2024年6月12日发(作者:)

第2 卷第3期 

计算机技术与发展 

COMPUTER rECHNOLOGY AND DEVELOPMENT 

2012年3月 

Vo1.22 No.3 

Mar. 2012 

海洋环境下武器效能评估系统的知识库构建 

张维琴,严洪森,刘乔乔 

(东南大学复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室,江苏南京210096; 

东南大学自动化学院,江苏南京210096) 

摘要:为了解决海洋环境下武器装备效能的评估问题,利用成熟的关系数据库技术提出了一种通用的知识表示方法,构 

建出海洋环境对武器效能影响评估系统的知识库。首先介绍了知识的两类来源,分析了效能评估知识的特点,表明传统 

的知识表示方法难以满足该评估系统的计算要求。然后详细地阐述了将规则、函数、算法、模型等统一到一个关系数据库 

中的通用关系知识表示方法,与一般知识表示进行比较,并根据其特点研究通用关系知识库的知识存储结构以及效能评 

估系统的推理机。最后给出基于框架知识的知识表示和推理实例。一个完善的通用关系知识库的构建将有助于解决海 

洋环境下武器装备效能的定量评估问题,为决策提供参考。 

关键词:海洋环境;效能评估;知识库;关系数据库;通用关系知识表示 

中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1673—629x(2O12)03-0059-05 

Foundation of Knowledge Base for Weapon Eficiency Evalfuation 

System Under Marine Environment 

ZHANG Wei—qin,YAN Hong-sen,LIU Qiao-qiao 

(Ministry of Educadon Key Laboratory of Measurement and Control of CSE, 

Southeast University,Nanjing 210096,China; 

School of Automation,Southeast University,Nanjing 210096,China) 

Abstract:Aiming at the problem of eficifency evaluation for weapon equipment under marine environment and using the mature technolo— 

gy of relational database,a universal knowledge representation method is proposd,and tehe knowledge base for the evaluation system is 

designed.First,two kinds of he sources oft knowledge are introduced,and the characteristics of the eficiency evafluation knowledge are 

nalayzed which shows hatt tradiitonal knowledge representations are hard to satisfy the computing reqmremen ̄ofthis eficifency evalua- 

tion system.Secondly,the universal relational knowledge representation,which unifies the roles,functions,algorihms,modelts,etc.into 

one relational database,is expounded in detail by being compared with normal knowledge representation.According tO the characteristics 

of universal relational nowlkedge representation,the storage structure of universal relational knowledge base and inference engine of he te- 

valuation system are studied.Finally,an example based on frame knowledge and inference engine is given.A perfect universal relational 

nowlkdge basee Can help tO solve the problem of quantitative eficifency evaluation for weapon equipment in marine environment and pro- 

vide references for decision—making. 

Key words:marine environment;eficifency evaluation;knowledge base;relational database;universal relational knowledge representation 

0 引 言 

随着信息战、电子战等一些现代战术的应用,各种 

先进电子设备陆续用到了海军武器装备上,这些现代 

化装备对环境要求比较严格,海洋环境对任一个武器 

响方面的研究才刚刚起步,工作较少,方法也比较简 

单。目前的一些评估分析主要是简单的统计查询或是 

根据保障经验总结出来的定性描述 ,特征阐述模 

糊,缺乏客观合理的量化指标,无法准确推算和有效评 

估各种气象水文要素对武器装备效能产生的综合影 

响,尚未形成有效、权威的评估体系,难以适应信息化 

条件下高技术战争的保障需要。因此,针对武器效能 

建立科学、合理、综合的气象水文保障评估系统成为亟 

待解决的问题。 

装备效能的影响都会对整个编队的作战效果产生不同 

程度的制约…。国内关于评估海洋环境对武器效能影 

收稿日期:2011-07—30;修回日期:2011—11—01 

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50875046,60934008) 

