，尤其在公众心理、舆论导向、社会价值观直 至党和政府重大方针政策的制定、贯彻及执行上，所产生的后果及影响是深远的、 不可低估的，会不同程度地给政府及公众造成生命、政治、经济和精神上的损失 和破坏。 充分认识危机的突发性和危害性等特征是干预和解决危机的前提。由于危机 的爆发突然，时间短促，传播迅速，危机在一定时问内、一定范围内可能处于失 控状态。危机的这一特征要求政府在非常有限的时间内做出反应，形成正确的判 断，以争取宝贵的时间，使可能的损失最小化。 面对任何危机，首要的目标是尽快结束危机，而比这更重要的是要做到防患 于未然。因此，成功的危机管理要求政府采取超前的行动，及早发现引发危机的 线索和原因，预测出将要遇到的问题以及事情发生后的基本发展方向，从而制定 可供选择的应变计划，将危机扼制在萌芽状态。 在我国，危机管理在2 0 0 3 年s a r s 之后得到了极大重视，各重要行业及部门 纷纷出台了各种危机应急预案，应急指挥系统也纷纷建立。 应急指挥系统是一套先进、有效的辅助决策指挥系统，帮助指挥决策人员完 成对各种突发事件做出快速响应，提高应急联动能力，实现对突发事件有序、快 速、高效的处置，同时也为突发事件预测、分析、管理决策提供支持。 应急指挥系统融合了有线通讯、无线通讯、数据库、全球定位、计算机辅助 广东工业大学工学硕士学位论文 调度、信息网络等多种高新技术，集话音、图像、数据信息传输为一体。这样， 应急指挥中心在事件发生后，第一时间就会根据事发地点周边的应急服务资源分 布状况，制定出相应的处置方案，并指挥相关处置力量( 如：消防车、救护车、 维修车、抢险人员等) 快速到达现场，实施紧急救援，从而有效地提高了企业的 应急反应能力。 电力系统是国民经济的基础支柱，电力企业安全正常生产关系到国家安全、 社会稳定和人民生命财产安全。建设应急指挥系统，把各种信息集成起来，迅速 传递到一个指挥中心，并辅助进行科学决策，进行联动处置，可以有效和快速地 处理各种突发事件，最大程度地减少各种电力突发事件造成的影响和损失。 1 2 论文的研究意义 电力应急指挥系统是建立一个能迅速收集、处理、传送突发事件中的各种信 息和指令的“人一机”系统。由于电力突发事件的突然性、紧急性、不确定性， 在处理突发事件时需要具有各方面丰富经验的专家发布指挥命令。 知识管理是采用现代信息技术和手段将信息加工整理成为知识，并对这些知 识按照某种知识结构进行有效的管理，使知识能够在某个机构的日常工作和管理 决策过程中得到很好的利用，是解决知识困乏及其导致的各种困扰的有效途径m 。 ( 1 ) 通过在电力应急指挥系统中加入知识管理功能，对电力企业运行数据 用规则专家系统进行推理，使得电力应急指挥系统由一个普通的进行监控及人为 发布指令的系统变成一个具有突发事件故障诊断及智能决策能力的系统。这样， 电力企业就能够更好地做好电力应急保障措施，争取到宝贵的时间，尽快处理突 发事件，最大限度地减少因电力事故造成的对电力企业及用户的损失。 ( 2 ) 通过在电力应急指挥系统中加入知识管理功能，将故障诊断功能及各 种资源调度的智能决策抽取出来，使用基于规则专家系统实现智能决策，大大降 低了应急指挥系统设计的复杂性，系统的可重用性也得到了极大提高。 1 3 论文的主要工作 论文研究的主要工作包括： ( 1 ) 深入研究和分析当前的电力应急指挥系统，指出当前电力应急指挥系 统的不足之处； 第一章绪论 ( 2 ) 研究了知识表示方式、知识库、知识管理的概念及相关技术； ( 3 ) 结合采用知识管理技术对突发事件进行处理的思想，提出了一个基于 知识管理的电力应急指挥系统架构； ( 4 ) 在基于规则系统j e s s 环境下，构造电力应急指挥系统知识管理模块； ( 5 ) 以广东长湖水电厂为蓝本，构造出电力应急指挥系统智能决策及故障 诊断知识库，验证了知识管理在电力应急指挥系统中的实用性及优越性。 