秘春華 　　　　　　　　劉燦生
（中國市政工程華北設計研究院） （哈爾濱建筑大學）

　　1. 前言

　　專家系統是人工智能領域現今最活躍和成果最多的一個分支。關于專家系統在水處理工程領域的研究，開始于80年代初。在已有的研究成果中，無論是美國科學工作者研制的建立在經濟分析所得費用函數基礎上的“污水處理流程選擇推理專家系統”和基于動力學模型的“污水處理廠診斷系統”；還是我國同濟大學開發(fā)的“污水處理廠流程選擇專家系統（WTPES）”和北京市政設計研究院正開發(fā)的“城市污水處理廠專家系統”，這些成果的研究對象全部是污水處理工程。但專家系統在給水處理中的應用研究卻一直處于空白。
　　然而，目前在應用傳統的設計方法和手段對給水廠進行設計時，許多設計環(huán)節(jié)，諸如處理工藝流程選擇﹑構筑物池型及其設計參數的采用及技術經濟比較等，對設計者的實際經驗要求很高，設計者的經驗直接影響到工程設計的質量。而開發(fā)給水廠設計專家系統，可以通過建造擁有大量給排水專家經驗的知識庫，使人類這些寶貴財富不受時空限制地加以可靠地復制﹑傳播﹑保留并應用于工程設計中，從而使水廠設計更快速﹑準確﹑技術含量更高，將來開發(fā)與專家系統相對應的優(yōu)化設計和輔助繪圖軟件，最終形成集三者于一體的智能輔助設計系統。給水處理設計智能系統（WTWDIS）正是從上述現狀出發(fā)進行的研究。本文現僅對該系統的系統分析和結構功能作簡單介紹。

　　2. WTWDIS系統分析

　　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，尤其對于要靠許多人在很長時間內修改和完善的大型軟件，十分必要在開始編程時就對系統進行細致的分析，將程序設計思想、設計思路﹑實現途徑和實現方法以文字或圖表的形式簡練地表達出來，以備系統修改和維護之用。數據流分析技術(Data Flowing Analysis)是系統分析最常用的方法，其基本方法是分解與抽象，將一個復雜的系統由粗到細﹑從上到下﹑從里到外分解為小的組成部分，直到能夠將每個部分抽象為實現某一方面明確的功能為止。具體步驟如下：
　　(1) 理解當前的現實環(huán)境，獲得當前人工系統的具體模型；
　　(2) 從分析當前系統的具體模型抽象出當前系統的邏輯模型；
　　(3) 分析目標系統與當前系統邏輯上的差別，建立目標系統的邏輯模型；
　　(4) 為目標系統的邏輯模型作補充。
　　本研究對給水處理工藝設計經過了深入的分析，并根據規(guī)則基產生式系統及不確定性知識的確定性理論推理模型。

　　3. WTWDIS的構造及功能簡介

　　3.1 WTWDIS系統組成
　　采用智能化語言Turbo Prolog 2.0 編寫,系統設計為模塊化結構,主要包括知識獲取﹑外部數據庫調用﹑結論推理﹑不確定性推理﹑解釋等五個功能模塊，各模塊和知識庫﹑綜合數據庫﹑人機交互接口構成WTWDIS整個系統。
　　3.2 系統功能簡介
　　3.2.1 系統管理模塊
　　該系統是WTWDIS的運行管理和控制中心,可進行整個設計系統各項功能的調度和信息交流,主要完成以下功能：
　　提供友善的人機接口：
　　選擇系統的各個功能模塊：
　　不同模塊間組織調度和信息處理：
　　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。其功能菜單分為構造知識庫﹑知識庫編輯﹑建立幫助文本。當使用者選擇“構造知識庫”時，按屏幕提示輸入相應的事實并作出確定應答后，系統將該知識庫文件存入當前目錄下；當選擇“知識庫編輯”時，進入全屏幕編輯狀態(tài)，使用者可直接增加或修改知識庫的內容，從而提高了知識獲取的靈活性和可操作性；當選擇“建立幫助文本”時，系統為每個關鍵問題配備一個幫助文件，以便用戶需要時幫助對推理結果作出解釋。
　　3.2.3 外部數據庫調用模塊
　　WTWDIS系統針對推理的需要，可調用以外部數據庫形式實現的多個知識庫，系統已實現編程的庫包括給水廠設計工藝數據庫﹑池型選擇及不確定性因素數據庫（利用系統知識獲取功能還可以構造更多更完善的庫），對整個系統的空間進行了分解，并且增強了整個系統的靈活性和可維護性。
　　3.2.4 結論推理模塊
　　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)中完成水廠設計問題求解并得出結論。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論可信度結果，為系統單體構筑物選擇的綜合評價決策完成技術評價。

　　4. 結束語

　　給水處理廠設計智能系統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鍵），但本文提供的系統設計思想及結構框架將有益于給水處理智能設計最終實用化軟件的開發(fā)，期望為加速我國給水工程設計的科學化和現代化提供一有效思路。

參考文獻
[1] 秘春華 給水處理廠設計智能系統的研究 哈爾濱建筑大學碩士論文，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.