军港勤务保障智能决策支持系统.pdf
第3 1 卷第8 期四川兵工学报2 0 1 0 年8 月-II I-II 一【自动化技术】军港勤务保障智能决策支持系统孙宇翔，邢建春(解放军理工大学工程兵工程学院，南京2 1 0 0 0 7)摘要：针对当今军港勤务保障的特点和面临的问题以及新时代军港建设的需求，提出了将决策支持系统(D S S)应用于军港勤务保障当中，并根据其特点采用人工智能、数据挖掘等技术，构建军港勤务保障智能决策支持系统(I D S S)这一体系统结构，并论述rD S S 的相关研究和相关技术的特点，继而针对勤务保障特点设计了一套I D S S结构建设方案，并对结构各部分功能和技术给出设计方案。关键词：军港；决策支持系统；数据挖掘中图分类号：T P 3 1 9文献标识码：A文章编号：1 0 0 6 一0 7 C r 7(2 0 1 0)0 8 0 0 8 5 0 3军港是连接陆地和海洋的枢纽，是舰艇驻泊、获得战斗力保障和后勤保障的重要军事设施2“。未来海上局部战争具有突发性强、升级迅速、作战节奏快的特点，参战的海军兵力必须具备快速反映、紧密协同、有力应对的能力，作战指挥与后勤保障的信息流量大、交互频繁。高强度、多舰种、大批量、多波次的海上作战，对军港的后勤保障能力提出了非常高的要求；而后勤保障空间大、工作多、难度高，后勤装备和技术复杂，使得传统的军港手工作业方式已经难以进行高效舰艇后勤保障r，这迫切要求加强军港后勤信息化建设，促进军港保障能力的全面提升。通常情况下，军港的高层管理者凭借自己的判断力、直觉和经验对军港勤务保障问题做出重大决策，协调勤务保障各部分工作正常进行。然而，保障装设备繁杂，保障专业多技术水平要求高，保障物资器材类别多数量大，各种专业的协调配合准确快速反应成为当前军港勤务保障的主要特点，并且这种复杂性日益增加，这些都对现代军港的管理者带来了更大的挑战。此时，仪凭决策者的天赋和才能，保证各专业间协调配合、各部门工作准确快速完成，决策难免会出现失误或效率低等问题，也严莛影响了军港勤务保障乃至海军训练和作战的速度和效率。2 0 世纪7 0 年代诞生的决策支持系统(D S S)，经过4 0年的发展，已经在理论探讨、系统开发等方面取得了令人瞩目的进步，并且在许多行业都有了较为成功的实际应用针对当前军港勤务保障的特点和需求，D S S 技术的使用可以为军港管理者做出决策提供必要的帮助，并且可以对潜在的问题及时发现、报告及处理，对当今军港勤务保障非常有必要。1 决策支持系统决策支持系统(D S S)的概念是初由美国麻省理工学院的S c o f tM o r o n l 2。教授在2 0 世纪7 0 年代首次提出，定义为“一种交互式的基于计算机的系统，该系统能帮助决策者使用数据和模犁解决非结构化的同题”。经过4 0 年的发展，D S S 无论在理论研究还是实际应用上都有了显著的进步，如今，D S S 主要应用于企业的市场营销，电子商务以及民用机场、港口或其他部门的管理和经营等方面。我国决策支持系统的研究始于2 0 世纪8 0 年代中期，不少单位在智能决策支持系统的研制中取得了显著成绩，如以中科院计算技术研究所史忠植研究员为首的课题组研制并完成的“智能决策系统开发平台I D S D P”。在实际应用方面，我困深圳市市委的决策支持系统，为深圳市领导提供决策支持服务，并在S A R S 肆虐期间，帮助政府快速反应、高速决策，降低了S A I L S 在深圳的影响；另外，位于杭州湾长江口外崎岖列岛的洋山港在港口的生产调度、吞吐量预测、网络规划以及综合竞争力等方面采用计算机决策支持系统建模研究，为港口调度人员提供帮助，有利于港口的建设规划及资源的优化配置。在军事领域，国外在设备维护、作战调度以及军港、机场等营设施的管理和后勤保障都有了一定程度的研究，在我国，D S S 的研究起步较晚，尤其是在军事力面的研究得很少，这也是迫切需要进行军港勤务保障决策支持系统研究的一个原因。如今D S S 呈现出多元化的发展趋势，出现了群体决策支持系统、智能决策支持系统等新一代决策支持系统，根据军港勤务保障任务繁杂、各专业需要协调配合的特点，因此选用智能决策支持系统(I D S S)。收稿日期：2 0 1 0 一0 5 3 l作者简介：孙宇翔(1 9 8 6 一)，硕士，主要从事计算机测控技术研究。