автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Интеллектуальные инструментальные средства для оперативного управления в энергосистемах

АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО ОТКРЫТОГО ТИПА НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ АО ВНИИЭ

Р Г Б ОД

у г "7 На правах рукописи

УДК 621.311.1:658.234:681.3

Любарский Юрий Яковлевич

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ В ЭНЕРГОСИСТЕМАХ

05.14.02 — Электрические станции (электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими

05.13.06 — Автоматизированные системы управления

Диссертация

в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1996

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте электроэнергетики (АО ВНИИЭ).

Официальные оппоненты:

доктор технических наух, профессор Журавлев В.Г.

доктор технических наук, профессор Меркурьев Г. В.

доктор технических наук, профессор Строев В.А.

Ведущее предприятие: Центральное диспетчерское управление Единой

заседании Диссертационного совета 44.07.01 Научно-исследовательского института электроэнергетики (АО ВНИИЭ).

Адрес: 115201, г. Москва, Каширское шоссе, д.22, корп.З. Телефон совета: 113-28-09.

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке

энергосистемы Российской Федерации (ЦЦУ ЕС РФ)

Защита состоится

Г)£- 1996 г. в час.

мин. на

ВНИИЭ.

Диссертация в форме научного доклада разослана

196 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета Д. 144.07.01

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы

Автоматизированные системы диспетчерского управления (АСДУ) энергосистемами должны обеспечивать эффективность и надежность управления при высоком уровне квалификации оперативного персонала. Однако многие важные функции диспетчерского управления, краткосрочного планирования режима и подготовки оперативного персонала остаются слабо автоматизированными, поскольку для них не существует адекватных математических моделей в рамках традиционных алгоритмических подходов . Решение многих важных задач диспетчерского управления энергосистемами и подготовки оперативного персонала энергосистем осуществляется без поддержки средств автоматизации — на основе эвристических правил, опыта персонала. При этом к персоналу, решающему эти задачи, предъявляются столь высокие требования по объему перерабатываемой информации и производительности этой переработки, что "человеческие" ошибки становятся неизбежными. Ущерб, связанный с такими ошибками, часто недопустимо велик.

Существенное повышение уровня автоматизации при оперативном управлении энергосистемами и при подготовке оперативного персонала является важной народнохозяйственной задачей. Решение этой задачи связано с использованием новых информационных технологий: методов искусственного интеллекта и экспертных систем. Применение этих технологий без учета специфических требований задач электроэнергетики не обеспечивает решения проблемы — этим объясняется сравнительно слабое использование экспертных систем в АСДУ энергосистемами. Предложенная автором диссертации стратегия использования новых информационных технологий предполагает первоочередное создание интеллектуальных инструментальных средств (ИИС), удовлетворяющих требованиям АСДУ энергосистемами (в отношении производительности и потребных ресурсов). На основе ИИС построены прикладные интеллектуальные системы для решения важных задач диспетчерского управления энергосистемами и подготовки оперативного персонала.

Работы автора диссертации, опубликованные начиная с середины 70-х годов, представляют теоретическую базу создания ИИС и их использование в автоматизации важных функций АСДУ энергосистемами.

Результаты выполненных лично автором исследований и разработок подробно охарактеризованы в 35 печатных работах, в том числе в 5 монографиях. Перечень работ приведен в разделе "Публикации".

Цели работы

Целью диссертационной работы является обеспечение на основе построения и использования ИИС автоматизации таких важных функций оперативного управления в энергосистемах (УЭ), как следующие:

— диалог оперативного персонала с автоматизированными системами на естественном языке,

— краткосрочное планированеи ремонтов оборудования (проработка ремонтных заявок),

— построение тренажеров оперативных переключений.

Специфическими требованиями для задач автоматизиции УЭ является максимальное удобство взаимодействия с пользователями, высокая реактивность при минимальной ресурсоемкости вычислительных средств. В применении к интеллектуальным системам для задач УЭ эти требования необходимо развить, добавив необходимость иметь в составе ИИС развитые средства для представления знаний о "топологии" энергосистем (в частности, для представления электрических схем, включая расположение и функции устройств автоматики и релейной защиты) и средства для представления рассуждений экспертов-технологов.

В соответствии с этими основными требованиями в диссертационной работе решаются следующие задачи:

— разработка теоретической и методической основы для построения интеллектуальных систем для задач УЭ;

— создание инструментальных интеллектуальных средств, удовлетворяющих требованиям УЭ и разработка методики построения прикладных интеллектуальных систем на базе ИИС;

— разработка ряда прикладных интеллектуальных систем для задач опера-

тивного диспетчерского управления, краткосрочного планирования и подготовки оперативного персонала.

Научная новизна и практическая ценность работы

К новым результатам диссертационной работы, представляемой к защите, относятся:

— разработка и реализация логико-лингвистического метода семантических групп для представления знаний о структуре (топологии) предметной области в инструментальных интеллекуальных системах,ориентированных на применение в УЭ,

— реализация метода виртуальной семантической сети для организации процедуры вывода в ИИС ответа на вопрос, сформулированный на ограниченном естественном языке,

— разработка и реализация метода вопросного программирования, основанного на концепции программ-рассуждений и предназначенного для организации специализированного логического вывода для функций УЭ,

— разработка методов построения прикладных интеллектуальных систем для решения задач из области УЭ,

— разработка способов развития выразительных возможностей ограниченного естественного языка в ИИС для задач УЭ.

В совокупности эти результаты образуют методологическую основу для построения инструментальных и прикладных интеллектуальных систем для использования в области управления энергосистемами.

Практическая ценность результатов работы состоит в разработке на основе ИИС и внедрении прикладных автоматизированных систем для важнейших функций управления энергосистемами:

— естественно-языковой диалоговой системы оперативно-информационных комплексов "Диспетчер" для диспетчерского управления (внедрена в 11ДУ ЕЭС и в ряде энергосистем),

— интеллектуальной системы-советчика ЭСОРЗ по режимной проработке заявок на вывод в ремонт электротехнического оборудования (внедрена в 1ЩУ ЕЭС и в одной из энергосистем);

— интеллектуальной системы-советчика ЭСКАН по проработке заявок, связанных с выводом в ремонт каналов противоаварийной автоматики и телемеханики (внедрена в ЦДУ ЕЭС и в одной энергосистеме),

— интеллектуальной системы-советчика СЭЗАР по проработке ремонтных заявок, связанных с устройством релейной защиты (внедрена в двух энергосистемах),

— интеллектуальной системы-тренажера ТОП по оперативным переключениям (внедрена в ЦДУ ЕЭС, в ряде энергосистем и сетевых предприятий).

Перечисленные прикладные системы созданы на базе инстументальной интеллектуальной системы МИМИР, основанной на методологической основе построения ИИС, разработанной в рамках данной диссертации.

Апробация

Результаты диссертации докладывались на IX Всесоюзной конференции по проблемам автоматического управления (Москва, 1985), на Общемосковском семинаре по проблемам искусственного интеллекта (Москва, 1982), на VII Всесоюзном совещании по проблемам управления (Минск, 1977), Всесоюзной научно-технической конференции "ЭВМ-76" (Киев, 1976), IV Всесоюзной с международным участием конференции по нейрокибернетике (Ростов-на-Дону, 1976), семинаре "Знание-Диалог-Решение" (Ленинград, 1991), Всесоюзном совещании по экспертным системам (Суздаль, 1990),на семинаре-совещании "Методические и компьютерные средства подготовки персонала электроэнергетики" (С-Петербург, 1995).

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Введение

Для создания информационных средств для поддержки деятельности оперативного персонала, осуществляющего оперативное управление и краткосрочное планирование режимов энергообъединений и энергосистем, а также для функций подготовки оперативного персонала разработаны интеллектуальные информационные средства, занимающие промежуточное положение между экспертными системами и традиционными информационными системами. Эти системы используют специализированные для задач управления в энергосистемах процедуры логического вывода, моделирующие рассуждения специалистов-экспертов. Базовым в таких специализированных интеллектуальных системах является представление о рассуждении специалиста как внутреннем диалоге.

Базовой процедурой специализированного логического вывода является процедура ВОПРОС—ОТВЕТ, причем вопрос формулируется на ограниченном естественном языке (ОЕЯ). Функция "понимания" информационной системой ОЕЯ-фраз является для рассматриваемых интеллектуальных средств не пристройкой, как в большинстве экспертных систем ("интеллектуальный интерфейс"), а важнейшей функцией, на которой основаны внешний диалог, специализированный логический вывод и объяснительные функции.

