专家系统的实例分析

【教学目的】

以操作票专家系统中的操作校验功能为例，阐述以下问题：

1、专家系统的设计和开发过程

2、构造专家系统的关键问题：知识表示。不同知识表示方案，决定系统性能，适用不同目标，采用最切合实际问题需要的方案。

【案例分析】

1、操作校验的功能需求

（1）调度/变电站的倒闸操作工作简介

图：两站一联络线（都是单母分段），一系统（每站有一线与系统连接）

      11143                             11143

       1114                               1114

      11141                              11141

龚家湾站                           华林站

电气设备的四种运行方式：运行、热备用、冷备用、检修

联络线正常工作方式：运行

联络线检修的工作流程：

调度员 写 调度操作票：（华林站为受端）

令华林站：华龚线1114运行转冷备用

令龚家湾站：龚华线1114运行转检修

令华林站：华龚线1114冷备用转检修

华林站值班员 写 变电站操作票：

操作任务：华龚线1114运行转冷备用

操作步骤：（二次设备忽略）

拉开1114开关

拉开11143刀闸

拉开11141刀闸

（2）操作票专家系统的功能

目标：辅助调度/变电站值班员开票和管理票的审核、执行。

辅助开票方式：

短语开票

点图开票

自动开票

操作校验是智能操作票的核心之一，用来校验当前要操作的设备是否符合规程要求，操作后不会发生“五防”这样的恶性事故，不会违反现场的运行规程，符合本地区的操作习惯。

（3）（一次设备）操作校验的需求描述

已知：

电网的接线

操作前的开关、刀闸状态   初始态

现场的运行规程

要操作的设备、操作前状态、操作后状态

求：是否允许某设备在当前运行方式下，由操作前状态转换到操作后状态。

生成操作术语

人机界面：取

设备名称，目标状态

是

是否允许操作？

操作校验模块(推理机)

否

提示不允许操作的原因

所有电网设备操作规则

所有电网设备当前状态

信息流图（系统结构图）

2、一次设备常用操作规则

（1）五防

带负荷拉合刀闸

带地线/地刀合刀闸

带电挂地线/合接地刀闸

（2）停送电顺序

停电：先负荷，后电源 

＝》 出线：先出线刀闸，后母线刀闸

＝》 联络线：先负荷站，后电源站

＝》 主变：先低压，后高压

（3）等电位操作

3、用产生式表示刀闸的操作规则

规则一：IF  与刀闸同间隔的开关分  THEN  刀闸能分或合

规则二：IF  与刀闸相关的接地刀闸/线全部为分  THEN  刀闸能合

规则三：IF  刀闸是母线刀闸 且 停电操作 且出线刀闸分  THEN  刀闸能分

规则四：IF  刀闸两端具备等电位条件  THEN  刀闸能分或合

4、刀闸操作校验的实现方案1

为实现上述条件的匹配，必须描述开关刀闸的属性：

规则一：刀闸      开关       同间隔

规则二：刀闸  接地刀闸/线    相关？

规则三：母线刀闸   停电操作？   出线刀闸

规则四：等电位？

    方案1：以设备为核心

产生式的操作规则嵌入推理源程序

输入变量：刀闸名、初态、终态、操作性质（停/送）

流程：按操作规则顺序推理

用间隔为中心的表示方法的推理流程(以校验规则一为例)：

由刀闸名，在间隔数据表中查找相关的开关；

由开关名，在设备状态表中查分合状态；

IF  开关分  THEN  刀闸能分或合，置“规则一”成立标志

用设备为中心的表示方法的推理流程(以校验规则一为例)：

由刀闸名，在设备数据表中查找所在的间隔；

在设备数据表中查找该间隔的开关

由开关名，在设备状态表中查分合状态；

IF  开关分  THEN  刀闸能分或合，置“规则一”成立标志

（3）方案评价

优点：能实现规则1~3的校验

缺点：操作规则嵌入源程序，不能维护（增加）

要解决的问题：如何将操作规则和推理机分离。

5、刀闸操作校验的实现方案2

（1）操作规则的知识表示

采用逻辑公式的方法（不需要方案1的间隔描述）

流程：

由（刀闸名、目标状态），在操作规则表中查相应的五防逻辑表达式

解析并计算逻辑表达式的值

如果值为1，刀闸可操作

（3）方案评价

优点：推理机和知识库分离

缺点：知识库维护工作量大

方案1和方案2表达等电位的知识较困难

要解决的问题：能实现五防和等电位判断，且与接线形式无关，不需要维护规则库

6、刀闸操作校验的实现方案3

采用拓扑搜索，搜索目标：

搜索刀闸两端是否有等电位路径。

搜索刀闸两端所带的电源和负荷情况，判断是否会带负荷操作。

搜索刀闸两端所在的系统是否有闭合的接地刀闸。

重点在搜索，因此，搜索方法和系统拓扑关系的知识表示是两个关键问题。

（1）系统拓扑关系的知识表示

参考“接线分析”，再加入设备属性

（2）推理机的设计

流程：

网络接线分析

闭合的开关刀闸合并为节点：端点－节点对照表

有设备相连的节点合并为子系统：节点－子系统对照表

操作规则分析

断开刀闸两端的端点属于同一节点，表明具备等电位操作条件

【结论】

1、专家系统的设计和开发过程

（1）深入理解并掌握领域知识。研究什么，先要体验工作，多问经验和知识的深层原理

（2）较好把握系统需求，输入和输出

2、构造专家系统的关键问题：知识表示。

知识表示的本质是如何让计算机理解人的知识，设计者将人的经验知识归纳为计算机能识别的信息，设计者的专业程度决定归纳的知识是否符合系统需求。

不同知识表示方案，决定系统性能，适用不同目标

采用最切合实际问题需要的方案。

知识表示反映系统的设计思想，但必须和推理机共同完成系统功能

MIS看似简单，实际上是最不好做的项目，其难点不在程序实现，而在设计内容是否满足用户需求。

作业：用上述任一种方法，编程实现隔离开关的操作校验功能

电网规模：双母线（1个母联，2个出线间隔，分别接电源和负荷）

        或 采用接线分析作业的电网,每个断路器两侧增加隔离开关

要求：在该网络上，可校验任何一个隔离开关设备是否允许操作( 断路器状态可以任意设置 )。

输入：（设备名，目标状态）

采用文本文件读入

输出：是否允许操作，若不允许给出原因。

其它必备的数据文件，如每个设备的初始状态、描述设备间的关系等，自己设计数据格式。