万方数据8 6四川兵工学报2 智能决策支持系统2 1智能决策支持系统智能决策支持系统(I D S S)的概念最早由B o n c z e k 等人于2 0 世纪8 0 年代提出，在决策支持系统的基础上集成人工智能的专家系统，就使决策支持系统进化为I D S S。I D S S既能处理定量问题，又能处理定性问题，其核心思想是将A I 与其他相关科学成果相结合，使决策支持系统(D S S)具有人工智能。把A I 技术引入D S S，主要是通过专家系统与D S S 相结合，其基本结构就是在决策支持系统(D S S)基础上增加知识库子系统，如图1 所示。图1I D S S 的基本结构其中知识库子系统包括知识库和推理机。由于在决策过程中，许多知识不能用数据来表示，也不能通过模型来描述，所以没有固定方式的专门知识和历史经验。I D S S引入的知识库可以存储这些知识，为决策提供重要的参考和依据。知识库子系统能支持其他子系统或作为独立的部件应用，它提供智能和定性分析功能，以增强决策人的能力。依照系统层次的观点，I D S S 从技术上可以划分为3 个层次：1)应用层。直接面向I D S S 的使用者。在该层，决策者可以根据自己的需要，确定I D S S 的状态和约束。决策者通过用户接口进j，统对话，输入相关信息，D S S 则通过信息转换理解用户请求和命令，并进行系统推理运算，将结果通过输出界面反映给用户。整个过程对用户是透明的。2)控制协调层。面向I D S S 的总设计师。其基本单元是系统中各种库的控制协调模块，系统工程师通过各库的标准接口来建立它们之间的联系。3)基本结构层。面向专业程序设计人员。专业程序设计人员通过该层对各库进行具体的实现，具体到定义各库的组织结构、通信方式等，以完成各库的内部管理和外部通信任务。2 2 数据挖掘技术I D S S 在D S S 的基础上增加了知识库子系统，而知识库子系统中最难解决的就是知识获取的问题，目前，知识获取通常是由知识工程师或领域专家写入的，这种方法的缺点是知识库的更新速度较慢，这时，数据挖掘技术的使用就可以解决这些问题。数据挖掘又称数据库中的知识发现，是指从大型数据库的数据中提取人们感兴趣的知识 j，它是数据库研究中的一个很有应用价值的新领域，融合了数据库、人工智能、机器学习、统计学等多个领域的理论和技术。数据挖掘为将不同的数据源中的数据，通过一定的工具与方法寻找出有价值的知识的数据分析方法。其中数据包括结构化的数据、半结构化的数据和非结构化的数据，数据源既可以是数据库，也可以是文件系统或其他任何组织在一起的数据集合。源数据集成得到数据，数据经过选择得到目标数据，目标数据经过处理后得到预处理后数据。后数据经过挖掘得到各种模式的数据，各种模式的数据经过解释就是知识。在智能决策支持通过数据挖掘用以发现数据之间的复杂联系以及这种联系对决策的影响。在数据仓库基础上挖掘的知识通常以图表、可视化、类自然语言等形式表示出来，但所挖掘的知识并不都是有意义的，必须进行评价、筛选和验证，把有意义的知识放到知识库中，随着时间的推移将积累更多的知识。知识库根据挖掘的知识类型包括总结性知识、关联性知识、分类模型知识、聚类模型知识，这些知识可以通过相应的挖掘算法得到。3 军港勤务保障智能决策支持系统设计方案根据当今军港勤务保障以及军港信息化发展的总体功能需求，军港勤务保障智能决策支持系统的总体架构，应当紧密地依托于整个信息化军港的网络平台，构建I D S S的建设规划是构建一个智能决策支持系统平台、一个决策指挥控制中心和一个数据处理中心，其结构如图2 所示。星唑曝三签港审：勤叫数中心理卜务书保4障子I 决策指挥l系叫控制中心卜统猡图2 军港勤务保障I D s s 结构3 1智能决策支持系统平台如图2 所示，智能决策支持系统平台是I D S S 进行决策以及人机交互的平台，该平台由服务器、数据库、模型库、知识库和若干个客户端组成，根据系统需要可以在此基础万方数据孙宇翔，等：军港勤务保障智能决策支持系统8 7_ _ _ _-m mi m m _mml _-上增加方法库、文本库、图形库等。客户端属于I D S S 的接口部分，是军港管理者与I D S S人机进行交互的窗口，界面部分的好坏直接关系到I D S S 的质量。