1 4 论文的组织结构 第一章为绪论，介绍论文的研究背景及研究的意义、并对论文的主要研究工 作和组织结构做了说明； 第二章介绍了电力应急指挥系统； 第三章介绍了知识管理的概念、相关的知识表示方法及知识库的构建； 第四章提出了一个基于专家系统的电力应急指挥系统体系结构，并构造了知 识管理模块； 第五章构造了电力应急指挥系统智能决策知识库，验证了知识管理在电力应 急指挥系统中的实用性及优越性； 最后是结论，对论文所做的工作进行总结，并指出下一步研究的方向。 广东r 业人学t 学硕卜学位论文 第二章电力应急指挥系统 2 1 电力应急指挥系统概念 应急指挥是指当危及或危害公共利益的突发事件发生时，通过已建立的集成 化的应急体系和应急管理模式，依据预案实现全方位地对各种应急资源的实时调 度，以避免灾害、事故的发生，减少损失和缩小影响范围，同时节约救援成本。 它主要包括预测预警、信息报送、应急决策和处置、信息发布、社会动员、恢复 重建、调查评估等几个基本环节。 电力应急指挥是应急指挥的一个范畴。它是在充分整合电力各主管部门资源 的基础上，有效地为电力指挥决策人员提供决策支持，面对突发事件作出快速响 应，为预防和减少重大灾害事件造成的人员伤亡和财产损失提供有效的支持。 为充分发挥各级指挥机构和电力负责人员在处置各种突发、偶发事件工作中 的作用，科学实施现场处置，一般采用以下应急处置原则m ”： 快速反应 按照快速接处警工作的规定，做到接警快、处置快，各个环节高效运转，保 障有力。 属地管理 各电力基层单位按照指挥部命令，负责本管界突发偶发事件现场及周边电气 设备的监视维护工作。 先期处置 发生突发偶发事件，电力管理部门视情况依法采取封闭现场周边道路，实行 区域交通管制，挂设警告牌等先期处置措施。 保证重点 发生突发偶发事件，电力管理部门根据突发偶发事件的地点、性质及可能出 现的连锁反应，保证重点地区及重点要害部门的供电，保证重要设备的安全，最 大限度地减少人员伤亡和财产损失。 协同运作 发生重大突发偶发事件，由指挥调度中心统一指挥、统一调度，保证指挥处 4 第二章电力应急指挥系统 置工作协调、高效运转。同时，与治安、消防、救护、工程抢险等部门积极配合， 协调联动，提高现场处置效率。 灵活实用 按照突发事件性质不同，制定并完善若干个处置突发事件工作预案。每个预 案都要明确组织领导和具体指挥处置措旌，使处置工作针对性强，更易于操作和 执行，以进一步提高电力应急指挥处置能力。 餐 2 2 国内电力应急指挥系统的发展现状 对危机管理，s a r s 之前理论研究可以说少之又少，这样与现实的脱节、滞 后的理论研究就很难对政府实践提供有效的指导，只能是在问题出来后进行合适 的补充，可以说，我们对于危机的认识和实践还是处于传统的模糊阶段。 近年来，国内不少电力企业对应急机制建设作了许多探索，取得了一些经验。 总体上看，目前我国的电力应急机制建设仍处于起步阶段，大部分指挥系统由视 频会议系统、遥视系统和即时卫星图象转播系统组成，组织电力、公安、消防、 卫生、交通、通信等部门进入应急状态，统一调度11 0 、1 1 9 、1 2 0 等社会救援资 源，并进行实时通报。但是目前不少城市尤其是中西部大多数城市仍然处于各部 门分兵把口的较低层次的应急水平，无论是认识上、机制上还是工作措施上，都 难以应对形势发展的需要。 应急指挥调度系统采用数字化统一平台，集服务、监控、调度、指挥于一体。 系统采用固定目标数字化监控技术、地理信息系统( g i s ) 、网络和g s m 数据采 集系统、无线调度指挥体系，构筑综合服务、监控、安全生产保障、调度和指挥 平台。 具备电子地图显示、卫星定位、导航功能。采用g i s 作为应急指挥系统的 核心服务平台，就使得应急指挥系统在调度、指挥等功能上采用电子地图的方式 显示交通图、危险品分布图、突发事件点地图、危险区和隔离区等图形，使领导 能直观地获取信息，进行正确的决策。 提供。视频会议”、“语音电话”、“无线系统”等多种实时的通讯和处理 方式，保证在第一时间，以最佳的方式，协调相关部门的负责人联动。 如表2 - 1 所示，分别列表介绍了国内的主流应急指挥系统，分析了它们的技 术特点。 