摘 要： 介紹了以Visual C++為工具開發的基于半自動化知識獲取的操作票專家系統，實現了圖形在線自動開票、手工開票、調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。具有一定的學習能力，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。
關鍵詞： 操作票；專家系統；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，將設備由一種狀態轉變為另一種狀態的過程叫做倒閘，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。電力系統中經常涉及倒閘操作，倒閘操作必須首先擬寫操作票，然后按照操作票逐項執行。
隨著現代技術的發展，電力系統的規模越來越大，運行操作也越來越復雜。每日的操作產生大量的操作票，這些操作票的產生和執行使調度員的大腦一直處于緊張狀態，稍有疏忽，就會引發嚴重事故，造成巨大經濟損失。為減輕運行人員的工作壓力，避免事故發生，減少經濟損失，近幾年來，國內外學者以及專業軟件公司研發了許多的操作票專家系統，取得了較好的應用效果。操作票專家系統利用計算機，采用專家系統技術進行設計，將電網操作規則和經驗構成專家知識庫，由專家系統在線自動開具操作票[1]。操作票專家系統一方面將調度員從復雜的勞動中解脫出來，集中精力去解決電網安全、經濟運行中更深層的問題；另一方面彌補了新調度員操作經驗不足的缺點，避免由于經驗不足造成的疏漏[2]。但是目前國內外的大多數操作票專家系統都采用人工知識獲取方式，系統沒有學習能力，當電力系統接線方式發生變動時，系統知識不能自動更新，這給使用造成不便。
本文所設計的基于半自動化知識獲取的操作票專家系統具有一定的學習能力，能夠在運行實踐中從已有知識中演繹、歸納出新知識，且系統具有動態網絡拓撲著色功能，所以當電力系統接線方式發生變動時，專家系統能夠對知識庫進行自動更新和完善。
1 操作票專家系統
操作票專家系統是一種基于知識的智能推理系統。它根據人工智能的原理，利用專家提供的電力領域的相關知識進行推理、模擬人類專家做出決定的過程，解決復雜問題[3]。
知識表示、推理機和知識獲取是操作票專家系統的三個重點。
1.1 知識表示方法
知識是人們把實踐中獲得的信息關聯在一起所形成的信息結構[4]。知識表示是將關于世界的事實、關系和過程等編碼成為一種合適的數據結構。知識表示的主要問題是設計各種知識的表示方法、表示與控制的關系、表示與推理的關系以及知識表示與其他領域的關系。在解決某一問題時，不同的表示方法可能產生完全不同的效果。
本系統的知識庫包括靜態設備庫和專家規則庫，靜態設備庫主要存放電氣運行設備的運行狀態及其屬性，專家規則知識的來源有電網調度、變電站運行規程、有關電氣運行安全規程以及電氣運行人員的現場經驗知識。規則知識存儲在數據庫中，是推理機的知識來源。
本系統中靜態設備庫采用關系表來表示，專家規則知識采用產生式表示法，基本表達方式為IF（對某設備進行某種操作）THEN（相關設備應處于某種狀態），現舉例說明。
設301為35 kV高壓側斷路器，301-1為301上側刀閘，301-2為301下側刀閘，根據電力五防規則中的“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
專家系統的推理機制又稱為控制策略，是專家系統的核心之一。操作票專家系統中的推理主要是一些邏輯判斷工作，不需要數值計算。推理機制包括正向推理、反向推理和混合推理。
本專家系統采用推理機與知識庫相分離的設計方法，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，系統仍能正確安全地運行。系統采用正向推理，利用深度優先搜索算法。