На основе изложенных принципов разработаны инструментальные интеллектуальные средства ИИС, хорошо согласующиеся с требованиями задач управления режимами энергосистем; на базе ИИС созданы прикладные интеллектуальные средства для использования при диспетчерском управлении, краткосрочном планировании ремонтов, в обучении и тренировках оперативного персонала.

2. Метод семантических групп [1—10, 35]

Требования к языку запросов в ИИС сформулированы в применении к различным группам пользователей (дежурный персонал и специалисты-технологи, операторы, специалисты по информационному обеспечению, инженеры по зна-

ниям, программисты). Установлено, что запросы на ОЕЯ наилучшим образом удовлетворяют этим требованиям.

Исходя из необходимости реализации интеллектуальных средств для УЭ на базе мини-ЭВМ и персональных ЭВМ, определим ресурсные требования к функциям анализа ОЕЯ-запросов и вывода ответов.

Исследованы различные способы организации ввода пользовательских запросов: универсальная клавиатура (УК), функциональная клавиатура (ФК), клавиатура переменной лексики (КПЛ), определена целесообразность использования ФК и КПЛ. Важным следствием исследования является отказ от учета морфологических словоизменений при анализе вопросов, вводимых пользователями. Разработаны способы компенсации отсутствия словоизменений в ОЕЯ-фразах.

Рассмотрены синтаксические и смысловые формы ОЕЯ-вопросов для выбора в качестве вопросительной базовой конструкции ВБК минимально сложной, но достаточно выразительной формы (КАКОЙ, СКОЛЬКО, ЧТО, КТО, ГДЕ, КОГДА, ПОЧЕМУ, КАК и ПРАВДА ЛИ, ЧТО). В качестве ВБК выбран определительный вопрос (типа КАКОЙ или КАКИЕ), введены правила преобразования вопросительных форм в базовые:

ЧТО <ЦЕПЬ>? КАКИЕ ПРЕДМЕТЫ <ЦЕПЬ>? (\«) КТО <ЦЕПЬ>? КАКИЕ ЛЮДИ <ЦЕПЬ>? (ю) ГДЕ <ЦЕПЬ>? -> КАКИЕ МЕСТА <ЦЕПЬ>? (ж) КОГДА <ЦЕПЬ>? -> КАКОЕ ВРЕМЯ <ЦЕПЬ>? (уу) ПОЧЕМУ <ЦЕПЬ>? -> КАКИЕ ПРИЧИНЫ <ЦЕПЬ>? (ю) КАК <ЦЕПЬ>? КАКИЕ МЕТОДЫ <ЦЕПЬ>? (уу) СКОЛЬКО <ЦЕПЬ>? КАКИЕ <ЦЕПЬ>? (с)

ПРАВДА ЛИ,ЧТО <СЛ0В0хЦЕПЬ>? КАКИЕ <СЛОВО><СЛОВО><ЦЕПЬ>? (г), где <СЛОВО> — элемент множества слов ОЕЯ; <ЦЕПЬ>,— цепочка слов, зна- -ков, чисел; (\у) — обозначение оператора вербализации ответа на определительный вопрос в виде множества понятий, входящих в объем ответа; (с) — обозначение оператора подсчета и вербализации объема понятий ответа на вопрос; (г) — обозначение оператора выдачи реплики НЕТ при пустом объеме понятий ответа и реплики ДА — при непустом объеме понятий ответа.

Так как вопросительное слово в ВБК может умалчиваться, введена опреде-

ление грамматики, порождающей простые базовые конструкции вопросов: <ПВ>:: = <ТПВ>?

<ТПВ>:: = <ВО><ВУ>|<ВУ><ВС><ВО>|<ВУ><ВС><ВО><ВУ>|<ВС><ВО>

<ВУ>:: = <УВ>|<УВ><ВУ>

<ВО>:: = <СЛОВО>|<СЛОВО><ЧИСЛО>

<УВ>:: = <СЛОВО>|<СЛОВО><ЧИСЛО>

<ВС>:: = <КАКИЕ>,

где ПВ — простой вопрос; ТПВ — тело простого вопроса; ВС — вопросительное слово; УВ — множество вопросных условий; УВ — единичное условие вопроса, ВО — вопросная область."

Общая структура вопроса:

<ВОПРОС>:: = <ТПВ>?|<ТПВ>,<ГВК>?|<ТПВ> ДЛЯ <ГВК>? <ГВК>:: = <ВК>|<ВК>,<ГВК>|<ВК> ДЛЯ <ГВК>, где ГВК — группа вложенных конструкций, В К — вложенная конструкция. Примеры ОЕЯ-вопросов:

. Р ВЛ Центр Урал? (активные мощностей BJI на связях Центр-Урал) . заявки разреш для оборуд уров 750? (разрешенные заявки для оборудования уровня 750 кв?)

. заявки действ ДЗШ для объект уров 150? (действующие заявки на диф. защиту шин для объектов уровня 150 кв?)

. узлы для выключат вкл? ( узлы включенных выключателей) . оборуд,сечен,оборуд,заяв разреш? (оборудование, относящееся к сечениям, в которые входит оборудование, выводимое по разрешенным заявкам).

Для ввода фактов в интеллектуальную систему в ОЕЯ включается повествовательная базовая конструкция ПБК:

<ПБК>:: = <30><СЛОВО>[<ЧИСЛО>]:<СЛОВО>[<ЧИСЛО>], где <30> — знак операции <30>:: = <+|->, причем знак "+" соответствует включению факта в систему знаний, знак "-" — исключению (пример: + ВЫКЛЮЧАТ 17: ВКЛ.).

Для представления в ИС знаний о предметной области в работе использован известный формализм семантических сетей, удобный для описания электрических схем и другой "топологоческой" информации из области УЭ. Семантическая сеть

СС представляется графом в связи вершин (им соответствуют понятия из предметной области) и дуг (связи между понятиями). Рассмотрена классификация СС на основе таких характеристик, как однородность, иерархичность, дискретность.

В общем виде непрерывная иерархическая СС описывается следующим образом:

НИСС = {З.ХЯЗРВ.и ДР}, где О — граф связи вершин и дуг, X — уровни возбуждения вершин сети, Я — проходимость дуг сети, ЗРВ — закон распространения возбуждения по сети, и — правила отнесения вершин сети к иерархическим уровням, (увеличение номера уровня интерпретируется как увеличение степени обобщения для понятий), А — алгоритм поиска на семантической сети, Р — идентификатор предметной области). Частные случаи СС: непрерывная иерархическая: ННСС = {С,Х,К,ЗРВ,А,Р}, дискретная иерархическая: ДИСС = {С,и,А,Р}, дискретная неиерархическая: ДНСС = {С,А,Р}.

Рассмотрены области применения различных типов СС для задач УЭ. Структурирование семантической сети необходимо для экономного представления знаний в памяти ЭВМ и для обеспечения достаточной реактивности при выводе ответов на запросы в ИИС. Для этого введено понятие семантической группы (СГ) как множества близких по смыслу понятий из предметной области ИИС:

СГ = {\Л/,1,0,Т},

где — название СГ, слово входного ОЕЯ; I — идентификатор СГ; Р — количество элементов СГ; Т — "тело" СГ: множество понятий, входящих в СГ.

Связи между СГ в целом (групповые зависимости ГЗ) и между элементами различных СГ описывается выражением:

СВЯЗЬ:: = <1> <|\|> <Э> <и> <М>, где 1,1 — идентификаторы С Г; N и М — числа, номера элементов СГ; 5 -идентификатор вида связи.

Связи между элементами двух СГ образуют структуру, названную проблемной сферой ПС.

Для ДНСС проблемная сфера может быть определена следующим образом: ПС:: = {<НПС>,<ИПС>,<СВЯЗИ>}, где НПС — наименование ПС, слово входного ОЕЯ, ИПС - идентификатор ПС: ИПС:: = <!> <Б> О.

Структурированная семантическая сеть для предметной области описывается на двух макроуровнях: описания СГ и ПС (первый макроуровень) и 1раф связи СГ и ПС, называемый концептуальной моделью предметной области КМ (второй макроуровень). При этом КМ обеспечивает "поверхностное" представление СС, а описания СГ и ПС — "глубинное" представление.

На основе введенных семантических представлений определен Словарь ИИС. Входной язык (ОЕЯ) обозначен Я1.

Идентификаторы СГ и цифры для обозначения логических номеров элементов этих групп, а также знаки пунктуации являются терминальными символами языка семантических групп ЯСГ (обозначение — Я2): <СЛОВАРЬ>:: = <СТАТЬЯ> | <СТАТЬЯ><СЛОВАРЬ> <СТАТЬЯ>:: = <ЛЕВАЯ ЧАСТЬ> <ПРАВАЯ ЧАСТЬ> <ЛЕВАЯ ЧАСТЬ>:: = <СЛОВО Я1> <ПРАВАЯ ЧАСТЬ>:: = <ЦЕПЬ Я2>, где <ЦЕПЬ Я2> — цепочка терминальных символов Я2.

