摘 要： 介紹了以Visual C++為工具開發(fā)的基于半自動(dòng)化知識(shí)獲取的操作票專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了圖形在線自動(dòng)開票、手工開票、調(diào)典型票等多種開票方式，具有操作票管理、編輯及模擬仿真操作功能。具有一定的學(xué)習(xí)能力，能夠自動(dòng)更新和完善專家知識(shí)庫(kù)，防誤功能強(qiáng)大，且圖形界面友好，易維護(hù)、易操作，具有較高的智能性和安全性。
關(guān)鍵詞： 操作票；專家系統(tǒng)；知識(shí)庫(kù)；半自動(dòng)化知識(shí)獲??；知識(shí)表示
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??? 操作票又叫倒閘操作票，將設(shè)備由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)的過程叫做倒閘，所進(jìn)行的操作叫做倒閘操作，操作票就是倒閘操作的操作步驟序列。電力系統(tǒng)中經(jīng)常涉及倒閘操作，倒閘操作必須首先擬寫操作票，然后按照操作票逐項(xiàng)執(zhí)行。
隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，運(yùn)行操作也越來越復(fù)雜。每日的操作產(chǎn)生大量的操作票，這些操作票的產(chǎn)生和執(zhí)行使調(diào)度員的大腦一直處于緊張狀態(tài)，稍有疏忽，就會(huì)引發(fā)嚴(yán)重事故，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。為減輕運(yùn)行人員的工作壓力，避免事故發(fā)生，減少經(jīng)濟(jì)損失，近幾年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者以及專業(yè)軟件公司研發(fā)了許多的操作票專家系統(tǒng)，取得了較好的應(yīng)用效果。操作票專家系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)，采用專家系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將電網(wǎng)操作規(guī)則和經(jīng)驗(yàn)構(gòu)成專家知識(shí)庫(kù)，由專家系統(tǒng)在線自動(dòng)開具操作票[1]。操作票專家系統(tǒng)一方面將調(diào)度員從復(fù)雜的勞動(dòng)中解脫出來，集中精力去解決電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中更深層的問題；另一方面彌補(bǔ)了新調(diào)度員操作經(jīng)驗(yàn)不足的缺點(diǎn)，避免由于經(jīng)驗(yàn)不足造成的疏漏[2]。但是目前國(guó)內(nèi)外的大多數(shù)操作票專家系統(tǒng)都采用人工知識(shí)獲取方式，系統(tǒng)沒有學(xué)習(xí)能力，當(dāng)電力系統(tǒng)接線方式發(fā)生變動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)知識(shí)不能自動(dòng)更新，這給使用造成不便。
本文所設(shè)計(jì)的基于半自動(dòng)化知識(shí)獲取的操作票專家系統(tǒng)具有一定的學(xué)習(xí)能力，能夠在運(yùn)行實(shí)踐中從已有知識(shí)中演繹、歸納出新知識(shí)，且系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/a>著色功能，所以當(dāng)電力系統(tǒng)接線方式發(fā)生變動(dòng)時(shí)，專家系統(tǒng)能夠?qū)χR(shí)庫(kù)進(jìn)行自動(dòng)更新和完善。
1 操作票專家系統(tǒng)
操作票專家系統(tǒng)是一種基于知識(shí)的智能推理系統(tǒng)。它根據(jù)人工智能的原理，利用專家提供的電力領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行推理、模擬人類專家做出決定的過程，解決復(fù)雜問題[3]。
知識(shí)表示、推理機(jī)和知識(shí)獲取是操作票專家系統(tǒng)的三個(gè)重點(diǎn)。
1.1 知識(shí)表示方法
知識(shí)是人們把實(shí)踐中獲得的信息關(guān)聯(lián)在一起所形成的信息結(jié)構(gòu)[4]。知識(shí)表示是將關(guān)于世界的事實(shí)、關(guān)系和過程等編碼成為一種合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。知識(shí)表示的主要問題是設(shè)計(jì)各種知識(shí)的表示方法、表示與控制的關(guān)系、表示與推理的關(guān)系以及知識(shí)表示與其他領(lǐng)域的關(guān)系。在解決某一問題時(shí)，不同的表示方法可能產(chǎn)生完全不同的效果。