作者简介:张维琴(1986一),女,江苏如东人,硕士研究生,研究方向 

为计算机集成制造;严洪森,教授,博士生导师,研究方向为生产计 

划与调度、知识化制造、并行工程等。 

海洋环境下武器效能评估系统是一个庞大复杂的 

信息化系统,从结构上看,至少包括数据库、模型库、方 

60・ 计算机技术与发展 第22卷 

法库和知识库子系统。其中,知识库承担着存储管理 

知识和组织调用各种模型、方法及数据的责任,是系统 

的核心部分,决定着整个系统的成败 。 

中具有‘与’、‘或’、‘非’混合运算的复杂知识表示方 

法,而框架是面向其前件和后件中具有全‘与’、‘非’ 

运算,或全‘或’、‘非’运算的相对简单的知识表示方 

法。两者均既可以调用其它规则或框架,又可以调用 

1知识分析 

海洋环境下武器效能评估系统的知识从逻辑上可 

分为事实和规则两类:事实是常识性信息,以及通过领 

域专家分析和实践经验得出的结论性信息,是知识推 

理过程中的基本源,一方面可以被用于获得更新、更深 

层次的知识,另一方面也可以直接被用户查询;规则是 

函数、程序、算法和模型,进行变量和常量的逻辑运算, 

将产生式规则(框架)、变量、常量、函数、程序、算法、 

模型和数据统一到一个关系数据库中,从而实现了彼 

此有机和无缝集成,并兼具软件的灵活性和免编译。 

与传统人工智能语言Prolog相比,这种知识表示 

方法利用了关系数据库的强大数据处理与管理能力, 

判别和推理的依据,实际应用时需在推理机的帮助下 

完成实际结论的获取。图1为海洋环境对武器效能影 

响评估系统知识的来源及分类。 

知识库 

易于与c++、.NET等主流编程语言和平台集成,便于 

软件开发,且能够表达Prolog所能表示的任意复杂的 

规则,具有Prolog便于添加、更新和删除规则而程序免 

编译的灵活性,但克服了Prolog繁琐的谓词演算,难于 

与其他语言和关系数据库兼容,难于调用程序、算法和 

事实库 

规则库 

专家保障知识库 

模型等缺点 。 

与现有的基于关系数据库的普通知识表示方法相 

l专家保障经验

l 数据库 

衍生知识库 

Il气象水文保障I 

I I 案例库 l 

比,后者只能表示单一逻辑‘与’运算,遇到‘或’逻辑, 

必须利用等价关系转化成‘与’逻辑,增加了知识逻辑 

转换的额外负担。在规则存储中,往往是将规则的前 

l某一海洋水文环境要素对单一武器的I 

I 影响数据库 l 

件和后件分开存储在不同表中 ,浪费存储空间,更不 

能直接调用程序、算法和模型,因此只能表示与处理非 

常简单的诊断、咨询类问题[】。’”】,对于复杂知识的表 

示处理受到限制。 

由此可见,本设计中基于关系数据的规则和框架 

知识表示是一种新的通用知识表示方法,统称为通用 

图1 海洋环境对武器效能影响评估 

系统的知识来源分类 

武器效能评估系统涉及的对象较多,知识构成和 

功能实现要求复杂"],给知识库构建和推理机提出了 

难题,主要表现在以下三方面: 

第一,海洋环境气象水文要素数量多,一个武器又 

总是受多个环境要素影响,要素之间“与”、“或”关系 

复杂。 

第二,事实案例少,试验数据匮乏,大部分武器装 

关系知识表示,相应的知识库称为通用关系知识库,相 

应的规则称为通用关系规则,简称关系规则,相应的框 

架称为通用关系框架,简称关系框架。 

●通用关系知识表示方法表示关系规则和关系框 

架有以下共同点: 

备的试验数据匮乏。 

第三,要求准确推算和有效评估海洋环境对武器 

装备效能的影响,不仅需要定性定量地分析影响因子, 

而且需要使用特定的模型算法求解 。 

①关系规则和关系框架都采用树型结构表示知 

识,对于同一父节点,都遵循其所有子节点间要么同为 

‘与’,要么同为‘或’的原则; 

②需要把知识转变成IF-- ̄THEN的形式并按照关 

系基表的格式存入知识库; 

2知识库构建 

针对武器效能评估系统知识的复杂性特点,文中 

③每条产生式规则/框架只定义了前提满足后应 

完成的子任务,若干相关规则/框架的集合定义了整个 

问题的求解任务,而任务的具体执行由推理机完成实 

现求解; 