Конкатенация переводов на Я2 слов запроса, сформулированного на ОЕЯ, обеспечивает представление входного запроса для его дальнейшего преобразования.

3. Виртуальная семантическая сеть [1,2,5,8,9,35]

При выводе ответов на ОЕЯ-вопросы в ИИС. Для экономии ресурсов ЭВМ и обеспечения необходимой производительности в оперативной памяти ЭВМ должна представляться не вся СС, а только те ее структурные элементы, которые нужны для вывода ответа на данных вопрос. Из этих элементов нужно "собрать" проблемную семантическую сеть (ПСС). Этот метод, названный методом виртуальной семантической сети, для своей реализации требует разработки:

— алгоритма преобразования входного вопроса в ПСС,

— алгоритма вывода ответов на основе ПСС,

— структуры системы управления базой знаний, в которой выполняются упомянутые алгоритмы.

Процесс преобразования пользовательского вопроса к выдаваемому ИИС ответу является многоуровневым, причем каждому этапу преобразования соответствует свой уровень языка представления информации:

— ЯО: "полный" естественный язык (язык информационной потребности пользователей),

— Я1: ограниченный естественный язык ОЕЯ (язык вопросительных базовых конструкций ВБК),

— Я2: язык семантических групп (ЯСГ),

— ЯЗ: язык синтаксических структур (ЯСТ); на языке ЯЗ выявляются структуры ВБК, устанавливаются отношения подчинения между основными и придаточными подвопросами, определяется вопросная область ВО и условия УВ, осуществляется разбиение подвопросов на элементарные блоки — субвопросы, формируется общая синтаксическая структура ВБК из субвопросов, связанных с определенными отношениями,

— Я4: язык проблемных сфер (ЯПС); для каждого субвопроса на Я4 находятся необходимые структурные элементы семантической сети (НС), устанавливаются связи, соединяющие выбранные элементы в проблемную сеть ПСС,

— Я5: язык семантических сетей (ЯСС); на базе "собранной" ПСС осуществляется поиск для вывода ответа (термины Я5 - вершины и дуги графа ПСС); в зависимости от типов семантических сетей образуются различные диалекты Я5;

— Я6: язык "внутреннего" (невербализированного) представления ответа (ЯПО),

— Я7: язык форм отображения (ЯФО); на языке Я7 вербализуются для пользователей ответы ИИС (на этом уровне решена задача выбора формы представления ответа, соответствующей пользовательскому вопросу),

— Я8: язык доступа к данным (ЯДД) обеспечивает связь между семантическими структурами как описаниями данных и конкретными данными.

Выделены элементы СУБЗ в их связи с яызковыми уровнями (см. рис.1).

Преобразование ЯО Я1 выполняет пользователь. Опыт реализации эксплуатации прикладных интеллектуальных систем для управления в энергосистемах подтверждает легкость освоения и удобство выполнения этого преобразования для неподготовленных пользователей.

Преобразование Я1 Я2 осуществляется с помощью Словаря системы путем пословного перевода и конкатенации ЯСГ-цепочек, записанных в правых частях словарных статей, левыми частями которых являются слова ОЕЯ-фразы вопроса.

Преобразование Я2 —► ЯЗ выполняется в три этапа.

Первый этап (определение общей синтаксической структуры ВБК, выделение придаточных вложенных конструкций, выделение подвопросов и установление связей между ними) реализует контекстно-свободную анализирующую грамматику:

<ВОПРОС>:: = <ПРОСТОЙ ВОПРОО? | <ПРОСТОЙ ВОПРОС»,

СЛОЖЕННАЯ КОНСТРУКЦИЯ??

<ПРОСТОЙ ВОПРОС>:: = «КРАТКИЙ ВОПРОС> | <ПОЛНЫЙ ВОПРОС>

СЛОЖЕННАЯ КОНСТРУКЦИЯ»:: = <КРАТКИЙ ВОПРОС>, СЛОЖЕННАЯ

КОНСТРУКЦИЯ» | «КРАТКИЙ ВОПРОС».

Эта грамматика преобразует Я2 фразу в перечень подвопросов, следующих в порядке, обратном иерархии отношений подчинения.

На втором этапе в каждом подвопросе выделяется вопросная область ВО и условия вопроса УВ:

<ВО>:: = <1>

<УВ>:: = <1> | <!><ЧИСЛО>, где I — идентификатор семантической группы.

Вопросная область подвопроса совпадает с символом - идентификатором I семантической группы в конструкциях подвопроса вида:

<ПОДВОПРОС>:: = <1><ЦЕПЬ> I <ЦЕПЬ> к <1><ЦЕПЬ>, где <ЦЕПЬ> — любая последовательность терминальных символов Я2, не начинающаяся с цифры, к — идентификатор вопросительного слова.

На втором этапе преобразования Я2 ЯЗ определяется М — место ВО в подвопросе.

При определении ВО действуют трансформационные правила ТП, которые способны изменить синтаксическую структуру подвопроса и вынудить систему вернуться к первому этапу преобразования (эти правила будут рассмотрены ниже).

Третий этап преобразования Я2~> ЯЗ разбивает подвопросы на субвопросы:

<СУБВОПРОС>:: = <ВО><УВ>.

Подвопросы в списке подвопросов связаны отношениями подчинения, а субвопросы одного подвопроса — конъюнктивными отношениями.

i

(СУБВОПРОС ¡0)-*

<ПОДВОПРОС i> (СУБВОПРОС ¡1).......-*-&—

(СУБВОПРОС ¡n)_

Если список подвопросов для данного вопроса содержит более одного элемента, то для подвопросов, кроме первого, добавляется еще один субвопрос, содержащий в качестве *УВ вопросную область предыдущего подвопроса, помеченного индексом подстановки $:

<ПОДВОПРОС1>-><СУБВОПРОСЫ i> <СУБВОПРОСЫ ¡>:: = <ВО> <ВО ¡-1 $> <ВО ¡><УВ 1¡>

<ВО ¡><УВ 1п>,

где i — номер подвопроса (i>= 1), п — количество условий в данном подвопросе.

С помощью такой подстановки реализуются отношения подчинения между подвопросами.

Трансформационные правила ТП, которые используются на втором этапе преобразования Я2 ЯЗ.

Применение ТП содержательно соответствует выделению из текста имплицитной информации о вопросной области:

<ЦЕПЬ> к <1><ЧИСЛО><ЦЕПЬ> ~> <ЦЕПЬ><1><ЧИСЛО> к <М><ЦЕПЬ> (ТП1а)

<1><ЧИСЛ0><ЦЕПЬ> <1><ЧИСЛ0> к <ХЦЕПЬ'> (ТП1 б),

|=ГЗ(Л

гае ГЗ — групповая зависимость между СГI и I, к — "перевод" на Я2 вопросительного слова "КАКИЕ" ("КОТОРЫЕ"), <ЦЕПЬ'> - любая цепочка терминалов Я, не содержащая символ к; (преобразование по правилам (ТП1а), (ТП16) соответствуют раскрытию т.н. "метонимического эллипсиса" одного из видов "умолчания"); <1>^><ЦЕПЬ> -> О к <1><ЦЕПЬ> (ТП2а)

,1сО

<ЦЕПЬ> к <Лх|хЦЕПЬ> -> <ЦЕПЬ>0 к <1><ЦЕПЬ> (ТП26),

J с О

где О — множество семантических групп, таких, что входящие в них могут быть в вопросе только определениями;

<ЦЕПЬ><и><М>_<М><ЦЕПЬ> <ЦЕПЬ><1><П(У,Ы)><ЦЕПЬ> (ТПЗ),

.|*ГЗ(|)

где М, N — числа, _ — знак пробела, И — функция, задаваемая для группы I; преобразование (ТПЗ) позволяет использовать во входном языке Я1 понятия, формируемые из наименования вида некоторой группы понятий и числа — логического номера (понятия вида "ТРАНСФОРМАТОР_2", где ТРАНСФОРМАТОР - вид ОБОРУДОВАНИЯ).

Преобразование ЯЗ Я4 имеет целью длякаждого субвопроса синтаксической структуры вопроса на ЯЗ найти идентификаторы проблемных сфер ПС, необходимых для разрешения субвопроса. Если таких требуется больше одной, определяется структура их соединения в проблемную семантическую сеть ПСС. Это преобразование описывается порождающей грамматикой: (Ш)яз - N <СТРУКТУРА>

<СТРУКТУРА>:: = <ИПС>|<ИПС><СВЯЗЬ><СТРУКТУРА> <СВЯЗЬ>:: = -.

