《铁路技术管理规程》知识库管理系统研究

刘 新，保鲁昆，贾永刚，杨万斌

（1.中国铁道科学研究院集团有限公司 运输及经济研究所，北京 100081；2.中国铁路郑州局集团有限公司 运输处，郑州 450052）

在当今的知识经济时代，创新能力成为企业的核心竞争力，通过有效并且高效的知识管理，能够促进知识共享，推动企业的创新；而在知识剧增、信息爆炸的条件下，知识的管理能力显得愈发重要[1]。目前对知识管理并没有一个统一的定义。John Girard等通过对不同专家和作者的100多个定义进行统计分析后，根据各个定义中出现的高频词组合后得出：知识管理是创建、共享、使用和管理组织内的知识和信息的过程。这个言简意赅的定义道出了知识管理的本质，即知识的显性化和知识的共享[2]。

知识库（Knowledge Base）是知识管理的一个有效工具，它通常围绕某个主题，收集、整理与该主题相关的所有知识，并提供知识的检索，实现知识的共享。知识库是按照一定的知识体系，有针对性、目的性地组织起来的数据库，是专业化的、面向用户的知识服务系统[3]。知识库中的数据既可以是事实描述、专家经验、案例分析，也可以是某个领域内有关的定义、定理、运算法则及常识性知识等[4]。

《铁路技术管理规程》（简称：《技规》）是我国铁路技术管理的基本规章，是各部门、各单位制定技术管理文件的依据。目前，执行的《技规》分高速铁路部分和普速铁路部分共2册，其主要内容涵盖技术设备、行车组织、信号显示等方面。自1950年第1版《技规》发布以来，截至2017年底共经历了10次修订。《技规》作为基本规章具有严谨性、全面性，因而其容量很大，仅普速铁路部分即达21万余字[5]，但对于某个具体工种而言，其相关内容则可能散布于全书的不同章节；而且由于认知水平上的差异，每个人对具体条文的理解也可能存在偏差。

知识管理的认知和实践与应用在我国铁路行业起步较晚；在铁路技术规章领域，中国铁路总公司技术规章管理系统于2009年上线，各铁路局集团公司也先后建设了自己的技术规章管理系统，但这些系统基本上还停留在信息的存储和查询阶段，与知识管理的要求相距甚远。因此，有必要建设《技规》知识库管理系统，充分应用知识管理理论、现代信息技术和多种形式的知识资源，实现《技规》相关知识的充分共享和交流；在此基础上，从《技规》入手加强技术规章从制定、修订到废止的全寿命周期管理，并在积累足够历史数据的前提下研究技术规章演变规律，为技术规章的创新提供支撑。

1 《技规》知识库管理系统设计原则

1.1 尊重知识管理科学规律

《技规》知识库管理系统作为一个知识管理系统，其目的是实现知识的不断积累，在互相信任、公开交流、实现共享和持续学习的良性循环中，使员工和企业的应变能力、创新能力和竞争能力得到提高。因此，系统设计过程中应充分考虑并坚持知识的积累原则、信任原则、共享原则、交流原则及学习原则[6]。

1.2 坚持系统易用性、开放性、可扩展性原则

（1）易用性：用户界面友好，符合一般用户的使用习惯，便于用户操作和交互；界面风格应当统一，简洁而不失灵活性。（2）开放性：在保证安全的前提下，应尽可能选用符合行业标准的开发工具和组件；充分考虑已有信息系统的应用现状，合理规划，避免制造新的信息孤岛。（3）可扩展性：降低系统各模块间的耦合度，确保未来系统功能的扩展或调整不会对系统造成大的影响。

1.3 坚持整体设计、分布实施原则

一个完整的知识库管理系统是一个比较庞大的系统，包含诸多的知识管理要素，因此其建设过程可能是逐步的、阶段性的，但系统的设计应当从整体出发，同时考虑分阶段的可实施性，确保设计方案是一个能够落地的可实施方案。

