秘春華 　　　　　　　　劉燦生
（中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究院） （哈爾濱建筑大學(xué)）

　　1. 前言

　　專家系統(tǒng)是人工智能領(lǐng)域現(xiàn)今最活躍和成果最多的一個(gè)分支。關(guān)于專家系統(tǒng)在水處理工程領(lǐng)域的研究，開(kāi)始于80年代初。在已有的研究成果中，無(wú)論是美國(guó)科學(xué)工作者研制的建立在經(jīng)濟(jì)分析所得費(fèi)用函數(shù)基礎(chǔ)上的“污水處理流程選擇推理專家系統(tǒng)”和基于動(dòng)力學(xué)模型的“污水處理廠診斷系統(tǒng)”；還是我國(guó)同濟(jì)大學(xué)開(kāi)發(fā)的“污水處理廠流程選擇專家系統(tǒng)（WTPES）”和北京市政設(shè)計(jì)研究院正開(kāi)發(fā)的“城市污水處理廠專家系統(tǒng)”，這些成果的研究對(duì)象全部是污水處理工程。但專家系統(tǒng)在給水處理中的應(yīng)用研究卻一直處于空白。
　　然而，目前在應(yīng)用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和手段對(duì)給水廠進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，許多設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，諸如處理工藝流程選擇﹑構(gòu)筑物池型及其設(shè)計(jì)參數(shù)的采用及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較等，對(duì)設(shè)計(jì)者的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)要求很高，設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)直接影響到工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量。而開(kāi)發(fā)給水廠設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)，可以通過(guò)建造擁有大量給排水專家經(jīng)驗(yàn)的知識(shí)庫(kù)，使人類這些寶貴財(cái)富不受時(shí)空限制地加以可靠地復(fù)制﹑傳播﹑保留并應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)中，從而使水廠設(shè)計(jì)更快速﹑準(zhǔn)確﹑技術(shù)含量更高，將來(lái)開(kāi)發(fā)與專家系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和輔助繪圖軟件，最終形成集三者于一體的智能輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。給水處理設(shè)計(jì)智能系統(tǒng)（WTWDIS）正是從上述現(xiàn)狀出發(fā)進(jìn)行的研究。本文現(xiàn)僅對(duì)該系統(tǒng)的系統(tǒng)分析和結(jié)構(gòu)功能作簡(jiǎn)單介紹。

　　2. WTWDIS系統(tǒng)分析

　　作為一個(gè)軟件，不僅僅是開(kāi)發(fā)它，更重要的在于其使用和維護(hù)，尤其對(duì)于要靠許多人在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)修改和完善的大型軟件，十分必要在開(kāi)始編程時(shí)就對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致的分析，將程序設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)思路﹑實(shí)現(xiàn)途徑和實(shí)現(xiàn)方法以文字或圖表的形式簡(jiǎn)練地表達(dá)出來(lái)，以備系統(tǒng)修改和維護(hù)之用。數(shù)據(jù)流分析技術(shù)(Data Flowing Analysis)是系統(tǒng)分析最常用的方法，其基本方法是分解與抽象，將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)由粗到細(xì)﹑從上到下﹑從里到外分解為小的組成部分，直到能夠?qū)⒚總€(gè)部分抽象為實(shí)現(xiàn)某一方面明確的功能為止。具體步驟如下：
　　(1) 理解當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)環(huán)境，獲得當(dāng)前人工系統(tǒng)的具體模型；
　　(2) 從分析當(dāng)前系統(tǒng)的具體模型抽象出當(dāng)前系統(tǒng)的邏輯模型；
　　(3) 分析目標(biāo)系統(tǒng)與當(dāng)前系統(tǒng)邏輯上的差別，建立目標(biāo)系統(tǒng)的邏輯模型；
　　(4) 為目標(biāo)系統(tǒng)的邏輯模型作補(bǔ)充。
　　本研究對(duì)給水處理工藝設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)了深入的分析，并根據(jù)規(guī)則基產(chǎn)生式系統(tǒng)及不確定性知識(shí)的確定性理論推理模型。