5 广东工业大学工学硕士学位论文 表2 - 1 应急指挥系统产品 t a b l e2 - le m e r g e n c yc o m m a n ds y s t e mp r o d u c t s 编 厂商特点 网站 号 系统第一时间响应事故，地图上直观显 宇星科技示事故发生地点，事故发生的详细情 发展( 深况，自动短信通知相关负责人。根据事 h t t p ：w w w s z u s s t c 1 圳) 有限故处理过程中的处置信息和反馈信息，n y y 3 h a r t 公司模拟演示整个事故的发展轨迹和处理 环节。 中科软科 具有突发事件监测功能、突发事件预警 2 技股份有 功能、事件信息上报处理、资源管理与 h t t p ：l l w w w s i n o s o r 调度、内容管理与信息发布、恢复重建 c o r n c n l i b r a r y 4 4 9 限公司 2 0 0 6 7 1 0 1 6 6 2 5 8 h t m l 管理等功能。 以视频为载体的指挥监控通信系统。它 集指挥、控制、通信( c o m m a n d 、 c o n t r o l 、c o m m u n i c a t e ) 三大功能于一 h r p ：1 w w w n e t - v i d e 3 华纬讯 体，既可以进行传统的视频会议功能， o c n h t m l p l a n 2 0 0 6 同时拥有强大的监控、指挥调度功能， 0 8 2 9 3 6 h t m l 是一个多业务、多功能的交互性多媒体 通信系统。 潍坊华光 具有现场图像采集、电子地图显示，卫 h t t p ：l l w w w h 9 2 0 0 0 4 星定位导航、辅助决策、电视、电话会 c o m p r o d u c t s h o w a 通讯集团 议功能。s p ? p r o d u c t i d = 8 视频、音频信息与数据信息相结合； 新增监控点与原有公安监控系统相结 合；移动指挥和交管系统相结合： h t t p ：l l w w w q q r e a d c 5中兴通讯 应急决策支持系统和资源调度结合； o r e n e t - - c a s e 9 2 0 5 4 2 光纤通信和无线通信相结合；多方位实 7 h t m l 现下情上报和上令下达；多种情况实时 汇报。 目前国内尚无专用的电力应急指挥系统，都是采用通用的应急指挥系统对电 力设备进行视频监控，在事故发生时通过语音电话、视频会议、手机短消息等方 式对各种资源进行调度。 2 3 现有电力应急指挥系统的不足 通过对现有电力应急指挥系统的深入研究，分析出目前的系统中主要存在有 6 第二章电力应急指挥系统 以下几个方面的不足： ( 1 ) 从当前国内外的研究现状来看，应急指挥重点集中在信息的采集，传 输，存储和显示发布，但是，对已有信息和数据的深加工和再利用方面所作的工 作还不够，特别是根据已有数据和信息形成对突发事件的预案准备和辅助决策方 面，还有待进一步的研究。 ( 2 ) 由于突发事件具有突然性、紧急性、不确定性与易变性、危害性与破 坏性m ，而现有电力应急指挥系统一般只具有视频监控、g i s 监控、g p s 监控及人 为发布指令等功能，一旦突发事件发生，电力企业就很难争取到宝贵的时间，尽 快处理突发事件；再者，对于处理突发事件的工作人员来说，也要求具有相当丰 富的经验。 ( 3 ) 由于电力系统各单位运行环境复杂，设备众多，发生突发事件时需要 协调的部门相当多，普通电力应急指挥系统要协调如此多的设备及相关部门，应 用程序的逻辑判断易出现组合爆炸，应用程序设计困难，维护困难，且在不同电 力部门问可重用的能力很低，软件开发成本很高。 2 4 本章小结 本章对电力应急指挥系统作了介绍，进一步分析了电力应急指挥系统的发展 现状，指出了存在的对应急指挥人员经验要求过高，对已有信息和数据不能很好 进行深加工和再利用，从而进行智能决策等不足。 