通过这扇窗口，管理者要能很方便地表达自己的主观意志和想法，能够干扰和影响问题的求解过程，能够分析和评价系统、方案和结果，便于进行双向推理等。军港管理者通过客户端向I D S S 进行问题描述以及获得决策方案。数据库是存放军港勤务保障各系统数据的部分，I D S S的数据库部分同其他系统一样，通过数据库系统来管理和存储与决策问题领域有关的数据，其数据库仅仅存储与决策问题领域有关的数据。因此，军港勤务保障智能决策支持系统的数据库也可以作为军港信息化数据库的一个子集，通过一个决策数据析取系统来从取出智能决策支持系统所需的数据。图2 的模型库不仅仅只是用于存放模型的部件，这里的模型库指的是模型库子系统，是由模型库和负责操作及维护模型的模埕!库管理系统组成，主要作为决策者在完成决策过程中进行许多分析活动的基本工具，对设计和选择阶段的活动提供支持，支持的活动包括：目标识别和问题表述，进行规划、推理、分析、建议，提供各种备选方案，并进行方案比较和评价。优化处理和模拟实验等。I D S S 用户是依靠模型库中的模利辅助决策，这是I D S S 区别于其他信息系统的重要标志。I D S S 应用模型获得的输出可以为军港管理者对决策的制定提出建议，也可以估计决策实施后可能产生的后果。知识库主要是管理有关决策问题领域的知识，包括知识的获取、表达、管理等功能。例如，问题的性质，求毹的一般方法，限制条件，现实状态等。知识管理部分的设置便于为用户接口、推理机、咨询系统、动态建模以及综合分析提供必要的知识支持。I D S S 设立知识库系统，其目的是为了扩大与决策者共有的论域，以便更好的沟通思维。军港勤务I D S S 知识库应当能够涵盖模型库和方法库相应的模型和方法知识，以及军港勤务保障各部分潜在的知识和关联的规则，通过知识可以让I D S S 更加快速、准确地为军港管理者提供详细、完整的决策方案。服务器是I D S S 中分析、处理问题并向用户提供决策的部件，军港管理者通过客户端向服务器提出问题，服务器对问题进行分析和识别从而构造f“解决问题的模型和方案以及从I D S S 各库中提取所需要的数据、算法、知识等资源，最后对问题进行推理，并制定出解决问题的决策和方案通过客户端提交给用户。服务器应当包括I D S S 中的推理部分、分析比较部分、问题处理部分、控制部分、模拟部分等部件，是I D S S 决策支持的关键环节。此外，如上文第二节相关技术中所描述，知识的获取是知识库子系统关键的问题，因此，I D S S 平台还应当有一台具有数据挖掘功能的设备，将抽取并提炼的知识存入知识库中。数据挖掘根据任务不同也有不间类型的算法，数据挖掘算法是一个定义完备的过程，它以数据作为输入并产生模型或模式形式的输出H J，在I D S S 系统中，数据挖掘技术主要是为知识库的是新服务，因而选用主要应用于规则模式发现的关联规则算法，关联规则算法又包括AP r i o r i算法和F P g r o w t h 算法等，通过军港勤务保障各子系统大量的历史数据，月纳、提炼出知识存入1 D S S 知识库中，另外可以建立成模型存入模型库中。3 2 决策指挥控制中心指挥控制中心主要是军港勤务保障I D S S 的决策发布平台，完成军港勤务保障的集中指挥控制，军港高层管理者在I D S S 的辅助下做出决策后，可以通过指挥控制中心将决策信息集中发送给各子系统管理者，对于实现管控自动化的设备可以通过现场控制网络由指挥控制中心进行集中控制。另外，在各子系统工作遇到问题时，也应当b T 以通过指挥控制中心与军港勤务保障I D S S 进行通信，提出问题并得到答复。3 3 数据处理中心数据处理中心主要是军港勤务保障I D S S 数据库的数据析取系统，为I D S S 数据库的数据进行处理、存储和更新。数据处理中心从军港勤务保障各子系统数据库中获取I D S S 数据库所需要的数据，这个操作过程称为析取，析取包括文件的输入、摘要、过滤和数据的压缩。另外，对于包含文本库、图形库等部件的智能决策支持系统，数据处理中心还应当具备处理这砦相关文件的能力，例如文本或图片的存储、记录等等。3 4 军港勤务保障子系统军港勤务保障子系统指的是军港勤务保障的各个重要组成部分所独立构成的子系统，各子系统相互独立又需协调配合通常包括维护军港水工建筑和各种设备；供应舰艇所需的水、电、油、气、暖、冷；组织实施港池、航道疏浚；提供舰艇系留设施设备；管理码头、维护秩序、组织消防工作，保证安全、应急补给与维修保障、码头港区巡视。