調度人員下達操作任務后，進行任務分解，確定操作設備、設備類型、初態及末態，然后逐步進行操作。當對某設備進行操作時，系統先從靜態設備庫中取得該設備的運行狀態，然后進入防誤規則判斷模塊，采用正向推理機制，自動循環匹配該操作需要滿足的操作規則，匹配成功后從操作術語庫中讀取操作術語，把該操作轉換成一條操作項。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上增加了部分機器學習功能，是專家系統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技術如模式識別、自然語言理解、機器學習等還不太成熟，因此，人機結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]。目前國內外的大多數操作票專家系統采用的是人工知識獲取，通常由相關人員把所獲得的電氣設備知識和電氣規則知識以某種合適的知識表示形式送入知識庫中，當電力系統接線方式發生變動時，系統知識庫不能自動更新，需要相關人員把新知識手動添加到知識庫，這給使用造成不便。而本文所實現的操作票專家系統采用的是半自動化知識獲取方式，系統具有動態網絡拓撲著色功能，能對線路進行拓撲分析，并進行動態著色，從而區分出帶電部分和掉電部分。當電力系統接線方式發生變動時，系統自動搜索網絡拓撲結構，結合原有知識庫中的知識，進行類比學習、演繹、歸納學習，得到新的知識，從而自動更新靜態設備庫和專家規則庫，提高了系統的智能性和安全性，這正是本文的創新點所在。
2? 系統結構
本系統采用模塊化的思想進行設計，整個系統實現了操作票生成（包括圖形自動開票、手工開票和調典型、歷史票、預存票三種方式）、操作票模擬預演、操作票管理及系統維護等功能。其總體結構框架如圖2所示。
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本系統通過網絡通信在線地獲取現場電力SCADA系統的實時信息，及時更新系統靜態設備庫中相應設備的狀態，正確反映現場設備狀態的變化。知識管理模塊負責操作票專家系統知識的錄入、自動更新和完善。這種模塊化的思想以及將靜態設備庫、專家規則庫與推理機相分離的思想提高了系統的通用性和可維護性。
3?系統實現
本操作票專家系統采用Visual C++ 和SQL Server數據庫開發實現，開發過程中采用了面向對象的程序設計方法OOP，開發出了一種逼真的圖形化的用戶界面。系統有常規的操作票管理、系統安全性校驗，操作術語自定義，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的電氣元件來完成開票過程，點取設備后，系統自動從專家規則庫中搜索該操作需滿足的規則，與設備庫中各個設備的運行狀態相匹配，若都匹配，則該操作符合防誤邏輯，根據操作術語庫，在操作票中自動生成一條操作項，還可根據需要同時生成相應的檢查項和可選擇項；若有一條不匹配，則停止搜索，系統會自動報警，提示所違反的規則，不生成這條操作項。系統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，保存相關信息，如開票人、開票時間、操作票編號、開票內容等，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場完全一致的操作票格式[5]。
系統運行環境為Windows 2003 Server網絡操作系統，網絡環境采用高速以太網，支持多種網絡協議如TCP/IP 等，系統硬件可采用高檔微機。由于硬件設備及接口、系統結構、操作系統和網絡協議均建立在國際標準基礎上，因而開放性好并有利于保護電力系統的軟件投資和系統功能的進一步擴充[6]。
本操作票專家系統已在多個電廠、變電所和工礦企業的配電室投入運行，實踐證明該系統運行可靠、防誤操作功能強，用戶界面友好，易學易用，能夠滿足電力系統對防誤操作、自動或手工開具操作票的需要。
參考文獻
[1]?陳松，王磊．一種實用的調度操作票專家系統[J].http://www.studa.net/dianli/060226/09495447.html．2006.
[2]?王俊，胡燕．電力操作票在線自動生成系統的設計與實現[J]．計算機技術與應用,2007，17(5):89-90.
[3]?劉晶，任建文，陳楠.基于知識分層表示的操作票專家系統[J]．http://eei.sjtu.edu.cn/news/CUS-EPSA. 2006.
[4]?張仰森.人工智能原理與應用[M]．北京：高等教育出版社,2004．
[5]?張健，朱永利，李東.操作票專家系統的研究現狀及前景[J].電力情報，2002，1(1):63-64．
[6]?胡海濤，孫宏斌．變電站操作票專家系統的研究與應用[J]． 電力自動化設備，2002，22(8):41-42.