2 《技规》知识库管理系统功能需求分析

《技规》的规范对象覆盖从铁路总公司、铁路局集团公司到基层站段的各个层级，涉及车机工电辆等各个专业。（1）《技规》需要随着新技术、新装备、新的运营组织模式等变化而不断更新，同时《技规》需要在实践中不断地修改、补充和完善；（2）铁路职工也需要熟练掌握并且不断更新技规知识，并且自觉地应用于日常工作中。

2.1 《技规》条文管理

包括《技规》条文和《技规》条文说明的管理。（1）方便地查看历史上所有版本的《技规》条文，并可对照《技规》条文查看相应的条文说明。（2）可按照《技规》版本、类型(普速或高速铁路部分)、章节等属性对技规条文和技规条文说明进行检索，并可进行多关键字组合的全文检索。（3）显示不同版本《技规》条文之间的对照关系，方便用户进行分析和加深理解。（4）修改条文与上一版本原文对比显示，方便铁路员工及时了解并重点掌握修改的内容。

2.2 事故案例管理

《技规》是在铁路运输生产实践中不断总结经验教训逐渐完善起来的，某个条文可能就是在总结某个事故的基础上提炼出来的，因此，对事故案例的学习不仅有助于理解《技规》条文，更是对铁路职工日常工作的警醒和鞭策[7]。（1）用户可以按类别或关键字或者二者的组合查找事故案例及事故分析报告；针对具体案例，用户可以与对应的规章条文及条文说明进行交互式查看，方便用户了解全貌。（2）根据文本聚类和相关关联算法，为用户推荐相关的事故供用户选择查看。

2.3 在线学习

（1）提供在线学习视频和文字学习材料，以多种形式促进用户对《技规》条文的理解和掌握。（2）提供精准的组合查询手段，使用户能够方便地找到所需的学习材料。（3）建立并逐步完善技规学习题库，通过实时的在线考试等形式验证用户的学习效果。（4）主题式学习，以某一主题为前提，挖掘并整合知识库管理系统中的相关资料，以多种形式直观呈现给铁路职工，便于铁路职工学习。

2.4 专家知识库

针对用户在《技规》学习和执行过程中遇到的问题以及存在的疑问，用户可以在专家答疑界面上发问，由注册或特邀的相关专家进行解答。问题及经过审核后的专家解答自动进入专家知识库；随着时间的积累，通过自发的提问和解答构建的专家知识库将逐步完善，有效地对《技规》条文、《技规》条文说明及各种学习材料构成补充。

专家知识库提供智能检索功能，用户可以根据属性条件和多关键字进行全文搜索，并能够根据用户输入的关键字和已有知识库的信息提供相关的专家知识库搜索建议，帮助用户更快、更好地找到需要的知识。

2.5 交流论坛

《技规》条文、条文说明、在线学习材料及专家知识库从不同的方面为用户提供多层次的技规知识及补充知识，除此之外，系统还提供交流论坛，鼓励用户就各种问题开展头脑风暴，分享个人知识和经验，从而将部分潜在的隐性知识显性化，并为技规的进一步修订提供可资借鉴的素材，最终实现创新的知识管理目标。

2.6 系统维护

（1）系统用户管理：包括用户的增删查改、用户角色设置和角色分配、用户权限设置等。（2）系统基础数据维护：包括组织机构等数据字典及其他基础数据的维护。（3）用户日志管理：系统自动记录用户登录和使用系统的情况，并可进行查询和统计分析。

3 《技规》知识库管理系统设计与开发

3.1 系统架构

为方便各级用户使用，同时考虑系统部署和升级的便利，确定采用B/S架构设计和开发铁路技术管理规程知识库管理系统；规划相应的手机端应用(APP)，待时机成熟时进行详细的设计和开发。系统逻辑架构，如图1所示[8-9]。