广东工业大学工学硕士学位论文 3 1 知识及知识分类 第三章知识管理 数据是指关于事件的一组离散的客观事实，可以用结构化的记录来描述它。 数据像单个的音符，是构成信息和知识的原始材料。数据是信息管理和知识管理 的对象，要想使数据更有用，需要对它进行验证或精确测试，数据本身并没有特 别的价值m 。 信息是一种消息，让接受者从中领悟到某些东西。以音乐为比喻，它可以比 喻为一段乐谱，是数据按照有意义的前后关系排列的结果。事实上，信息的价值 必须反映出数据的准确性，应及时地发送和允许方便的访问，以便适应于用户的 问题w 。 知识是信息接受者通过对信息的提炼和推理而获得的正确结论。从广义的角 度讲，知识是人类社会经验的总结，是人们主观世晃对客观世界的概括和如实反 映，是人类通过信息对自然界、人类社会以及思维方式与运动规律的认识和掌握， 是人脑通过思维重新组合的、系统化的信息集合。 知识一般可以分为显性知识( e x p l i c i tk n o w l e d g e ) 和隐性知识( t a c i t k n o w l e d g e ) 。显性知识，就是明确、规范、有形的和结构化的知识，能用文字 和数字表达出来，容易以数据的形式交流和共享；所谓隐性知识，就是高度个性 化而且难以用语言文字表达的知识，一般是通过行动表现出来的，主观的理解、 直觉和预感都属于这一类。隐性知识是私人的，存在于组织中，有特殊背景，即 组织中每个人所拥有的特殊知识，依赖于个人的不同体验、直觉和洞察力，因而 具有非结构化和个体专有属性。隐性知识的传播成本很高，传播的范围也较小m 。 人类的知识宝库浩瀚无边，人类的知识可以分为如下几大类别： 对象知识：关于客观事物及其联系的知识。如企鹅是一种鸟，但企鹅不会飞。 进程知识：关于事态发展或从事活动的知识。 事件知识：对事件的描述。如昨天他病了，没参加比赛。 行为知识：行为者之间，行为者和行为事件之间相互作用时表现的行为知识。 技巧或诀窍：通过经验体会而获得的知识。 8 第三章知识管理 常识：普遍存在而被认识了的客观事实。 元知识：关于知识的知识。 3 2 知识表示 人类的智能行为以自己丰富多样的知识作为基础，同样要使一个智能系统在 某一方面代替人类的思维活动，也必须以人类的经验和知识作为推理和判断的依 据。由于人类的思维本质和计算机的信息处理在物质基础上是不同的，所以对于 人类的经验和知识必须按照计算机能够识别和处理的方式进行处理并输入到计 算机的存储介质中 知识表示是使用人造的体系对自然与社会运动规律进行概括与抽象的模型。 一旦这样的表示方式被寻找到，人们就可以对自然与社会的运动规律有更深刻的 认识。与自然表示方法相比较，计算机所使用的知识表示方式应具有抽象性、深 刻性和简捷性。 知识的迅猛增长给知识工程的研究提出了新的挑战。为了使人类更方便、更 有效地掌握和应用知识，更便于获取和使用知识，知识表示方式是个关键课题。 一个成功的知识表示必须是可被理解的，并且可用来解决问题领域内各种信 息的表达与结构问题。描述知识表示应具备的属性有： ( 1 ) 表达范围的准确性：正确反映客观领域知识，又可表达多种类型的知识； ( 2 ) 模块性：易理解，便于修改，适合并行处理且并行度高，便于知识系统 的维护、管理及扩充，并有利于推理的进行； ( 3 ) 可理解性：符合人们的认知习惯，便于理解和实现： ( 4 ) 可访问性：影响知识系统的一个重要因素是其知识库组织形式，而知识 库的合理组织往往依赖于知识的表示形式。 ( 5 ) 可推理性：可以通过推理的方式取得更多的有用信息； ( 6 ) 可扩充性：能够方便、灵活地对知识进行扩充。 知识表示主要涉及两个方面n 一： ( 1 ) 语法( 数据) 结构，即知识存储和访问的形式； ( 2 ) 语义( 解释) 过程，它给知识结构赋以含义。 知识表示既要能表示成适合知识库易于处理和存储的方式，同时又要以用户 易于理解的方式来自然地表达其知识。