秘春華 　　　　　　　　劉燦生
（中國市政工程華北設(shè)計研究院） （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分支。關(guān)于專家系統(tǒng)在水處理工程領(lǐng)域的研究，開始于80年代初。在已有的研究成果中，無論是美國科學(xué)工作者研制的建立在經(jīng)濟分析所得費用函數(shù)基礎(chǔ)上的“污水處理流程選擇推理專家系統(tǒng)”和基于動力學(xué)模型的“污水處理廠診斷系統(tǒng)”；還是我國同濟大學(xué)開發(fā)的“污水處理廠流程選擇專家系統(tǒng)（WTPES）”和北京市政設(shè)計研究院正開發(fā)的“城市污水處理廠專家系統(tǒng)”，這些成果的研究對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)計方法和手段對給水廠進(jìn)行設(shè)計時，許多設(shè)計環(huán)節(jié)，諸如處理工藝流程選擇﹑構(gòu)筑物池型及其設(shè)計參數(shù)的采用及技術(shù)經(jīng)濟比較等，對設(shè)計者的實際經(jīng)驗要求很高，設(shè)計者的經(jīng)驗直接影響到工程設(shè)計的質(zhì)量。而開發(fā)給水廠設(shè)計專家系統(tǒng)，可以通過建造擁有大量給排水專家經(jīng)驗的知識庫，使人類這些寶貴財富不受時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)計中，從而使水廠設(shè)計更快速﹑準(zhǔn)確﹑技術(shù)含量更高，將來開發(fā)與專家系統(tǒng)相對應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計和輔助繪圖軟件，最終形成集三者于一體的智能輔助設(shè)計系統(tǒng)。給水處理設(shè)計智能系統(tǒng)（WTWDIS）正是從上述現(xiàn)狀出發(fā)進(jìn)行的研究。本文現(xiàn)僅對該系統(tǒng)的系統(tǒng)分析和結(jié)構(gòu)功能作簡單介紹。

　　2. WTWDIS系統(tǒng)分析

　　作為一個軟件，不僅僅是開發(fā)它，更重要的在于其使用和維護(hù)，尤其對于要靠許多人在很長時間內(nèi)修改和完善的大型軟件，十分必要在開始編程時就對系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致的分析，將程序設(shè)計思想、設(shè)計思路﹑實現(xiàn)途徑和實現(xiàn)方法以文字或圖表的形式簡練地表達(dá)出來，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€部分抽象為實現(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)的邏輯模型作補充。
　　本研究對給水處理工藝設(shè)計經(jīng)過了深入的分析，并根據(jù)規(guī)則基產(chǎn)生式系統(tǒng)及不確定性知識的確定性理論推理模型。

　　3. WTWDIS的構(gòu)造及功能簡介

　　3.1 WTWDIS系統(tǒng)組成
　　采用智能化語言Turbo Prolog 2.0 編寫,系統(tǒng)設(shè)計為模塊化結(jié)構(gòu),主要包括知識獲取﹑外部數(shù)據(jù)庫調(diào)用﹑結(jié)論推理﹑不確定性推理﹑解釋等五個功能模塊，各模塊和知識庫﹑綜合數(shù)據(jù)庫﹑人機交互接口構(gòu)成WTWDIS整個系統(tǒng)。
　　3.2 系統(tǒng)功能簡介
　　3.2.1 系統(tǒng)管理模塊
　　該系統(tǒng)是WTWDIS的運行管理和控制中心,可進(jìn)行整個設(shè)計系統(tǒng)各項功能的調(diào)度和信息交流,主要完成以下功能：
　　提供友善的人機接口：
　　選擇系統(tǒng)的各個功能模塊：
　　不同模塊間組織調(diào)度和信息處理：
　　提供與其它語言環(huán)境的接口。
　　3.2.2 知識獲取模塊
　　本模塊主要為獲取推理知識提供各種操作，如知識庫的修改﹑增刪﹑檢索等。其功能菜單分為構(gòu)造知識庫﹑知識庫編輯﹑建立幫助文本。當(dāng)使用者選擇“構(gòu)造知識庫”時，按屏幕提示輸入相應(yīng)的事實并作出確定應(yīng)答后，系統(tǒng)將該知識庫文件存入當(dāng)前目錄下；當(dāng)選擇“知識庫編輯”時，進(jìn)入全屏幕編輯狀態(tài)，使用者可直接增加或修改知識庫的內(nèi)容，從而提高了知識獲取的靈活性和可操作性；當(dāng)選擇“建立幫助文本”時，系統(tǒng)為每個關(guān)鍵問題配備一個幫助文件，以便用戶需要時幫助對推理結(jié)果作出解釋。
　　3.2.3 外部數(shù)據(jù)庫調(diào)用模塊
　　WTWDIS系統(tǒng)針對推理的需要，可調(diào)用以外部數(shù)據(jù)庫形式實現(xiàn)的多個知識庫，系統(tǒng)已實現(xiàn)編程的庫包括給水廠設(shè)計工藝數(shù)據(jù)庫﹑池型選擇及不確定性因素數(shù)據(jù)庫（利用系統(tǒng)知識獲取功能還可以構(gòu)造更多更完善的庫），對整個系統(tǒng)的空間進(jìn)行了分解，并且增強了整個系統(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(知識庫的知識和用戶通過人機交互接口輸入的事實)中完成水廠設(shè)計問題求解并得出結(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完成可信度計算﹑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)筑物選擇的綜合評價決策完成技術(shù)評價。

　　4. 結(jié)束語

　　給水處理廠設(shè)計智能系統(tǒng)的研制是一個具有理論價值和實用意義的研究方向。雖然WTWDIS的研究基本上處于探索性階段，若達(dá)到工程實用化還有很大距離（特別是知識獲取和知識庫擴充是關(guān)鍵），但本文提供的系統(tǒng)設(shè)計思想及結(jié)構(gòu)框架將有益于給水處理智能設(shè)計最終實用化軟件的開發(fā)，期望為加速我國給水工程設(shè)計的科學(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.