где (1Ш)яз — субвопрос на ЯЗ, 1,1 — идентификаторы СГ, N — число (номер элемента СГ), ИСГ — идентификатор проблемной сферы. Преобразование осуществляется на основе информации о связях семантических 1рупп, содержащейся в концептуальной модели предметной области КМ (с учетом групповых зависимостей).

Если в субвопрос на ЯЗ входят группы I и I, то некоторая проблемная сфера ПО входит в структуру на Я4, если истинно выражение

гд(1ПС0 & гд(Л,ПС1) и ге (Щ & гдд.ПС'О & гд(1_,ПС1) и и ге^.Ц & гд(1,ПС|) & гд(ЦПа), где 1,1,1 — идентификаторы семантических групп, гб — связь по графу семантических зависимостей (ге = I, если такая связь существует), ^ — связь по графу КМ, и — оператор дизъюнкции.

Возможные структуры для субвопроса на Я4:

Пример преобразований приведен в Таблице 1.

Преобразование Я4-» Я5 осуществляется в два этапа. Первый этап заключается в "сборке" проблемной семантической сети ПСС по структуре, определенной на уровне Я4. Второй этап — вывод ответа по входам ПСС, определяемым условиями вопроса.

Для различных типов семантических сетей (НИСС, ННСС, ДИСС, ДНСС) получены различные диалекты языка семантических сетей Я5. Для непрерывных сетей уровень возбуждения вершины сети вычисляется как взвешенная сумма уровней возбуждения узлов, связанных с данным:

где xi — уровень возбуждения i-ro узла; rij — проходимость связи между узлами i и j; х шах и х min — максимальное и минимальное значение уровня возбуждения: х min < xi < х max; п, и — операции обобщенной конъюнкции и дизъюнкции (в непрерывной логике); d — разность уровней возбуждения двух специально выделенных узлов ("удовольствиеи "неудовольствие"); ai — функция активатора сети: для наиболее возбужденного узла сети функция ai равна 1, для остальных узлов она равна нулю.

Для наиболее часто используемых сетей типа ДНСС вывод ответа сводится к поиску пути по графу ПСС от вершин-условий к вершинам СГ ответа.

Ответ на вопрос на уровне Я5 есть множество помеченных вершин семан-

(а) N -»(IJ)->

(б) $ (IJH

(в) N (IL) - (LJ)->

(г) $ (IL) - (LJ)->

N

{[(2 xj rij) + ai d ] x max} и x min,

н н

тической сети; эти вершины соответсвуют элементам одной из семантических групп, определяемых вопросной областью входной фразы.

Преобразование Я5 -> Я6 формирует линейку:

линейка = {I, О, ТЛ),

где I — идентификатор СГ, Б — количество элементов в СГ, ТЛ — тело линейки (состоит из Б битов, причем единичное значение некоторого бита означает вхождение соответствующего элемента СГ в объем ответа).

Преобразование Я6 Я7 в информационном плане соответствует прагматическому аспекту: на уровне Я7 выбирается одна из форм представления ответа для пользователей (список, форма, таблица, график и т.п.). Каждой из форм ответа соответствует свой фрейм. Выбор экземпляра фрейма формы отображения, соответствующей потребностям пользователя,задавшего вопрос, является важной задачей преобразования Яб -»Я7.

Методы семантических групп и виртуальной семантической сети обеспечивают построение диалоговых сситем, взаимодействующих с пользователями на естественном языке. Это позволяет оперативному персоналу удобно запрашивать необходимую информацию в условиях изменяющейся ситуации в энергосистеме.

4. Вопросное программирование. [1,2,12,34,35]

Рассуждения технологов в области эксплуатации энергосистем наилучшим образом могут быть представлены не в виде независимых декларативных утверждений, а в форме специальных моделей умений, реализующих процедуры специализированного логического вывода. Метод построения моделей умений для ИИС основан на использовании естественно-языковых вопросов и назван методом вопросного программирования. Модели умений, написанные на языке вопросного программирования (ЯВП), названы программами-рассуждениями (ПР).

Основными функциями ЯВП в программах-рассуждениях являются:

— обеспечение задания ОЕЯ-вопросов из ПР,

— обеспечение ввода ОЕЯ-утверждений из ПР,

— обеспечение в ПР анализа ответов на вопросы,

— обеспечение возможности коммуникации ПР с пользователями,

— обеспечение контекстных связей в текстах ОЕЯ-вопросов и "шаблонов", заготовленных для отображения.

Атрибутами ПР являются тексты, линейки и слоты. Тексты могут содержать ОЕЯ-вопросы или шаблоны, заготовленные для отображения. Слоты — это ячейки, в которых могут размешаться результаты анализа ответов (обычно — логические номера элементов семантических групп); линейки — массивы, предназначенные для размещения в ПР ответов на О ЕЯ-вопросы., В текстах могут использоваться конкретные ссылки в виде конструкций *N для ссылок на слоты и SN для ссылок на линейки (где N — число, логачесский номер слота или линейки).

Основным оператором ЯВП является оператор задания ОЕЯ-вопроса QUEST; допустимые структуры этого оператора: QUEST ("<ТЕКСТ>", И)', QUEST (М, N); где ТЕКСТ:: = <ЦЕПЬ>? ЦЕПЬ — ОЕЯ-цепочка, М — номер текста, N — номер линейки.

Для анализа ответов служит оператор NOMER NOMER (N, S1, S2, А, Е, ml, m2 [, тЗ]); где N — номер анализируемой линейки,

51 — номер слота, в который записывается логический номер первого единичного (при Е=1) или нулевого (при Е=0) элемента линейки,

52 — номер слота, в который записывается количество единичных при (Е=1) или нулевых (при Е=0) элементов линейки,

А — начальный элемент анализируемой линейки (задается параметрически или через слот — конструкцией Ns, где Ns — номер слота); ml, ш2, шЗ — метки переходов соответственно по "пустой" линейке (содержащей только нулевые элементы), по "непустой" линейке, в случае ошибки.

Логические операции над содержимым линеек осуществляются оператором LOG LOG (N1, N2, N3, <ОПЕР> [, m]); где N1, N2 — номера линеек-аргументов, N3 — номер линейки-функции; ш — метка перехода при ошибке;

<ОПЕР>:: = К | D | 11 Е | Т , где К — конъюнкция, D — дизъюнкция, I — инверсия, Е — исключительное "ИЛИ", Т — перепись линеек.

Логические операции R, D, Е производятся поэлементно над одноименными элементами тел линеек-аргументов; при инверсии значение каждого элемента тела линейки заменяется на противоположное. Оператор WRITE позволяет осуществить запись в определенный элемент указанной линейки определенного значения

WRITE (N, Е, S t,mj);

где N — номер линейки, Е — номер элемента линейки (задается параметрически или через слот *Ns), S — значение (0 или 1), ш — метка при ошибке.

Оператор READ служит для организации перехода по значению определенного элемента линейки

READ (N, Е, ml, m2 [, m3]); где ml и ш2 — метки перехода соответственно по нулевому и ненулевому значению, тЗ — по ошибке.

Для отображения служат операторы DISPL и LIST. Оператор DISPL отображает текстовый шаблон DISPL ("<ТЕКСТ>", Р); DISPL (М,Р); где ТЕКСТ:: = <ЦЕПЬ> М — номер текста,

Р — признак протоколирования (при Р = 1).

Оператор LIST отображает содержимое определенной линейки в виде списка LIST (N, Р);

Для коммуникации с пользователем служат операторы INPUT и MENU INPUT (М1, <А>, Р); где <А>:: = M2|*S

Ml — текст-"подсказка", М2 — номер текста для ввода. Оператор MENU дает пользователю возможность выбрать один из элементов определенной линейки MENU (<ИМ>, N, S);

где ИМ — имя массива, в котором хранятся наименования элементов СГ из линейки с номером N, S — номер слота, в который попадает выбранный по меню номер элемента.

Для простейшего взаимодействия ПР с данными служат операторы RDAN (чтение данных) и WDAN (запись данных)

RDAN (<ИМ>, <НЭ>, <А>, <S>);

WDAN (<ИМ>, <НЭ>, <А>, <S>); где <ИМ> — имя массива ИМ:: = "<ТЕКСТ>", НЭ — номер элемента массива (при задании через слот *N), А — атирибут ($М — линейка, *М — слот, #М — текст), S — сдвиг (при задании через слот *N).

ЯВП реализован как набор подпрограмм и макрокоманд на базе языка "С". Поэтому для арифметических операций с содержимым слотов и для задания операций ветвления использованы нотации этого алгоритмического языка.