针对不同发现技术所产生的知识其表现形 9 广东工业大学工学硕士学位论文 式往往也不尽相同，知识表示主要应考虑所表示的知识的准确性、直观性和自解 释性，能根据问题的性质和不同的用户，以易于用户理解的方式对知识进行准确 的描述与表达，而这种表述又是可解释的。主要的知识表示方法如下w ： ( 1 ) 自然语言表示 用自然语言来表示所发现的知识，其优点是描述直观，易于理解。但自然语 言描述限制较多，形式过于单一，往往无法满足计算机处理的需要。 ( 2 ) 形式逻辑表示 把知识通过引入谓词、函数来加以形式描述，获得有关逻辑公式。这种方式 符号简单、自然、严密，但结果表示不够自然，对用户要求高。而且表达能力有 限，有些如有结构的、多层次的知识很难用逻辑来表示。 形式逻辑表示具有下列优点w ： 接近于人们对问题的直观理解，易于被人们接受； 对如何由简单陈述构造复杂事物的方法有明确、统一的规定，易于理解； 有效地分离了知识和处理知识的程序。 逻辑表示法也有它的缺点： 需要事先知道所要达到的目标； 从推理的角度来讲，完全形式化的推理方法中无法使用启发性知识，而且 有浪费时间和空间的趋势，还有可能会引起组合爆炸； 没有回朔策略，不适合处理启发性知识； 推理过程不易理解。 ( 3 ) 框架表示 框架是指由若干个结点和关系( 槽) 构成的网络。框架由框架名和一些槽组 成，槽值含有如何使用框架信息、下一步可能发生的信息等。框架表示易于构成 框架树，做出针对问题的灵活框架组合，但对新的情况不易适应。 框架将知识表示成高度模块化的结构，形成把关于一个对象的所有信息和知 识都存储在一起的一种数据结构。框架的层次结构可以表示对象之间的相互关 系。 ( 4 ) 产生式规则表示 产生式是指符号的变换规则a 一 a a ，是由美国数学家p o s t 于1 9 4 3 年提出 的。产生式系统由知识库和数据库组成，其推理方式有正向推理、反向推理和双 1 0 第三章知识管理 向推理。其格式固定，形式单一，使知识库的建立和修改均比较方便，对系统的 推理路径容易做出解释，但只能处理较为简单的问题。知识单位( 规则) 太小，难 于处理复杂问题。产生式规则适用于表示有关论域中各个不同状态间的关系，不 适合表示事物同其各个部分间的分类知识。 产生式规则的优点n n ： 产生式规则与人类的判断性知识形式上基本一致，比较自然； 规则库中的知识具有相同的格式，并且全局数据库可被所有的规则访问， 规则可以统一处理； 规则库中的各个规则之间只能通过全局数据库发生联系，而不能直接相互 调用，从而增加了规则的模块性，有利于知识的修改和扩充。 产生式规则的缺点： 由于规则库中的知识都有统一的格式，并且规则之间的联系必须以全局数 据库为媒介，可能会引起产生式系统求解问题时的低效率； 虽然判断性知识可以用规则的形式很自然地表达，但过程性知识却不能以 自然的方式表达，因此系统求解问题时的控制流程有些难以理解。 ( 5 ) 语义网络表示 语义网络是1 9 6 8 年q u i l i a n 提出的，用槽和填槽结构来表示，是由一些有 向图表示的三元组( 结点1 ，弧，结点2 ) 连接而成，结点表示概念、事物等，弧 是有方向和标注的。结点间的关系有i sa 、p a r t o f 和i s3 种。语义网络是依 匹配来进行推理，用图解的形式来组织知识，可以把事物的结构、属性及因果关 系通过节点与弧链的形式明显而简要地表达出来。优点是自然直观、易于理解， 但其推理方法还不完善。 ( 6 ) 神经元网络表示 神经元网络表示多用于信息处理中的知识描述，可以在一定程度上利用已知 数据进行自学习，其中每个神经元表示一个概念或符号，神经元之间的连接则与 概念或符号之间的关系相对应，它可根据问题的需要解释成一个概念或符号的关 联程度，或是解释为求解问题中的推理规则等一。 ( 7 ) 面向对象的知识表示 面向对象的知识表示方法认为客观世界是由一些实体组成的“。这些实体 有自己的状态，可以执行一定的动作。相似的实体抽象为较高层的实体，实体之 广东工业大学工学硕士学位论文 问能以某种方式发生联系。而对象就是对这些实体的映象。 