摘 要： 介紹了以Visual C++為工具開發(fā)的基于半自動化知識獲取的操作票專家系統(tǒng)，實現(xiàn)了圖形在線自動開票、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，能夠自動更新和完善專家知識庫，防誤功能強大，且圖形界面友好，易維護、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)；知識庫；半自動化知識獲取；知識表示
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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，就會引發(fā)嚴重事故，造成巨大經(jīng)濟損失。為減輕運行人員的工作壓力，避免事故發(fā)生，減少經(jīng)濟損失，近幾年來，國內(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)利用計算機，采用專家系統(tǒng)技術(shù)進行設(shè)計，將電網(wǎng)操作規(guī)則和經(jīng)驗構(gòu)成專家知識庫，由專家系統(tǒng)在線自動開具操作票[1]。操作票專家系統(tǒng)一方面將調(diào)度員從復(fù)雜的勞動中解脫出來，集中精力去解決電網(wǎng)安全、經(jīng)濟運行中更深層的問題；另一方面彌補了新調(diào)度員操作經(jīng)驗不足的缺點，避免由于經(jīng)驗不足造成的疏漏[2]。但是目前國內(nèi)外的大多數(shù)操作票專家系統(tǒng)都采用人工知識獲取方式，系統(tǒng)沒有學(xué)習(xí)能力，當電力系統(tǒng)接線方式發(fā)生變動時，系統(tǒng)知識不能自動更新，這給使用造成不便。
本文所設(shè)計的基于半自動化知識獲取的操作票專家系統(tǒng)具有一定的學(xué)習(xí)能力，能夠在運行實踐中從已有知識中演繹、歸納出新知識，且系統(tǒng)具有動態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓撲著色功能，所以當電力系統(tǒng)接線方式發(fā)生變動時，專家系統(tǒng)能夠?qū)χR庫進行自動更新和完善。
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)知識進行推理、模擬人類專家做出決定的過程，解決復(fù)雜問題[3]。
知識表示、推理機和知識獲取是操作票專家系統(tǒng)的三個重點。
1.1 知識表示方法
知識是人們把實踐中獲得的信息關(guān)聯(lián)在一起所形成的信息結(jié)構(gòu)[4]。知識表示是將關(guān)于世界的事實、關(guān)系和過程等編碼成為一種合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。知識表示的主要問題是設(shè)計各種知識的表示方法、表示與控制的關(guān)系、表示與推理的關(guān)系以及知識表示與其他領(lǐng)域的關(guān)系。在解決某一問題時，不同的表示方法可能產(chǎn)生完全不同的效果。
本系統(tǒng)的知識庫包括靜態(tài)設(shè)備庫和專家規(guī)則庫，靜態(tài)設(shè)備庫主要存放電氣運行設(shè)備的運行狀態(tài)及其屬性，專家規(guī)則知識的來源有電網(wǎng)調(diào)度、變電站運行規(guī)程、有關(guān)電氣運行安全規(guī)程以及電氣運行人員的現(xiàn)場經(jīng)驗知識。規(guī)則知識存儲在數(shù)據(jù)庫中，是推理機的知識來源。
本系統(tǒng)中靜態(tài)設(shè)備庫采用關(guān)系表來表示，專家規(guī)則知識采用產(chǎn)生式表示法，基本表達方式為IF（對某設(shè)備進行某種操作）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)知識的錄入采用專門編制的人工智能知識編輯軟件——知識管理工具，錄入界面直觀，操作簡便。
1.2 推理實現(xiàn)
專家系統(tǒng)的推理機制又稱為控制策略，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)值計算。推理機制包括正向推理、反向推理和混合推理。
本專家系統(tǒng)采用推理機與知識庫相分離的設(shè)計方法，當對知識庫進行增加、刪除、修改或更新時，推理機不需要做任何更改，系統(tǒng)仍能正確安全地運行。系統(tǒng)采用正向推理，利用深度優(yōu)先搜索算法。
調(diào)度人員下達操作任務(wù)后，進行任務(wù)分解，確定操作設(shè)備、設(shè)備類型、初態(tài)及末態(tài)，然后逐步進行操作。當對某設(shè)備進行操作時，系統(tǒng)先從靜態(tài)設(shè)備庫中取得該設(shè)備的運行狀態(tài)，然后進入防誤規(guī)則判斷模塊，采用正向推理機制，自動循環(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)語庫中讀取操作術(shù)語，把該操作轉(zhuǎn)換成一條操作項。當所有的操作都完成時就生成了實際的操作票。形成操作票的推理流程如圖1所示[3]。