Программы-рассуждения могут вызываться друг из друга с помощью оператора QUEST, имеющего в качестве текста выражение <ИПР>., где ИПР — имя вызываемой ПР, включенное в Словарь прикладной системы. Вызываемая ПР может получать в качестве параметра слот (<ИПР>*5.) или линейку (<ИП-P>$N.) и возвращает в качестве ответа линейку с помощью оператора ANSW (N), где N — номер линейки.

Программа-рассуждение представляет собой специальный вид процедурного фрейма, а связи между ПР (взаимный вызов) дают удобную возможность организации сети фреймов этого вида.

Подпрограммы ЯВП, прикладные и системные ПР, а также отладочные средства для верификации ПР образуют базу умений ИИС, которая, взаимодействуя с базой знаний, обеспечивает специализированный логический вывод (см. рис.2).

Типология ПР определяется тем, умения какой группы специалистов они моделируют. Можно выделить несколько типов ПР: технологические, сервисные, системные и лингвистические.

Пример технологической ПР приведен в Таблице 2. Эта ПР входит в интеллектуальную систему ТОП (тренажер оперативных переключений). Задача ПР, называемой ШУНТ — определить для заданного коммутационного аппарата наличие шунтирующей цепи. Фрагмент Базы знаний, используемый в этой ПР,

содержит СГ: УЗЛЫ, КОММУТАТОРЫ, СОСТОЯНИЯ (ВКЛ, ОТКЛ).

Сервисные ПР моделируют умения специалистов по информационному обеспечению ИИС. В частности, они могут обеспечивать удобный ввод, коррекцию и мониторинг данных в прикладных ИИС.

Системные ПР могут использоваться для гибкого распределения ресурсов в ИИС или для расширения системных возможностей ИИС. Примером таких ПР, направленных на развитие возможностей диалога и отображения в ИИС является подсистема ПОЛИКАРТ. В Базе знаний для этой подсистемы вводятся СГ КАРТЫ (прямоугольные области пространства экрана видеотерминала), ФОРМЫ (картины для отображения), ОКНА (зоны, расположеннйе в семантически значимых участках форм). ПР подсистемы обеспечивают отображение формы в карте, позиционирование маркера по окнам формы (номера окон "упакованы" в линейке) и другие функции. Связь окон формы с элементами "технологических" СГ дает пользователю возможность управлять работой прикладных ИИС, просто указывая семантически значимые элементы изображения на формах.

5. Развитие выразительных возможностей ограниченного естественного языка. [1,5—7,15,16,18]

Лингвистические ПР, предназначенные для развития выразительных возможностей ограниченного естественного языка в ИИС обеспечивают следующие выразительные возможности естественного языка:

(а) множественность смыслов слов (синонимия),

(б) множественность способов выражения одного и того же смысла фразы,

(в) умолчания, метонимический эллипсис,

(г) вопросы с отрицаниями и дизъюнкцией,

(д) метонимия,

(е) метафорические конструкции,

(ж) "понимание" системой различных типов вопросов,

(з) квантифицированная информация в вопросах,

(и) контекстные связи между вопросами.

Ряд перечисленных выразительных возможностей обеспечивается уже в

языке базовых конструкций (например, (а), (б), (в)). Другие реализуются лингвистическими ПР, общий принцип построения которых таков: в получаемых текстах эти ПР осуществляют поиск определенных ключевых слов и релято-ров, "дробят" тексты на отрезки, каждый из которых представляется фразой на "базовом" ОЕЯ, а затем "склеивают" эти отрезки с помощью операторов ЯВП.

Для вопросов с отрицаниями используются правила преобразования <ЦЕПЬ2>,КРОМЕ <ЦЕПЫ> [,<ЦЕПЬЗ>] ? -> <ЦЕПЬ2><ИСГп> SN [<ЦЕПЬЗ>]?

Цепочка <ЦЕПЫ> передается ПР "ОТРИЦАНИЕ":

QUEST ("сЦЕПЫ >?", .1); LOG (1„ 1,1);

Специальный оператор выделяет имя СГ для линейки: ИСГп.

Аналогично:

<ЦЕПЬ2> НЕ <ЦЕПЫ>? <ЦЕПЫ><ИСГп> $N?

Для вопросов с дизъюнктивными связями между условиями:

<ЦЕПЫ ><ЦЕПЬ2> ИЛИ <ЦЕПЬЗ>[<ЦЕПЬ4>]?-><ЦЕПЫ><ИСГп> $N [<ЦЕПЬ4>]?, где <ЦЕПЬ2> и <ЦЕПЬЗ> передается ПР "ДИЗЪЮНКЦИЯ"

QUEST ("<ЦЕПЬ2>?*,1);

QUEST С<ЦЕПЬЗ>?", 2);

LOG (1.2.1.D);

Например, вопрос:

ОБОРУДОВАНИЕ УРОВН 750 ИЛИ УРОВН 500, КРОМЕ ТРАНСФОРМ?

преобразуется следующим образом:

ОБОРУДОВАНИЕ УРОВН $1 ОБОРУДОВАНИЕ $2?, где линейка S1 образована ПР "ДИЗЪЮНКЦИЯ" и содержит два единичных элемента (УРОВН 750 и УРОВН 500), а линейка $2 образована ПР "ОТРИЦАНИЕ" и содержит все элементы СГ ОБОРУДОВАНИЕ, не имеющие ВИД/ОБО-РУД "ТРАНСФОРМАТОР".

Квантификатор общности в вопросах (реляторы "ВСЕ" или "КАЖДЫЙ") вызывает преобразование:

<ЦЕПЫ > {ВСЕ I КАЖДЫЙ } сСЛОВО><ЦЕПЬ2>? сЦЕПЫ> НЕ , сЦЕПЫ>, <СЛОВО> НЕ сЦЕПЬ2>.

Пример:

ОБЪЕКТЫ, [имеющие] ВСЕ ВЛУРОВ110?-» ОБЪЕКТЫ, НЕ, ОБЪЕКТЫ, ВЛ НЕ УРОВ110?

Преобразование разрешается двукратным применением ПР "ОТРИЦАНИЕ".

Лингвистические ПР "БОЛЬШЕ" и "МЕНЬШЕ" позволяют обрабатывать вопросы с отношениями неравенства, между условиями.

Лингвистическая ПР "ПРЕЗУМПЦИЯ" позволяет выявить нарушения презумпции (неявных условий) в вопросах. Общий алгоритм этой ПР:

(а) ПР "ПРЕЗУМПЦИЯ" вызывается, если линейка ответа на введенный вопрос пуста,

(б) субвопросы, на которые "разложен" исходный вопрос, переводятся (обратно) на язык Я1,

(в) оператором NOMER проверяется, не пуста ли одна из линеек ответа на субвопрос; если да, выдается сообщение о некорректности вопроса и ПР "ПРЕЗУМПЦИЯ" завершает работу,

(г) если ни одна линейка субвопроса не пуста, последовательно проверяются результаты конъюнкции (оператор LOG) нескольких линеек субвопросов с целью найти пустую линейку, являющуюся конъюнкцией минимального числа линеек субвопросов. После нахождения такой линейки выдается сообщение о некорректности вопроса.

Например, пусть (ошибочно) введен вопрос:

ПАРАМЕТРЫ НАПОР АЭС ЮГА?

ПР "ПРЕЗУМПЦИЯ" определяет конъюнктивные субвопросы:

ПАРАМЕТРЫ НАПОР ? 51

ПАРАМЕТРЫ АЭС ? $2

ПАРАМЕТРЫ ЮГА ? $3.

Ни одна из линеек S1, $2, S3 не пуста, но конъюнкция линеек $1 и S2 дает пустую линейку; поэтому ПР выводит реплику "ВОПРОС НЕКОРРЕКТЕН. НЕСОВМЕСТИМЫ УСЛОВИЯ: ПАРАМЕТРЫ НАПОР И ПАРАМЕТРЫ АЭС".

Группа лингвистических ПР обеспечивает расширение типов вопросов, "понимаемых" в ИИС.

Вопросы о количестве связаны с преобразованием

[<ЦЕПЫ>] СКОЛЬКО <ЦЕПЬ2> ? [<ЦЕПЫ>] КАКИЕ <ЦЕПЬ2> ? 51

с последующим инициированием ПР "СКОЛЬКО" (входной параметр — $1)

ЫОМЕЯ (1,0,1,1,1, т1,гп2);

т1: 013Р1. ("КОЛИЧЕСТВО РАВНО НУЛЮ", 1); док) тЗ;

т2: 013Р1_ ("КОЛИЧЕСТВО Ч", 1);

тЗ:

Пример:

вопрос: СКОЛЬКО ВЛ УРОВН 750? ответ: КОЛИЧЕСТВО 12

Вопросы типа "ПРАВДА ЛИ, ЧТО" (ли-вопросы) преобразуются:

[<ЦЕПЫ>] { ПРАВДА ЛИ, ЧТО|ЛИ } <СЛОВО> [<ЦЕПЬ2>] ?