面向对象的知识表示是以抽象数据类型为基础，通过类继承和对象闯的消息 激发机制来实现推理。它是以对象为知识分割实体，自然地体现了各种知识之间 的相互作用，而将知识对象进行封装也便于知识库的维护和修正。 用对象表示的知识与客观情况更为接近，这种表示方法比较自然，易于理解。 面向对象表示法的推理机制散布于各对象中，因而可以根据具体情况混合使用不 同的求解方案。面向对象技术所提供的继承机制允许子类继承，有利于表示实际 情况中复杂的层次结构。对象的封装性和消息传递机制使得知识库以及整个系统 都有很好的模块性，利于知识库的修改和扩充，也利于推理机制的修改。 知识表示在知识库系统中占有重要的地位，在知识表示的基础上才能对知识 进行有效的推理和演绎。只有确定了一种有效的知识表示方法，才能在其基础上 建立专家系统的知识库。 3 3 知识库 在过去的二十多年里，数据库系统和人工智能的理论与应用，分别作为计算 机科学与技术的两个不同领域，获得了很大发展。近年来围绕信息智能处理这一 方向，它们的结合更为密切。随着计算机技术在各个领域的推广和深入，对信息 管理的要求也随之迫切起来。传统的数据库技术的局限性也更加明显。在新的应 用需求中，首先被注意到的是非商业应用系统( 如c a s e 及模式识别系统等) 的 需求。这些应用中有一个共同的特点就是结构复杂( 层次、嵌套、递归) ；对管 理( 如更新、查询) 有特殊要求，因此产生了面向对象数据库( 0 0 l ( b ) 和知识库 ( k b ) 。 知识库是按一定要求存贮在计算机中的相互关联的某种事实、知识的集合， 是经过分类和组织、序化的知识集合，是构造专家系统的核心和基础。它不同于 普通数据库，是在普通数据库的基础上，有针对性、目的性地从中抽取知识点， 按一定的知识体系进行排序和分析而组织起来的数据库，是有特色的、专业化的， 是面向用户的知识服务系统n ”。 一方面，随着数据库理论的深入研究，为了克服传统数据库模型在表达能力 方面的不足，加强语义知识成分，使数据库具有推理能力，已经提出了若干更高 抽象层次的概念模型，有的已利用了相应的知识表示方式，这和从人工智能角度 第三章知识管理 提出的若干知识表示方式十分相似。另一方面，无论是人工智能理论本身，还是 人工智能的技术和应用，都有一个如何建立知识库的问题。在这样的前提下，数 据库系统和人工智能的研究，包括形式语言、自然语言处理方面的概念和技术的 进步，汇聚到一点；就是知识库系统的研究、开发与应用。目前，知识库系统已 在决策支持系统、专家系统、c a d 、办公室自动化等方面取得了很好的应用，可 以预见其旺盛的生命力和美好前景。 知识库系统是一种开发工具与环境，它为用户开发基于知识的系统提供支 撑。一般认为，知识库系统应当具有下列特点： ( 1 ) 应具有支持数据库的全部功能，包括对大批量数据高效存取以及数据共 享、数据的安全性、并发控制、故障恢复等功能； ( 2 ) 应具有存取知识、管理知识的功能； ( 3 ) 知识库系统的核心部分是一个推理机构，它完成对知识的处理； ( 4 ) 一个知识库系统一般都能存储与管理适量的事实与规则。 以上几点是对现有知识库系统所作的一般性概括，它不排除每个系统的固有 特色、不同的处理技术以及不同功能上的扩充。 开发知识库系统一般采用如下基本途径：一种是把a i 技术引入已有的数据 库系统，特别是关系型数据库系统，建立知识库系统。演绎数据库可以看作沿这 一途径开发的实例；另一种途径是直接从知识表示着手，建立统一的知识库模型， 选择相应的推理机制，实现一个统一的知识库系统。在实现技术上，可以借鉴某 些数据库技术，特别是低层数据结构、存储组织等方面。 以上第一种途径又可分为下面两种方法： ( i ) 在原有的数据库管理系统d b m s 上加入推理子系统和智能接口，如图3 一l 所示。 硒裔询 一 解答 臁弱e 。