　　3. WTWDIS的構(gòu)造及功能簡(jiǎn)介

　　3.1 WTWDIS系統(tǒng)組成
　　采用智能化語(yǔ)言Turbo Prolog 2.0 編寫(xiě),系統(tǒng)設(shè)計(jì)為模塊化結(jié)構(gòu),主要包括知識(shí)獲取﹑外部數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用﹑結(jié)論推理﹑不確定性推理﹑解釋等五個(gè)功能模塊，各模塊和知識(shí)庫(kù)﹑綜合數(shù)據(jù)庫(kù)﹑人機(jī)交互接口構(gòu)成WTWDIS整個(gè)系統(tǒng)。
　　3.2 系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介
　　3.2.1 系統(tǒng)管理模塊
　　該系統(tǒng)是WTWDIS的運(yùn)行管理和控制中心,可進(jìn)行整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)各項(xiàng)功能的調(diào)度和信息交流,主要完成以下功能：
　　提供友善的人機(jī)接口：
　　選擇系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊：
　　不同模塊間組織調(diào)度和信息處理：
　　提供與其它語(yǔ)言環(huán)境的接口。
　　3.2.2 知識(shí)獲取模塊
　　本模塊主要為獲取推理知識(shí)提供各種操作，如知識(shí)庫(kù)的修改﹑增刪﹑檢索等。其功能菜單分為構(gòu)造知識(shí)庫(kù)﹑知識(shí)庫(kù)編輯﹑建立幫助文本。當(dāng)使用者選擇“構(gòu)造知識(shí)庫(kù)”時(shí)，按屏幕提示輸入相應(yīng)的事實(shí)并作出確定應(yīng)答后，系統(tǒng)將該知識(shí)庫(kù)文件存入當(dāng)前目錄下；當(dāng)選擇“知識(shí)庫(kù)編輯”時(shí)，進(jìn)入全屏幕編輯狀態(tài)，使用者可直接增加或修改知識(shí)庫(kù)的內(nèi)容，從而提高了知識(shí)獲取的靈活性和可操作性；當(dāng)選擇“建立幫助文本”時(shí)，系統(tǒng)為每個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題配備一個(gè)幫助文件，以便用戶需要時(shí)幫助對(duì)推理結(jié)果作出解釋。
　　3.2.3 外部數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用模塊
　　WTWDIS系統(tǒng)針對(duì)推理的需要，可調(diào)用以外部數(shù)據(jù)庫(kù)形式實(shí)現(xiàn)的多個(gè)知識(shí)庫(kù)，系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)編程的庫(kù)包括給水廠設(shè)計(jì)工藝數(shù)據(jù)庫(kù)﹑池型選擇及不確定性因素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)（利用系統(tǒng)知識(shí)獲取功能還可以構(gòu)造更多更完善的庫(kù)），對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的空間進(jìn)行了分解，并且增強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)的靈活性和可維護(hù)性。
　　3.2.4 結(jié)論推理模塊
　　按照一定的推理方式和控制策略,從已有的事實(shí)(知識(shí)庫(kù)的知識(shí)和用戶通過(guò)人機(jī)交互接口輸入的事實(shí))中完成水廠設(shè)計(jì)問(wèn)題求解并得出結(jié)論。該模式采用了基于規(guī)則的推理范式。
　　3.2.5 不確定性推理模塊
　　WTWDIS的不確定性推理模塊主要功能是在池型選擇推理時(shí)完成可信度計(jì)算﹑傳播和合成等一系列處理并輸出各結(jié)論可信度結(jié)果，為系統(tǒng)單體構(gòu)筑物選擇的綜合評(píng)價(jià)決策完成技術(shù)評(píng)價(jià)。

　　4. 結(jié)束語(yǔ)

　　給水處理廠設(shè)計(jì)智能系統(tǒng)的研制是一個(gè)具有理論價(jià)值和實(shí)用意義的研究方向。雖然WTWDIS的研究基本上處于探索性階段，若達(dá)到工程實(shí)用化還有很大距離（特別是知識(shí)獲取和知識(shí)庫(kù)擴(kuò)充是關(guān)鍵），但本文提供的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想及結(jié)構(gòu)框架將有益于給水處理智能設(shè)計(jì)最終實(shí)用化軟件的開(kāi)發(fā)，期望為加速我國(guó)給水工程設(shè)計(jì)的科學(xué)化和現(xiàn)代化提供一有效思路。

參考文獻(xiàn)
[1] 秘春華 給水處理廠設(shè)計(jì)智能系統(tǒng)的研究 哈爾濱建筑大學(xué)碩士論文，1996.6
[2] Yuan Gensheng, Wei Heping, An Expert system For Wastewater Treatment Processing Of The International Conference ’89 On Expert System In Engineering Application,1989.