-> [<ЦЕПЫ>] КАКИЕ <СЛОВО> [<ЦЕПЬ2>] ? $1

с вызовом ПР "ЛИ" (входной параметр — $1)

ШМЕЯ (1,0,1,1,т1,т2);

ш1: 015Р1_ ("НЕТ, 1); доЮ тЗ;

т2: 01БР1 ("ДА", 1);

тЗ:

Пример:

АЭС ЛИ ОБЪЕКТ 15? АЭС КАКИЕ ОБЪЕКТ ОБЪЕКТ 15? Соответствующие преобразования и ПР используются для вопросов типов "КОГДА", "ГДЕ", "КТО", "ЗАЧЕМ", "ПОЧЕМУ", "КАК".

Важное значение для расширения выразительных возможностей ОЕЯ имеет "понимание" системой тропеических форм и, в первую очередь, метонимических и метафорических конструкций.

Метонимия состоит в употреблении названия одного понятия вместо другого на основании связей между ними. В ИИС множеству пригодных д ля метонимической замены связей соответствует заранее выделенное множество проблемных сфер Ммн. Условием инициирования ПР "МЕТОНИМИЯ" является невозможность обнаружения в одном из субвопросов связи между вопросной областью и условием вопроса при преобразовании ЯЗ —> Я4. В ПР "МЕТОНИМИЯ" осуществляется преобразование:

<ИСГа><ИСГв> [<N>1 -> <ИСГм><ИСГа><ИСГв> [<Ы>], где <ИСГм> — имя СГ, имеющей по графу КМ связи с группами айв через

проблемные сферы, принадлежащие множеству Ммн. Затем следует новое преобразование в субвопросы: {<ИСГм><ИСГа> <ИСГм><ИСГа><ИСГв> [<N>1 {<ИСГм><ИСГв> [<Ы>] Пример: для вопроса "ВЛ АВАРИЙН?" не удается обнаружить связь между ВО и УВ. Инициируемая ПР "МЕТОНИМИЯ" осуществляет преобразование: ВЛ АВАРИЙН ? ПАРАМЕТРЫ ВЛ АВАРИЙН?

Метафора состоит в употреблении слов в переносном смысле на основе сходства предметов (понятий). В профессиональных "языках" метафорические конструкции часто используются для выражения новых понятий.

В простой метафоре различают образ (явно названное слово) и предмет (подразумеваемое понятие). В метафорической конструкции образ сопровождается определением предмета:

<ОБРАЗ> ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДМЕТАМ

Введя понятие определение образа (подразумеваемое), на основе предиката аналогии Лейбница определим следующую схему метафоры:

где Я — вид связей из Базы знаний, р2 — отношение сходства между предметом и образом, р2 — сходство между определениями предмета и образа.

Отношение сходства устанавливает специальная ПР "СХОДСТВО" (на основе семантического расстояния — количества связей между понятиями по графу семантической сети; при этом вводится некоторое пороговое значение этого расстояния, при превышении которого отношение сходства считается неустановленным). Из схемы метафоры следует,что связи предмета с определением предмета, а также образа с определением образа (II) должны принадлежать к одной проблемной сфере. Если удается построить приведенную выше схему метафоры,то осуществляется метафорическое преобразование:

<ОБРАЗ><ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДМЕТА> -4 <ПРЕДМЕТ><ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДМЕТА:-.

И

ПРЕДМЕТ

Р1 ОБРАЗ

Я

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДМЕТА Р2

- ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБРАЗА.

Если имеется несколько кандидатов на роль предмета метафоры, ПР "МЕТАФОРА" выбирает тот вариант, при котором имеется наиболее "сильное" сходство между предметом и образом, а также между их определениями.

Инициирование ПР осуществляется в следующем порядке: если не удается обнаружить в субвопросе связь между вопросной областью и условием вопроса, сначала вызывается ПР "МЕТОНИМИЯ", а при невозможности метонимической трансформации — ПР "МЕТАФОРА". Осуществляя трансформацию вопроса, ПР "МЕТАФОРА" предлагает пользователю подтвердить метафорическое истолкование вопроса.

Например, в вопросе выделен субвопрос ПОГАШЕНИЕ ШИНЫ, причем метонимическая трансформация не удается.

ПР "МЕТАФОРА" устанавливает следующую схему метафоры

II устанавливается по проблемной сфере ОБОРУДОВАНИЕ — СОСТОЯНИЕ. В результате получим преобразование:

ПОГАШЕНИЕ ШИНЫ -» ОТКЛЮЧЕНИЕ ШИНЫ, которое предъявляется пользователю для подтверждения.

Из множества средств естественного языка для выражения контекстных связей между фразами диалога рассматриваются два наиболее употребительных: анафорические ссылки и именные контекстные ссылки. ПР "КОНТЕКСТ" инициируется вводом директивы КОНТЕКСТ и завершает работу по директиве КОНЕЦ. Структура анафорического вопроса:

А <СЛОВО> [<Ы>]?

Алгоритм разрешения анафорических вопросов (текст предыдущего вопроса в переводе на Я2 обозначен Вь1):

(а) текст анафорического вопроса переводится на Я2 (слово А отбрасывается): Вк <ИСГа><Л>$

(б) в тексте ВИ на Я2 производится поиск конструкции <ИСГа><М>,

Я

ШИНЫ

ОТКЛЮЧЕНИЕ

Р1

ПОТРЕБИТ

Я

ПОГАШЕНИЕ.

после чего в этом тексте производится замена ... <ИСГа><М>... ... <ИСГа><Ы> ...

Если поиск неуспешен, выдается сообщение о непонятом вопросе.

Пример:

КОНТЕКСТ

ВЛ УРОВНЯ 750 ЮГ?

(Список ВЛ уровня 750 кв региона ЮГ)

А СЕВЕР?

(Предыдущий вопрос трансформируется: ВЛ УРОВНЯ 750 СЕВЕР? Ответ: список ВЛ уровн 750 кв региона СЕВЕР) А УРОВНЯ 220?

(Предыдущий вопрос трансформируется: ВЛ УРОВНЯ 220 СЕВЕР? Ответ: список ВЛ уровня 220 кв региона СЕВЕР) А ГЭС?

(Поиск конструкта в тексте предыдущего вопроса на Я2 неуспешен)

ВОПРОС НЕ ПОНЯТ

КОНЕЦ.

Именные контекстные ссылки выражаются реляторами ЭТИ (ЭТОТ, ЭТА) и УПОМЯН [утые]. По ходу контекстного диалога строится локальная семантическая сеть, отражающая структуру заданных в диалоге вопросов; структура этой сети: ВОПРОСЫ-ВХОЖДЕНИЯ

ЧИСЛА-СЛОВА - ГРУППЫ.

Общий алгоритм разрешения именных ссылок таков:

(а) в зависимости от типа_ссылки определяются вопросы, к которым ссылка может относиться (для вопросов с релятором ЭТИ — это предыдущий вопрос, для вопросов с релятором УПОМЯН — все предыдущие вопросы на глубину контекста); множество вопросов, к которым может относиться ссылка, обозначается $<М> (М — номер линейки),

(б) из множества вопросов $<М> определяются такие, которые имеют в качестве вхождения то же СЛОВО, что входит в конструкцию <СЛОВО> ИЛИ

УПОМЯНУТ <СЛОВО> в анализируемом вопросе; если таких вопросов несколько, выбирается наиболее "близкий" по контексту к анализируемому вопросу,

(в) если найденное вхождение <СЛОВО> связано с некоторым элементом из группы ЧИСЛА (*0), выполняется преобразование:

[<ЦЕПЫ>] { УПОМЯНУТ|ЭТИ } <СЛОВО> [<ЦЕПЬ2>] ? ->

[<ЦЕПЫ><СЛОВО> *0 [<ЦЕПЬ2>]? г) если не удается разрешить ссылку на лексическом уровне (в соответствии с п.п. (б)—(г) алгоритма), делается попытка разрешить ее на поверхностном семантическом уровне; из множества $М выбираются вопросы, имеющие вхождение, связанное с элементом <СЛОВО'>, которое, в свою очередь,связано с той же семантической группой,что и <СЛОВО> из ссылки: [<ЦЕПЫ >] { УПОМЯНУГ|ЭТИ } <СЛОВО> [<ЦЕПЬ2>] ? -»

[<ЦЕПЫ>] <СЛОВО'> [<ЦЕПЬ2>]? (д) если ссылка не разрешается и на поверхностном семантическом уровне, то выполняется алгоритм разрешения ссылок на основе заполненных в контексте диалога линеек. Пример: КОНТЕКСТ

1.РВЛ ЮГА?