推理机制r i b r l 数辫露 i 汹语言) 卜 ( ) k 一卜叫 图3 - i 数据库与知识库的转换 f i g u r e3 - 1d a t a b a s ea n dk n o w l e d g eb a s ec o n v e r s i o n 广东工业大学工学硕士学位论文 ( 2 ) 扩充、改造已有的d b m s ，将推理子系统嵌入到d b m s 之中，让d b m s 本 身能表达规则和某些抽象知识，并可进行演绎或归纳推理。这种改造、扩充的 d b m s ，其优点是效率高，存在的主要问题是实现起来太复杂。 3 4 知识管理概念 伴随知识经济的萌芽，知识管理备受学术界和工业界的关注，但是人们对知 识管理的定义还没有一个广泛的认同。下面列举知识管理的几个定义： ( 1 ) 美国德尔集团创始人卡尔弗拉保罗认为，“知识管理就是运用集体的 智能提高应变和创新能力，是为企业实现显性知识和隐性知识共享所提供的新途 径q 。” ( 2 ) 美国知识的进化作者v e r n aa l l e e 对知识管理的定义是：“帮助人 们对拥有的知识进行反思，帮助发展支持人们进行知识交流的技术，并帮助人们 获得知识来源，促进他们之间进行知识的交流。” ( 3 ) b r o a d b e n t 认为，知识管理是一种有目的的管理进程，它通过对信息管 理和组织学习的合理实施，加强组织内部知识的运用，进而服务于组织的整体利 益n ”。 ( 4 ) 根据国际知识管理联盟m a r km c e l r o y 先生的说法，知识管理分为两个时 期：第一代的知识管理是把知识传递、知识共享等行为简单组合起来生产知识： 而第二代的知识管理不仅重视知识的分享，更为重视知识的运用过程。 ( 5 ) q u i n t a s 认为，知识管理就是要持续管理所有知识，以满足现在和将来 的各种需要，确定和探索现有和获得的知识资产，开发新的机会n ”。 ( 6 ) r o b e r t s 则认为，知识管理就是在正确的时间，得到正确的信息，并传 递给正确的员工，以提供竞争的优势“一。 尽管上述定义对知识管理的理解不尽相同，但他们的核心是管理显性知识和 隐性知识之间的转化过程。理论上讲，组织的知识转化包括四种模式：i t 会化、 外化、综合和内化。社会化是一个共同分享个人的经历、经验，转而创造新的隐 性知识的过程；外化是通过比喻、比较、概念、假设或模型等多种方法和工具将 隐性知识表达成显性概念的过程；综合是将显性概念转变为一个知识系统的过 程；内化实质上是一个学习过程，它将通过社会化、外化、综合过程获得的知识 转化为个人的隐性知识。以上四种知识转化模式相互联系、螺旋上升，共同推动 1 4 第三章知识管理 组织的知识创新，知识库的储存量在此过程中不断增加。 知识管理是一件非常复杂的事情，随着研究者的不断研究，人们对知识管理 的认识也渐趋深入。对知识管理的理解一般可分为静态及动态两种观点。静态观 点把知识看作静态的实体，知识管理更多地涉及对知识内容的管理、维护与应用 w 。动态观点研究强调知识的动态特性，知识管理更多地涉及对知识相关过程( 知 识发现、知识挖掘、知识获取、知识存储、知识共享、知识传播、知识应用、知 识创新等过程) 的管理m 堋。 知识管理的特点是它强调入的重要性，注重知识创新及其有效利用m 。 3 5 知识管理相关技术 一般来说，可以将知识管理过程分为：知识收集获取、知识组织存储、知 识传输共享以及知识运用四个基本环节。 知识组织存储根据知识管理系统所选取知识表示方式的特点，建立适当的 模型，最后再以恰当的方式将这些信息知识存储在数据库或其他文件格式中。 知识传输共享可提高知识的价值。当前有很多的技术方式能够有力支持和 实现知识的分发共享，如i n t e r n e t ，i n t r a n e t ，e x t r a n e t ，企业门户，w e bs e r v i c e ， d c 伽，c o b r a 等。 下面重点介知识获取过程及知识运用专家系统。 3 5 1 知识获取 知识获取( 1 ( a ) 就是知识从外部知识源( 人类专家、书籍文献等) 到计算机内 部的转换过程。