钩计划知识库管理系统设计实现

李文婷 娄正良（北京全路通信信号研究设计院有限公司，北京 100073）

1 概述

基于知识库的钩计划自动编制系统已在武汉北编组站C IPS中成功实施，其知识库管理系统与普通信息管理系统相比，差异主要有两个方面。

一方面知识库中的知识既要存储在数据库中又要解析显示成汉语文本供专业人员阅读理解。另一方面，由于知识库内知识之间有较为复杂逻辑关系，涉及到知识之间是否相互矛盾，是否出现冗余等问题，为保证推理机正常使用，知识库管理必须设计知识检查功能。

2 系统设计

2.1 系统功能设计

知识库管理系统根据知识库的结构和特点进行设计实现，有怎样的知识库就有相应的管理系统。具体的钩计划知识库管理功能图如图1所示。

用户对知识库的操作，包括禁用、增加、删除、修改规则及调整规则优先级等，还可以方便的检索解体规则，输出知识库文本。

系统内部会自动备份知识库，有条件恢复知识库；可以根据C IPS信息共享平台，自动生成知识库框架；可以将存储在数据库中的数据通过文本解析，翻译成专业人员可以阅读的文本；可以进行自我检查，辅助人工维护知识。

另外系统具有一些统计功能，可以对自动编制功能的使用频率和兑现率等进行统计。

李文婷，女，毕业于西南交通大学，工程师。研究方向为钩计划自动编制。

2.2 系统结构设计

系统的结构图，如图2所示。与通常意义上的信息系统不同，知识库管理系统增加了规则解析和完整性检查两个模块。

系统将存储在关系数据库中的数据读入到本地数据集中，通过解析模块和完整性检验模块将解体作业相关知识（规则）显示在界面上，并为用户提示出不合法的解体规则；用户通过交互界面对解体规则进行修改，操作的结果通过完整性检验合格后才能写入到数据集，数据集再更新到数据库中，更新后的数据再次完成翻译过程和完整性检查过程，翻译结果更新到界面上。

3 重点功能实现

一条解体规则的结构如图3所示，解体规则中“待解车辆信息、附加条件及基本规则的一部分”都用来描述条件{P}，其具体内容涉及待解车辆、集结场车辆及未来车流等信息；基本规则中的另一部分用来描述结论Q，具体是指待解车辆的解体去向。

3.1 规则文本解析

从总体上看，钩计划知识库采用产生式规则表示法，其基本形式如公式（1）所示，表示如果条件集合{P}成立，则能得到结论Q。

“待解车辆信息”相同的规则组成一组，优先级高的规则优先匹配，状态位决定本条规则是否可用。解体规则的具体内容由基本规则和附加条件来确定。

解体知识库中存储的是专业用户的经验知识和工作方法，由于汉语语言的二义性，经验的表述具有一定难度。参照编组站调度计划编制领域专业人员使用的术语和表达习惯，设计了一种简洁的汉语表达方式，示例如表1及表2所示。

依据待解车辆的最终去向，基本规则被分为4个大类，分别是转交流、放入有车线、开新线和其他。

每个大类中有细分的规则类型（类型众多表中没有完全列举）。附加条件根据所涉及的车流数目，分为多车流和单车流附加条件，附加条件中可以描述未来车流并做车流运算。随着自动解体知识库需求变更，解体规则的类型可以不断扩充。

表1 基本规则分类

表2 附加条件分类

知识库中存储的解体规则以一定的结构存储在关系数据库中，解析规则文本的过程首先是确定本条规则的类型，然后根据表1和表2中不同类型规则的文本，填写“【】”中的内容。经过解析的知识库文本显示在图4所示的管理系统界面中。

用户在维护知识库的过程中，需要选定要输入的基本规则类型，以基本规则类型示例为模板，通过下拉框等控件填写规则模板“【】”中的内容，从而完成一条规则的录入。附加条件也采用同样的维护方法。

3.2 知识库完整性检查

知识库是钩计划决策的依据，知识的错误必然导致决策的错误。对知识库完整性的最基本要求是编组站内所有车辆都能匹配到相应的解体规则，系统依据解体规则进行决策，一定可以获得车辆的解体去向。

基于知识库的组织方式完整性检查划分为库级、组级和条目级，具体内容如表3所列。

表3 知识库完整性检查

用户每次修改知识库时系统会自动进行条目级完整性检查，禁止并提示用户的不合理修改；用户需定期执行组级和库级完整性检查，系统打印详细检查结果。

3.3 知识库框架自动生成

根据解体作业中存在的一些通用性知识、既定规律和工作方法，可以粗略的生成解体规则的框架。框架的生成以车流类型为基本分类依据，不同的车流对应不同的规则框架，如表4所示。钩计划自动编制系统可以依据知识库框架做出最基本的决策，但是要达到日常应用水平，需要针对每个车站的作业特点对解体规则进行扩充和修订。

表4 根据车流分类的规则框架

在实际生产中，调度对摘挂车流的处理方式比较灵活，在生成知识库框架时，摘挂车流的解体按照列车成组的要求。

4 结论

与以往采用各种算法和模型来生成解体计划系统相比，知识库方法的引入使解体计划的编制过程和依据更加透明，增强了用户的参与性与决策系统的灵活性。

武汉北C IPS系统中，钩计划自动编制系统已经成功实施并面向日常使用，证明了这种方法的可行性。针对系统部署周期较长，推广难度也较大和维护成本较高等情况，维护系统加强了自动生成规则框架和完整性检查功能，在一定程度上克服了上述情况，知识库的自学习是一个待填补的空白。

[1] 娄正良,李文婷.基于知识库的调车计划自动编制系统[J].中国铁路,2010(8):38-42.

[2] 丁昆.铁路编组站GIPS系统的研究[J].中国铁路,2009 (11):27-31.

[3] 疏礼兵.组织知识、知识分类和知识特性[J].情报杂志,2008(1):76-79.

[4] 熊巧.编组站站调IDSSG[J].铁路运输与经济,2004,26(10):55-57.