2. ГЭС ЭТОГО РЕГИОНА? (преобразование по п.(г) алгоритма:

ГЭС ЭТОГО РЕГИОНА?-» ГЭС ЮГА ?

3. ГЕНЕРАТОРЫ СТАНЦИИ 15?

4. Р ЭТОЙ СТАНЦИИ? (преобразование по п.(в):

Р ЭТОЙ СТАНЦИИ? Р СТАНЦИИ-15?)

5. АВАРИЙНЫ ЛИ ЭТИ ПАРАМЕТРЫ?

(запомненная в предыдущем вопросе линейка $4 содержит параметры: АВАРИЙНЫ ЛИ ЭТИ ПАРАМЕТРЫ? -> АВАРИЙНЫ ЛИ ПАРАМЕТРЫ $4? затем вызывается ПР "ЛИ" КОНЕЦ.

Использование лингвистических программ-рассуждений позволяет сущест-

венно расширить выразительные возможности ограниченного естественного языка, используемого как в диалоговых системах, так и в технологических ПР для функций оперативного управления в энергосистемах.

6. Интеллектуальные системы-советчики [1,6,14,24,35]

На основе разработанного инструментария предложены методы построения интеллектуальных систем-советчиков.

Интеллектуальная система-советчик может быть представлена выражением: ИСС = {М, П, С},

где М — описание "мира" системы (предметной области), П — множество правил логического вывода для данной предметной области, С — стратегия применения правил (называемые иногда метаправилами). При конструировании ИСС три ее компонента могут быть различным образом распределены между двумя компонентами ИСС (базой знаний БЗ и базой умений БУ).

Практически целесообразно использование двух типов ИИС: ИПС1 = (Мбз, Лбу, Сбу} ИИС2 = {Мбз, Пбз, Сбу}.

Вариант ИИС2 более сложен в программной реализации, нежели ИИС1. Представление правил логического вывода в БУ в составе программ-рассуждений основывается на представлении простейшей продукции вида: ЕСЛИ <УСЛОВИЕ> -4 ДЕЙСТВИЕ

(точнее, левой части этой продукции) следующими операторами ЯВП: QUEST ("<УСЛОВИЕ>?", N); _ NOMER(N,S1,S2,1,1,m1,m2); ml:... переход при невыполнении УСЛОВИЯ т2:... переход при выполнении УСЛОВИЯ.

Если условие представляет собой логическую комбинацию простых утверждений, то его представление на ЯВП осуществляется множеством операторов QUEST (по числу утверждений) и операторами LOG.

Например, пусть в систему-советчик нужно ввести правило: "Если

рассматривается заявка на вывод некоторой БЛ и

эта ВЛ входит в состав контролируемого сечения и

имеется разрешенная заявка на вывод одной из ВЛ, входящих в этой сечение и

эта разрешенная заявка наложена по времени на рассматриваемую заявку, то

рассматриваемая заявка должна быть отказана."

Представление этого правила на ЯВП имеет вид:

QUEST ("заявка рассматриваемая вывод оборудования ?", 0у

QUEST ("заявки разрешенные вывод ?\1);

QUEST ("время $1.");

QUEST ("заявки заявки $0,оборудование ВЛ ?",2);

QUEST ("заявки заявки $0,оборудование сечение ?",3);

QUEST ("заявки заявки $1 ,оборудование,сечение, оборудование заявки SO ?",4);

LOG (2,3,1,К);

NOMER (1,*0,*0,1,1,т1,т2);

т1:.....

т2: NOMER (4,*0,*0,1,1 ,т1 ,т2а); т2а: NOMER (0,41,*0,1,1,т1,тЗ); тЗ: DISPL ("отказ заявки *1"); QUEST ("база + заяв *1: отказ.", 0).

В этом примере "время" — название вызываемой ПР, с помощью которой определяется, какие из множества заявок (в линейке — аргументе S1) "наложены" по времени на рассматриваемую заявку.

Из приведенного примера видна необходимость определенного переформирования текста условия при его представлении на ЯВП; это обусловлено ограничениями ЯВП по сравнению с "полным"~естественным языком, а также требуемым для ЯВП-представления переводом текстов-утверждений в вопросительную форму.

Вместе с тем, такой способ представления достаточно прост, он практически не требует от конечного пользователя (специалиста-технолога) навыков программирования.

Преимущество использования систем-советчиков типа ИИС1 заключается в простоте организации этих систем. Недостаток — отсутствие независимости правил, затрудняющее их коррекцию; то же относится к стратегиям — порядок применения правил должен быть определен заранее при проектировании систем-советчиков. Поэтому этот тип ИИС целесообразно использовать при относительно небольшом количестве правил. В советчиках для управления в энергосистемах эти требования выполняются практически всегда. Рассуждения экспертов-технологов в этой области опираются не на систему независимых правил, а на целенаправленные блоки правил; этим блокам хорошо соответствуют программы-рассуждения Базы умений ИИС1. В таких системах общее множество правил может бьггь при проектировании системы разделено на ряд групп, причем количество правил в каждой группе относительно невелико, правила из различных групп совместно не применяется, последовательность применения правил в каждой группе и применение групп правил фиксированы. Поэтому для большинства энергетических применений интеллектуальных систем может быть использован тип ИИС1 как наиболее простой в реализации и наиболее производительный.

Методика построения советчиков типа ИИС1 включает следующие этапы:

— разработка концептуальной модели КМ предметной области, включая Словарь системы,

— настройка оболочки ИИС на разработанную КМ,

— заполнение проблемных сфер семантической сети конкретной информацией (при ручном вводе — с помощью диалогового компонента оболочки, при необходимости автоматического ввода на этом этапе разрабатываются соответствующие системные программы-рассуждения),

— определение алгоритмов рассуждений как системы взаимосвязанных правил логического вывода,

— разработка и верификация программ-рассуждений, соответствующих алгоритмам рассуждений.

Объяснительная функция играет важную роль в интеллектуальных системах-советчиках. Благодаря объяснениям, выдаваемым системой, конечный пользователь проверяет, каким образом и на основании каких знаний система вырабатывает свои рекомендации.

Использование ограниченного естественного языка в процессе логического вывода в интеллектуальных системах, разработанных на основе рассматриваемых методов, облегчает реализацию объяснительной функции (ОФ).

В ИИС1 может использоваться несколько методов реализации ОФ. Наиболее подробные объяснения осеспечивает вербализация выполнения программ-рассуждений (трассировка), причем выводятся ОЕЯ-тексты вопросов и "шаблонов", а содержимое линеек отображается в виде списков. Для приведенного выше примера фрагмента ПР вербализация трассировки будет иметь вид:

1. ВОПРОС: заявка рассматриваемая, вывод оборудования? ОТВЕТ: заявки: 4 ($0)

2. ВОПРОС: заявки разрешенные вывод? ОТВЕТ: заявки: 1,2,3 ($1)

3. ВОПРОС: заявки заявки $0, оборудование ВЛ? ОТВЕТ: заявки: 4 ($2)

4. ВОПРОС: заявки заявки $0, оборудование сечение? ОТВЕТ: заявки: 4 ($3)

5. ВОПРОС: заявки заявки $1, оборудование, сечение, оборудование заявки $0? ОТВЕТ: заявки: 2 ($4)

6. КОНЪЮНКЦИЯ ($2, $3)$1 ЗАЯВКИ: 4 ($2) ЗАЯВКИ: 4 ($3) ЗАЯВКИ: 4 ($1)

7. АНАЛИЗ ($4,*0,*0,1,1) ЗАЯВКИ: 2 ($4)

*0=1

ЗАЯВКИ: 4 ($4) ЗАЯВКИ: 4 ($1)

8. АНАЛИЗ ($1,*0,*0,1,1) ЗАЯВКИ: 4 ($1) *0=1

9. АНАЛИЗ ($0, *1,*0,1,1) ЗАЯВКИ: 4 ($1)

*0=1 *1=4

10. ОТКАЗ ЗАЯВКИ 4

11. УТВЕРЖДЕНИЕ: ЗАЯВКА 4 : ОТКАЗ.

Такой способ вербализации выполнения программы-рассуждения используется при ее верификации. Для выдачи протокола экспертизы эти объяснения излишне подробны. Для объяснений протокола экспертизы целесообразно ввести в ЯВП специальный оператор

MENTOR (<У>, <АТРИБУТ>, <N>), где У — уровень объяснения, при котором "срабатывает" оператор;

АТРИБУТ:: = <СТРОКА> | <ЛИНЕЙКА> | <СЛОТ>

N — номер атрибута.