根据军港情况的不同，所需要保障的内容也可能不同，因此在实际I D S S 的建立中可以有所增添、删除或修改。各子系统在I D S S 中属于数据采集以及决策执行的环节。为保证I D S S 以及军港勤务保障工作的快速和商效进行，各子系统需要具备以下特点：1)作业自动化舰艇油、水、电、气、暖、冷的供应、物资手法、库房管理、安全防卫、消防等军港作业，应当全面实现计算机自动或半自动控制；军港特设站、码头、仓库、油库等军港设备设施，将由各种传感器、执行器、自动化仪表和控制系统进行全方位监视与控制。2)管理智能化军港勤务保障资源、保障力鼍和保障场所等保障要素实现数字化和网络化后，军港的勤务管理可以实现远程、集中管理，并且引入智能化技术，对保障中的物资与人员的数鼍控制、时间控制、报警控制等实现钾能化管理。3)保障可视化保障丁视化对于军港勤务保障I D S S 主要包含2 个方面的含义：保障资源的可视化；保障力量分布的可视化。保障资源的可视化是指保障需求总量、(下转第1 1 2 页)万方数据11 2四川兵工学报(上接第8 7 页)库存能源物资、器材、食品、药品等信息，可以实时动态地提供给指挥员和管理员，信息透明与可视；保障力量分布的可视化是指对各种保障人员、保障设施设备的位置、工作状态实时动态地提供给指挥员和管理员。4结束语在当今的海上军事行动中，海军军港是舰艇战斗力的形成与保持的主要依托。要担负起多舰种、大批量、大舰队作战的保障任务，科学迅猛发展的今天，各种新技术都可能为军事行动的成功提供帮助。本文旨在针对当前军港勤务保障的特点和需求，对智能决策支持系统以及数据挖掘技术在军港勤务保障中的应用做出了初步的构想与设计，对军港硬件设施建设上提出了一些建议。2 0 世纪9 0 年代以来，智能决策方法和智能决策支持系统的研究在逐步深入p j，特别是与及其学习技术的结合，使得I D S S 更具智能性旧J。多A g e n t 技术的出现，为I D S S 的分析、设计和实现提供了一个崭新的途径，被誉为“软件开发的又一重大突破”。对于I D S S 来说，未来的设计和实现也将是基于多A g e n t 的。因此，研究探讨新环境下智能决策支持系统的开发模式是十分有意义的工作。参考文献：1 殷扬海军后勤管理学 M 南京：海军指挥学院1 9 9 0 2 M o r t o n，M S S M a n a g e m e n tD e c i s i o nS y s t e m sC o m-p u t e rB a s e dS u p p o r tF o rD e c i s i o nM a k i n g M C a m-b r i d g e，M a s s 3 坎塔尔季奇数据挖掘：概念、模型、方法和计算 M 北京：清华大学出版社，2 0 0 3 4 D a v i dH a n d，H e i k k iM a n n i l a，P a d h r a i cS m y t h 数据挖掘原理 M 北京：机械工业出版社，2 0 0 6 5 杨善林智能决策方法与智能决策支持系统 M 北京：科学出版社，2 0 0 5 6 杨善林，倪志伟机器学-7 与智能决策支持系统 M 北京：科学出版社，2 0 0 4(责任编辑周江川)万方数据军港勤务保障智能决策支持系统军港勤务保障智能决策支持系统作者：孙宇翔，邢建春作者单位：解放军理工大学,工程兵工程学院,南京,210007刊名：四川兵工学报英文刊名：SICHUAN ORDNANCE JOURNAL年，卷(期)：2010,31(8)参考文献(6条)参考文献(6条)1.殷扬 海军后勤管理学 19902.Morton,M.S.S Management Decision Systems Computer Based Support For Decision Making3.坎塔尔季奇 数据挖掘:概念、模型、方法和计算 20034.David Hand.Heikki Mannila.Padhraic Smyth 数据挖掘原理 20065.杨善林 智能决策方法与智能决策支持系统 20056.杨善林.倪志伟 机器学习与智能决策支持系统 2004 本文链接：http:/