3.1.1 数据层

数据层是方便应用进行数据读写访问的抽象层，不包含任何逻辑处理。它负责存贮经过业务逻辑处理后需要保存的所有业务相关数据，包括各种业务数据、系统管理数据和历史数据；同时，为业务层开放数据访问接口，提供数据服务。数据层的独立使得业务逻辑开发人员不必陷于复杂的数据操作，从而集中精力处理逻辑问题。根据数据类型和特点，可以是数据库存储，也可以是文件存储。

图1 系统逻辑架构

3.1.2 业务层

业务层主要关注业务规则的制订、业务流程的实现等与业务需求有关的系统设计。在技规知识库管理系统中，业务逻辑可以分为两类：（1）公共业务服务，即各业务模块中相互重叠、能够提取出来共用的部分，包括搜索引擎、语义分析和流程控制服务；（2）非公共业务服务，即各业务模块独有的业务逻辑。

3.1.3 展现层

展现层也称为表示层、界面层，它为用户提供交互式的操作界面，供用户录入和查询业务数据，进行初步的数据检验，反馈操作结果，上传和下载文档。

3.1.4 统一的安全管理和数据维护

（1）通过身份管理、认证管理、授权管理、操作审计等一套完整的安全机制确保应用安全；通过严格的用户权限控制和灵活的用户角色配置，确保不同级别的用户只能访问规定的应用功能。（2）对于不同类型的基础数据和业务数据，系统提供统一的数据维护接口，确保数据的完整性和统一性。

3.2 关键技术

3.2.1 智能检索

知识以结构化数据的形式存储在数据库中，用户在进行知识检索时可能会随机输入任何短语，智能检索应用自然语言理解技术进行分词、短语识别和同义词处理[10]，将信息检索从基于关键词层面提高到基于知识层面，从而提高检索的准确度。检索结果的排序同时考虑相关性和重要性，使排序更加准确，更能将与用户意愿最相关的文献排到最前面，提高检索效率。

3.2.2 个性化推荐

随着知识库的逐渐完善和扩充，知识库中的知识将趋于海量，使得用户在面对大量信息时无法从中获得对自己真正有用的那部分信息，对信息的使用效率反而降低了，导致信息超载。个性化推荐就是通过对用户搜索历史、搜索习惯等多维度的数据挖掘、统计分析，建立个性化推荐的算法模型，综合利用基于内容、用户行为和知识的多种算法，为用户推荐感兴趣的内容。

3.2.3 富文本编辑

除了《技规》相关的不同形式的学习材料，《技规》和《技规说明》本身也包含了大量的表格、图形等非文本元素，以及字体字号、行距等格式信息。为了能够原汁原味地存储、并能够在网页上很好地展示这些知识，在MySQL数据库中将内容字段设置成支持富媒体、最大支持4 GB的TEXT型，同时开发了富文本编辑器。编辑器支持文本、表格、图形等多种内容，同时还支持丰富的格式，解决了技术规章内容存储的问题。

3.3 系统开发

系统采用开放式的B/S结构，核心架构采用MVC（Model-View-Controller）设计方法实现，以当前业界比较流行的Spring MVC +Spring+ MyBaitse等开源框架平台作为系统开发的规范依据，以Java编程语言为基础进行开发。《技规》知识库管理系统主界面如图2所示。系统目前已投入试用，并在试用过程中不断完善，将为《技规》的学习、分析及未来的制修订提供重要参考。

图2 《技规》知识库管理系统主界面

4 结束语

《技规》知识库管理系统设计和开发过程中以知识管理的理念为指导，在功能设计中围绕《技规》提供多种方式的相关知识传播和共享渠道，系统架构采用主流的平台和设计方法，开发的系统既能够为铁路职工学习掌握《技规》提供科学的手段，又能够为《技规》的研究和制修订提供有力的支撑。同时，《技规》知识库管理系统的设计思路和系统架构同样适用于车、机、工、电、辆等其他专业技术规章，未来以此为基础可以方便地扩充，建设成为适合全部铁路技术规章的知识管理系统。