知识获取是专家系统的一个重要组成部分，它被用来解决专家系 统拥有知识的数量和质量的问题，直接影响着专家系统的问题求解水平和求解效 率。 知识获取过程从确定各种知识源到系统投入使用需要经过不同的阶段，不同 阶段需要用到不同的技术，这些阶段可概括地分为： 知识源的确定； 概念化文本形成阶段； 形式化阶段； 知识库建立阶段； 广东工业大学工学硕士学位论文 知识库测试、精炼与维护阶段( 通过实例找出缺陷，不一致，不完备) 。 知识获取方法的类型有交互型知识获取、自动型知识获取和混合型知识获取 三种方式。 ( 1 ) 交互型知识获取 就目前的水平而言，交互型知识获取仍为大多数专家系统所采用，其工作方 式如图3 2 所示。 书本知识 领域专家 图3 2 交互型知识获取 f i g u r e3 - 2i n t e r a c t i v ek n o w l e d g ea c q u i r i n g 从外部知识源获取知识需要一个中间媒介，这个角色需要由知识工程师来担 任。交互式知识获取先由专家对主要的目标进行解释，阐明解决这一问题所需要 的数据，以及这一问题分成哪些子问题。知识工程师通过阅读大量文献、同领域 专家反复交谈等，深入地分析领域专家处理问题的方法和思维方式，再从专家系 统实现的角度进一步向专家探明问题之间的结构特性、数据的来源、组织方式以 及对问题求解的重要程度。根据讨论的结果，可以得到一张新的问题表。然后对 每一个子问题或子目标的有关数据和求解方法加以探明。当问题表中全部问题都 讨论完毕后，知识工程师和专家一起对已获得的信息进行总结，并加以评估。 知识工程师将从中获得的知识用合适的知识表示模式或语言表示出来，交给 知识编辑器进行编辑输入。知识编辑器是一个软件，它负责把知识工程师用某种 语言表示的知识转换成计算机可以接受的内部形式，并存入知识库中。 ( 2 ) 自动型知识获取 通过机器自学习，从处理问题的过程中获取和积累知识，知识获取的过程不 需要知识工程师的介入。这是未来专家系统知识获取的发展方向。一个理想的系 统要具备两个基本功能： 将领域专家的知识自动转换成推理机可识别的内部知识代码； 将知识代码按一定的规律组织起来，便于维护。 要实现知识自动获取，一般要解决机器感知、机器识别和机器学习的问题。 自动获取的知识与非自动获取的知识是相互补充的，机器自学习是在知识库原有 第三章知识管理 知识的基础上进行的。 自动型知识获取采用知识发现技术，从而自动获取知识。知识发现是从数据 集中识别出有效的、新颖的、潜在有用的以及最终可理解模式的高级处理过程。 知识发现是- - f 交叉学科，涉及到人工智能、模式识别、统计学、智能数据库、 数据可视化等多个领域。数据挖掘( d a t am i n i n g ) 是知识发现的核心部分，数 据挖掘算法的好坏将直接影响到所发现知识的好坏。 随着应急指挥系统的推广和应用的深入，企业积累了大量的数据，同时，也 出现了“数据丰富，但知识贫乏”的尴尬现象。如何从大量的数据中及时有效地 提取有用的信息，这几乎是所有应急指挥系统所面临的一个共同难题。数据挖掘 就是从大型数据库的数据中提取人们感兴趣的知识，这些知识是隐含的、事先未 知的、潜在有用的信息，提取的知识可表示为概念( c o n c e p t s ) 、规则( r u l e s ) 、 规律( r e g u l a r i t i e s ) 、模式( p a t t e r n s ) 等形式。数据挖掘从大量的、不完全 的、有噪声的、模糊的、随机的数据中提取隐含在其中的、人们事先不知道的、 但又是潜在有用的信息和知识。就好像从大量的矿石中淘金一样，数据挖掘发现 的知识可以用于信息管理，查询优化，决策支持和过程控制。 数据挖掘技术可以分成统计分析类、知识发现类和其他类型的数据挖掘技术 三大类。统计分析型技术中使用的数据挖掘模型有线性分析和非线性分析、回归 分析、逻辑回归分析、单变量分析、多变量分析、时间序列分析、最近邻算法和 聚类分析等技术。利用这些技术可以检查那些异常形式的数据，然后，利用各种 统计模型和数学