本系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)包括靜態(tài)設(shè)備庫(kù)和專家規(guī)則庫(kù)，靜態(tài)設(shè)備庫(kù)主要存放電氣運(yùn)行設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及其屬性，專家規(guī)則知識(shí)的來源有電網(wǎng)調(diào)度、變電站運(yùn)行規(guī)程、有關(guān)電氣運(yùn)行安全規(guī)程以及電氣運(yùn)行人員的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。規(guī)則知識(shí)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，是推理機(jī)的知識(shí)來源。
本系統(tǒng)中靜態(tài)設(shè)備庫(kù)采用關(guān)系表來表示，專家規(guī)則知識(shí)采用產(chǎn)生式表示法，基本表達(dá)方式為IF（對(duì)某設(shè)備進(jìn)行某種操作）THEN（相關(guān)設(shè)備應(yīng)處于某種狀態(tài)），現(xiàn)舉例說明。
設(shè)301為35 kV高壓側(cè)斷路器，301-1為301上側(cè)刀閘，301-2為301下側(cè)刀閘，根據(jù)電力五防規(guī)則中的“防止帶負(fù)荷拉刀閘”原則，若要合上301斷路器，則要求先合上301-1刀閘和301-2刀閘，在本系統(tǒng)中該知識(shí)表示為：
如果合上301斷路器，則301-1刀閘處于合位，且301-2刀閘處于合位。
系統(tǒng)知識(shí)的錄入采用專門編制的人工智能知識(shí)編輯軟件——知識(shí)管理工具，錄入界面直觀，操作簡(jiǎn)便。
1.2 推理實(shí)現(xiàn)
專家系統(tǒng)的推理機(jī)制又稱為控制策略，是專家系統(tǒng)的核心之一。操作票專家系統(tǒng)中的推理主要是一些邏輯判斷工作，不需要數(shù)值計(jì)算。推理機(jī)制包括正向推理、反向推理和混合推理。
本專家系統(tǒng)采用推理機(jī)與知識(shí)庫(kù)相分離的設(shè)計(jì)方法，當(dāng)對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行增加、刪除、修改或更新時(shí)，推理機(jī)不需要做任何更改，系統(tǒng)仍能正確安全地運(yùn)行。系統(tǒng)采用正向推理，利用深度優(yōu)先搜索算法。
調(diào)度人員下達(dá)操作任務(wù)后，進(jìn)行任務(wù)分解，確定操作設(shè)備、設(shè)備類型、初態(tài)及末態(tài)，然后逐步進(jìn)行操作。當(dāng)對(duì)某設(shè)備進(jìn)行操作時(shí)，系統(tǒng)先從靜態(tài)設(shè)備庫(kù)中取得該設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，然后進(jìn)入防誤規(guī)則判斷模塊，采用正向推理機(jī)制，自動(dòng)循環(huán)匹配該操作需要滿足的操作規(guī)則，匹配成功后從操作術(shù)語(yǔ)庫(kù)中讀取操作術(shù)語(yǔ)，把該操作轉(zhuǎn)換成一條操作項(xiàng)。當(dāng)所有的操作都完成時(shí)就生成了實(shí)際的操作票。形成操作票的推理流程如圖1所示[3]。
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1.3 半自動(dòng)化知識(shí)獲取
半自動(dòng)化知識(shí)獲取是指在人工知識(shí)獲取的基礎(chǔ)上增加了部分機(jī)器學(xué)習(xí)功能，是專家系統(tǒng)本身能夠從大量的實(shí)例中歸納出某些知識(shí)。半自動(dòng)化知識(shí)獲取實(shí)際是目前建造專家系統(tǒng)最常采用的方法。盡管自動(dòng)知識(shí)獲取是人們所渴望的，但由于目前許多相關(guān)技術(shù)如模式識(shí)別、自然語(yǔ)言理解、機(jī)器學(xué)習(xí)等還不太成熟，因此，人機(jī)結(jié)合的半自動(dòng)化知識(shí)獲取方法在目前來說是比較好的方法[4]。目前國(guó)內(nèi)外的大多數(shù)操作票專家系統(tǒng)采用的是人工知識(shí)獲取，通常由相關(guān)人員把所獲得的電氣設(shè)備知識(shí)和電氣規(guī)則知識(shí)以某種合適的知識(shí)表示形式送入知識(shí)庫(kù)中，當(dāng)電力系統(tǒng)接線方式發(fā)生變動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)不能自動(dòng)更新，需要相關(guān)人員把新知識(shí)手動(dòng)添加到知識(shí)庫(kù)，這給使用造成不便。而本文所實(shí)現(xiàn)的操作票專家系統(tǒng)采用的是半自動(dòng)化知識(shí)獲取方式，系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲δ?，能?duì)線路進(jìn)行拓?fù)浞治觯⑦M(jìn)行動(dòng)態(tài)著色，從而區(qū)分出帶電部分和掉電部分。當(dāng)電力系統(tǒng)接線方式發(fā)生變動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)搜索網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，結(jié)合原有知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)，進(jìn)行類比學(xué)習(xí)、演繹、歸納學(xué)習(xí)，得到新的知識(shí)，從而自動(dòng)更新靜態(tài)設(shè)備庫(kù)和專家規(guī)則庫(kù)，提高了系統(tǒng)的智能性和安全性，這正是本文的創(chuàng)新點(diǎn)所在。
2? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)采用模塊化的思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了操作票生成（包括圖形自動(dòng)開票、手工開票和調(diào)典型、歷史票、預(yù)存票三種方式）、操作票模擬預(yù)演、操作票管理及系統(tǒng)維護(hù)等功能。其總體結(jié)構(gòu)框架如圖2所示。
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本系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)通信在線地獲取現(xiàn)場(chǎng)電力SCADA系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息，及時(shí)更新系統(tǒng)靜態(tài)設(shè)備庫(kù)中相應(yīng)設(shè)備的狀態(tài)，正確反映現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)的變化。知識(shí)管理模塊負(fù)責(zé)操作票專家系統(tǒng)知識(shí)的錄入、自動(dòng)更新和完善。這種模塊化的思想以及將靜態(tài)設(shè)備庫(kù)、專家規(guī)則庫(kù)與推理機(jī)相分離的思想提高了系統(tǒng)的通用性和可維護(hù)性。
3?系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
本操作票專家系統(tǒng)采用Visual C++ 和SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)實(shí)現(xiàn)，開發(fā)過程中采用了面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法OOP，開發(fā)出了一種逼真的圖形化的用戶界面。系統(tǒng)有常規(guī)的操作票管理、系統(tǒng)安全性校驗(yàn)，操作術(shù)語(yǔ)自定義，開票方式多樣化，具有良好的通用性。在圖形自動(dòng)開票模式下，用戶通過用鼠標(biāo)點(diǎn)取圖形上相應(yīng)的電氣元件來完成開票過程，點(diǎn)取設(shè)備后，系統(tǒng)自動(dòng)從專家規(guī)則庫(kù)中搜索該操作需滿足的規(guī)則，與設(shè)備庫(kù)中各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)相匹配，若都匹配，則該操作符合防誤邏輯，根據(jù)操作術(shù)語(yǔ)庫(kù)，在操作票中自動(dòng)生成一條操作項(xiàng)，還可根據(jù)需要同時(shí)生成相應(yīng)的檢查項(xiàng)和可選擇項(xiàng)；若有一條不匹配，則停止搜索，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提示所違反的規(guī)則，不生成這條操作項(xiàng)。系統(tǒng)對(duì)用戶已開出的操作票可以自動(dòng)添加編號(hào)，并進(jìn)行儲(chǔ)存、管理，保存相關(guān)信息，如開票人、開票時(shí)間、操作票編號(hào)、開票內(nèi)容等，并可按開票人、開票時(shí)間或操作票編號(hào)查詢，同時(shí)打印模塊能夠按照用戶的需求定制與現(xiàn)場(chǎng)完全一致的操作票格式[5]。
系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境為Windows 2003 Server網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境采用高速以太網(wǎng)，支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議如TCP/IP 等，系統(tǒng)硬件可采用高檔微機(jī)。由于硬件設(shè)備及接口、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議均建立在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，因而開放性好并有利于保護(hù)電力系統(tǒng)的軟件投資和系統(tǒng)功能的進(jìn)一步擴(kuò)充[6]。
本操作票專家系統(tǒng)已在多個(gè)電廠、變電所和工礦企業(yè)的配電室投入運(yùn)行，實(shí)踐證明該系統(tǒng)運(yùn)行可靠、防誤操作功能強(qiáng)，用戶界面友好，易學(xué)易用，能夠滿足電力系統(tǒng)對(duì)防誤操作、自動(dòng)或手工開具操作票的需要。
參考文獻(xiàn)
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