利用关系数据库的成熟管理技术,提出一种通用关系 

知识表示方法,在数据库中引入现有的人工智能技术, 

建立知识数据库,扩大数据库的功能,使其不但具有传 

统数据库的功能,还具有某些人工智能的能力,实现数 

据库演绎、推理和智能化 。 

2.1通用关系知识表示的概念 

④推理过程均是从根规则/框架结果部分开始逆 

向遍历所有其子规则/框架,然后从所遍历的最后一条 

子规则/框架开始正向按照与逆向遍历相反的次序依 

次执行所有子规则/框架直至其根规则/框架结果部 

分,因此,需要设置堆栈用以存放这些被遍历的所有规 

则/框架ID; 

本设计将产生式规则和框架知识表示成关系数 

据,可方便地对知识库中各类知识进行增加、删除、修 

改等操作管理。其中,产生式规则是面向前件和后件 

62・ 计算机技术与发展 第22卷 

中效能计算的要求。 

2.3推理机 

表2和表3(参考图2)。 

表2专家保障经验关系框架适用的 

关于海洋气象水文变化对武器装备影响的实际数 

据极度匮乏,为了得到相关武器的效能数据,选择采用 

模糊推理机,主要由案例匹配器、模糊衍生推理器、结 

武器装备型号清单表 

r 。 深水炸弹A 李 冀 二鑫 

3.2推理过程 

。m' 

论保存部件、驱动解释部件组成 。 

在武器型号和环境要素的事实输入消息的驱动 

下,案例匹配器对比已有的事实案例,若在五个基本事 

实库中已存在,则推理获取效能数据,否则运行模糊推 

系统在武器型号和环境要素的事实输入消息的驱 

动下,使用专家武器装备保障经验关系框架库和系统 

内存中的信息进行匹配推理获得效能值¨ ,其推理机 

理器。模糊衍生推理器根据武器的要素及权重,在事 

制的实现过程如图3所示: 

实库中检索给定相似度(由用户输入,可交互调整)下 

第1步,系统向用户询问武器的型号,当获得回答 

的样本数据,然后根据衍生推理知识,调用相关的通用 

“武器型号=深水炸弹A”,输入到工作内存中; 

模型算法,分别对每个通用模型进行训练,从中选择一 

第2步,系统根据武器型号读取数据库中的“气象 

个对该样本数据拟合最好的通用模型作为被评估武器 

水文对武器装备型号影响的要素表”,获取主要影响 

的衍生专用条件模型,将结果传送到数据库中保存给 

该武器效能的气象水文要素; 

解释器,并通过黑板机制向用户反馈推理过程。 

第3步,影响该武器的气象水文要素为:海流、海 

浪、水深,将其输入到工作内存中; 

3实例分析 

第4步,系统向用户询问海流、海浪、水深,获得回 

采用Oracle lOg数据库和c#面向对象语言,以一 

答“海流=0.4m/s,海浪=lm,水深800m”,输入到工 

个简单的地理海洋环境数据示例,基于五个基本事实 

作内存中; 

知识库之一的专家武器装备保障经验数据库,说明存 

第5步,系统查找“专家保障经验关系框架适用的 

储推理过程。其中,效能是评估武器装备在综合环境 

武器装备型号清单表”,获取该深水炸弹A的相应关 

要素下的发挥状况,其取值范围为0~1:1为最适宜 

系框架知识; 

装备工作状态,0为装备无法工作状态 。 

第6步,将深水炸弹A的相应关系框架F10输入 

3.1知识表示 

到工作内存中; 

专家武器装备保障经验库中存有框架知识F10: 

第7步,将工作内存中的信息与F10的前提逐个 

对于某普通深水炸弹A,海流小于1m/s,且海浪浪高 

匹配; 