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1.3 半自動化知識獲取
半自動化知識獲取是指在人工知識獲取的基礎(chǔ)上增加了部分機器學(xué)習(xí)功能，是專家系統(tǒng)本身能夠從大量的實例中歸納出某些知識。半自動化知識獲取實際是目前建造專家系統(tǒng)最常采用的方法。盡管自動知識獲取是人們所渴望的，但由于目前許多相關(guān)技術(shù)如模式識別、自然語言理解、機器學(xué)習(xí)等還不太成熟，因此，人機結(jié)合的半自動化知識獲取方法在目前來說是比較好的方法[4]。目前國內(nèi)外的大多數(shù)操作票專家系統(tǒng)采用的是人工知識獲取，通常由相關(guān)人員把所獲得的電氣設(shè)備知識和電氣規(guī)則知識以某種合適的知識表示形式送入知識庫中，當電力系統(tǒng)接線方式發(fā)生變動時，系統(tǒng)知識庫不能自動更新，需要相關(guān)人員把新知識手動添加到知識庫，這給使用造成不便。而本文所實現(xiàn)的操作票專家系統(tǒng)采用的是半自動化知識獲取方式，系統(tǒng)具有動態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓撲著色功能，能對線路進行拓撲分析，并進行動態(tài)著色，從而區(qū)分出帶電部分和掉電部分。當電力系統(tǒng)接線方式發(fā)生變動時，系統(tǒng)自動搜索網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，結(jié)合原有知識庫中的知識，進行類比學(xué)習(xí)、演繹、歸納學(xué)習(xí)，得到新的知識，從而自動更新靜態(tài)設(shè)備庫和專家規(guī)則庫，提高了系統(tǒng)的智能性和安全性，這正是本文的創(chuàng)新點所在。
2? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)采用模塊化的思想進行設(shè)計，整個系統(tǒng)實現(xiàn)了操作票生成（包括圖形自動開票、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)場電力SCADA系統(tǒng)的實時信息，及時更新系統(tǒng)靜態(tài)設(shè)備庫中相應(yīng)設(shè)備的狀態(tài)，正確反映現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)的變化。知識管理模塊負責(zé)操作票專家系統(tǒng)知識的錄入、自動更新和完善。這種模塊化的思想以及將靜態(tài)設(shè)備庫、專家規(guī)則庫與推理機相分離的思想提高了系統(tǒng)的通用性和可維護性。
3?系統(tǒng)實現(xiàn)
本操作票專家系統(tǒng)采用Visual C++ 和SQL Server數(shù)據(jù)庫開發(fā)實現(xiàn)，開發(fā)過程中采用了面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法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，操作術(shù)語自定義，開票方式多樣化，具有良好的通用性。在圖形自動開票模式下，用戶通過用鼠標點取圖形上相應(yīng)的電氣元件來完成開票過程，點取設(shè)備后，系統(tǒng)自動從專家規(guī)則庫中搜索該操作需滿足的規(guī)則，與設(shè)備庫中各個設(shè)備的運行狀態(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)語庫，在操作票中自動生成一條操作項，還可根據(jù)需要同時生成相應(yīng)的檢查項和可選擇項；若有一條不匹配，則停止搜索，系統(tǒng)會自動報警，提示所違反的規(guī)則，不生成這條操作項。系統(tǒng)對用戶已開出的操作票可以自動添加編號，并進行儲存、管理，保存相關(guān)信息，如開票人、開票時間、操作票編號、開票內(nèi)容等，并可按開票人、開票時間或操作票編號查詢，同時打印模塊能夠按照用戶的需求定制與現(xiàn)場完全一致的操作票格式[5]。
系統(tǒng)運行環(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。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)議均建立在國際標準基礎(chǔ)上，因而開放性好并有利于保護電力系統(tǒng)的軟件投資和系統(tǒng)功能的進一步擴充[6]。
本操作票專家系統(tǒng)已在多個電廠、變電所和工礦企業(yè)的配電室投入運行，實踐證明該系統(tǒng)運行可靠、防誤操作功能強，用戶界面友好，易學(xué)易用，能夠滿足電力系統(tǒng)對防誤操作、自動或手工開具操作票的需要。
參考文獻
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