小于3m,且水深小于1500m ,其发挥效能一般为 

第8步,三个前提全部匹配成功,输出结论,即效 

0.856。限于篇幅只列出在数据库中的部分存储表,见 

能值0.856。 

表3专家保障经验关系框架库表 

FID FNo Pre SCO NSC NV1 NV2 VO VN1 VT1 VV1 VR1 VN2 V 『2 VV2 VR2 Notes 

1 FIO Yes AND 0 0 0 < Null Char 海流 Null 

Null Nam 

1 Null 海流<lm/s 

2 FIO Yes AND 0 0 0 < Null Char 海浪 Null 

Null Nam 

3 Null 海浪<3m 

3 FIO Yes AND 0 0 0 < NulI Char 水深 Null 

NuU Nllm 

1500 Null 水深<1500m 

4 F10 No AND 0 0 0 ; Null Char 效能 Null 

Null Num 

0.856 Null 效能=0.856 

问: 

/一_ 

3 

事实:由“气象水文对武器装备型号影响的要素表”, 

2 

武器型号=? 

r 

获得深水炸弹A的相应气象水文要素为海流、海浪、水深; 知 

答: I __—_ 事实:由“专家保障经验关系框架适用的武器装备型号清单表”, 识 ● -、 _) 

武器型号=深水炸弹 获得深水炸弹A的相应关系框架F10; 库 

A 8 _ 关系框架(F10):IF海流<lm/s且海浪<3m且水深<1500m 

问: THEN效能=0.856 ● —— 

海流=? 

海浪=? 1 ,r 武器型号=深水炸弹A: 

。 

水深:? 气象水文要素:海流、海浪、水深; 工 

答: 4 海流

=0.4m/s、海浪=lm、水深=800m; 作 

海流=0.4m/s 内 

海浪=lm 、—_,' 关系框架F10; 存 

水深=800m 沛台 :n R . 

图3推理机制实现过程 

第3期 张维琴等:海洋环境下武器效能评估系统的知识库构建 ・63・ 

4结束语 

Chinese Contarl and Decision Conference.Guilin,China:[s. 

1)通过分析海洋环境下武器效能评估问题的研 

n.],2009:17-19. 

究意义和现状,表明建立科学、合理的武器效能评估系 

[5]Li Dong,Li Guolin,Che Dasheng.Research on evaluation 

method of weapon equipment based on工s—SVM with pal ̄me— 

统的重要性。 

ters optimization[C]//The 1st International Conference on In— 

2)根据海洋环境下武器效能评估系统知识库的 

formation Science and Engineering(ICISE).Nanjing,China: 

知识来源,分析知识的复杂性特点,对知识表示提出新 

[s.n.],2009:0482—4085. 

要求。 

[6]金妍.车辆导航的智能查询知识库系统研究[D].大连: 

3)针对海洋环境下武器效能评估系统知识的特 

大连理工大学,2006. 

性,借助关系数据库的成熟管理技术,提出通用关系知 

[7]徐勇,邹振华.海洋环境对舰载鱼雷效能的影响评估 

识表示方法,将规则(框架)、变量、常量、函数、算法、 

[J].舰船电子工程,2009,29(7):177-180. 

模型和数据统一到一个关系数据库中,实现了知识库 

[8] 张韧,彭鹏,黄志松,等.海洋环境影响航母编队反潜 

与数据库的有机统一,很好满足了海洋环境对武器效 

效能的三级评估模型[J].指挥控制与仿真,2008,30(6): 

66—69. 

能影响的定量评估要求。 

[9] Roventa E,Rosu G.The diagnosis some kidney diseases in a 

4)详细介绍了通用关系知识表示方法的特点和 

small prolog expe ̄system[J].Soft Computing Applications, 

存储结构,并给出一个简单实例分析,利用专家武器装 

2009,9(3):219—224. 

备保障经验库知识推理衍生出气象水文对武器效能的 

[10]Cai Heng.Development expert system[J].Journal of Don#ua 

定量影响。 

University(Eng.Ed.),2010,27(3):435—438. 

5)在海洋环境下武器效能评估系统知识库运用 

[1 1]Chen Wenbin,Liu Xiaoning,He Chan6iu,et a1.Knowledge 

实践中,除了搜集更丰富的知识存储到知识库中,模型 

base design for fault diagnosis expert system based on produc- 

库中通用模型的选择、武器相似度的计算也是需要解 

tion rule[C]//2009 Asis—Paciifc Conference on Infomration 

决的问题,以期获得比较准确的效能评估值。 

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