Вводя такие операторы в "ключевых", семантически наиболее важных местах ПР и задавая текущий уровень объяснений, конечный пользователь обеспечивает выдачу протокола экспертизы различной подробности (зависящей от У).

Для облегчения написания "технологических" программ-рассуждений непрограммирующими технологами могут быть использования специализированные трансформационные ПР, обеспечивающие преобразование вводимых технологами естественно-языковых текстов технических заданий (ТЗ). Преобразование текста ТЗ в программный модуль (программу-рассуждение) основано на следующей гипотезе: прозаический естетственно-языковый текст задания в неявном виде содержит ряд вопросов, которые должны быть адресованы к базе знаний, а также операторы обработки ответов на эти вопросы; при этом неявно задаваемая в тексте последовательность этих операторов должна приводить к решению задачи, определенной в ТЗ.

Предполагается, что используемые в текстах деловой прозы языковые конструкции, задаваемые ограниченным количеством ключевых слов, определяют дробление фраз на фрагменты и задают логические связи между этими фрагментами. Фрагмент, состоящий из словарных слов, но не содержащий ключевых слов, определяется как вопрос. При этом может потребоваться преобразование выделенного как вопрос фрагмента в вопросительную форму (изменение порядка слов); это преобразование в интерактивном режиме взаимодействия с системой может произвести пользовательтехнолог. Общая схема преобразования текста ТЗ в "технологическую" программу-рассуждение:

ТЗт -» ТЗс ПРс ПРт, ПРтс ПРтр ПРст где ТЗт — естественно-языковой текст ТЗ; ТЗс — представление ТЗ в ИИС в виде семантической сети; ПРс — программа-рассуждение, представленная в виде семантической сети в ИИС; ПРт — результирующая технологическая ПР в текстовой (процедурной форме); ПРтс — трансформационная ПРдля преобразования ТЗ из текстовой в сетевую форму; ПРст — трансформационная ПР для преобразования из сетеевой в текстовую форму; ПРтр — трансформационная ПР, реализующая правила для перехода от ТЗ к ПР (представленную в семантической сети).

Для представления текста ТЗ в виде" семантической сети используется концептуальная модель КМ из последовательно соединенных семантических групп ФРАЗЫ, МЕСТА, СЛОВА, ВИДЫ-СЛОВ.

Для представления "технологической" ПР в "сетевой" форме КМ включает семантические группы: ОПЕРАТОРЫ, ВИДЫ-ОПЕРАТОРОВ, МЕСТА, ЗНАЧЕНИЯ, ПЕРЕХОДЫ, АТРИБУТЫ, ВИДЫ-АТРИБУТОВ и др.

Транформационная ПРгр реализует ряд правил преобразования, основными из которых являются следующие:

пч ЕСЛИ {[ЕСТЬ] | НЕТ} <ЦЕПЫ>,ТО <ЦЕПЬ2> [.[ИНАЧЕ] <ЦЕПЬЗ>] ->

тП <ЦЕПЫ>

щ2 ИЗ УПОМЯНУТ { НЕТ | ЕСТЬ} т}4 ггуЗ <ЦЕПЬ2> т]4 [<ЦЕПЬЗ>]

пп] <ЦЕПЬ\/у> [ЗАПОМ В <ар] т] <ЦЕПЬ\«>? [ЗАПОМ В <ар] т] <ЦЕПМ> <1> <ЦЕПЬ2> [ЗАПОМ В <ар} „т^ <ЦЕПЫ> ЗАПОМ В <Ьч1> щ2 <ЦЕПЬ2> ЗАПОМ В<Ь]2> гтуЗ <Ь]1> <!> <Ъ\2> [ЗАПОМ В .

В приведенных выше выражениях использованы следующие обозначения: ш — метки; <ЦЕПЬ<*> — цепочка слов входного языка, не содержащая ключевых слов; а и Ь — символические наименования, присваиваемые системой для переменных; 1 — элемент множества наименований логических операций.

Например, для исходной формы ТЗ

ЗАПИСЫ ЕСЛИ ВЛ *1 ОТКЛЮЧЕНА И ПЕРЕТОК ЭТОЙ ВЛ НЕ БЛИЗОК К НУЛЮ, ТО ФАКТ: УПОМЯНУТЫЙ ПАРАМЕНТ НЕДОСТОВЕРЕН. в соответствии с первым правилом преобразуется следующим образом:

ЗАПИСЫ ЗАПИСЬ 11 ВЛ *1 ОТКЛЮЧЕНА КОНЪЮНКЦИЯ ПЕРЕТОК ЭТОЙ ВЛ НЕ БЛИЗОК К НУЛЮ

ЗАПИСЫ2 ИЗ УПОМЯНУТ НЕТ ЗАПИСЬ 14

ЗАПИСЬ 13 ФАКТ: УПОМЯНУТ ПАРАМЕТР НЕДОСТОВЕРЕН

ЗАПИСЬ 14.

Затем к записи 11 применяется третье правило: ЗАПИСЬ 11

ЗАПИСЬ 111 ВЛ *1 ОТКЛЮЧЕНА ЗАЛОМ В Ь111 ЗАПИСЬ 112 ПЕРЕТОК ЭТОЙ ВЛ НЕ БЛИЗОК К НУЛЮ ЗАЛОМ М12 ЗАПИСЬИЗ Ы11 КОНЪЮНКЦ М12. После применения второго правила получим: ЗАПИСЫ1

ЗАПИСЬ 111 ВЛ *1 ОТКЛЮЧЕНА? ЗАПОМ М11

ЗАПИСЬ 112 ПЕРЕТОК ЭТОЙ ВЛ НЕ БЛИЗОК К НУЛЮ? ЗАПОМ М12

ЗАПИСЫ13Ы11 КОНЪЮНКЦ М12.

Предложенные в работе методы построения систем-советчиков позволили создать в составе ИИС арсенал средств, предназначенных для эффективного создания прикладных информационных систем, оказывающих оперативному персоналу существенную помощь в выполнении функций управления в энергосистемах.

На основе этих методов разработаны системы-советчики для краткосрочного планирования ремонтов оборудования и системы-тренажеры по оперативным переключениям в распределительных устройствах.

7. Прикладные интеллектуальные системы [1—11,16—35]

В качестве инструментального средства использовалась система МИМИР (Малая Информационная Модель Интеллектуальных Решений), разработанная под руководством и при участии автора на основе методов, изложенных выше. Эта

система состоит из программ "настройки" БЗ на предметную область (программа GEN), комплекса подпрограмм, соответствующих операторам языка вопросного программирования (QPL), "отладчика" программ-рассуждений (DEB) и диалоговой программы (DIAL). Программа GEN позволяет пользователю (технологу или инженеру по знаниям) задать Словарь прикладной системы (определив имена семантических групп, элементов семантических групп, программ-рассуждений),о-пределить связи между СГ и семантические зависимости, создать необходимые проблемные сферы ПР.

Встроенная в программу GEN функция "тестирования" позволяет выявить возможные ошибки при настройке БЗ на предметную область.Функция "коррекции" позволяет исправлять ошибки и вносить изменения в концептуальную модель БЗ, не прибегая к новой "генерации". Программа GEN снабжена функцией "документирование" для фиксации модели "прикладной" БЗ. Взаимодействие пользователей с GEN осуществляется в интерактивном режиме (с полихром-ным многооконным интерфейсом). После задания Словаря и концептуальной модели пользователь вызывает программу DIAL, с помощью которой может задавать БЗ вопросы, изменять связи семантической сети, контролировать ее струк туру. Эту работу пользователь осуществляет на ограниченном естественном языке при помощи алфавитно-цифровой или "электронной" клавиатуры. Далее (с помощью любого стандартного редактора) пользователь на языке вопросного программирования составляет программы-рассуждения, которые должны осуществлять специализированный логический вывод в прикладной системе. Программа DEB облегчает верификацию программ-рассуждений, осуществляя (в многооконном отображении) вывод строк, содержимого линеек и слотов, позволяя задавать остановы и т.п.

Разработано несколько версий инструментального комплекса МИМИР для различных типов ЭВМ: для мини-ЭВМ ЕС-1011 (этими ЭВМ оснащались диспетчерские управления энергообъединений), для мини-ЭВМ СМ-1420 (ими оснащались диспетчерские управления энергосистем) и для IBM-совместимых персональных ЭВМ. Программы комплекса МИМИР для ПЭВМ написаны на языке "С", что обеспечивает достаточно высокую реактивность прикладных систем, основанных на базе МИМИР.

На основе инструментальной системы МИМИР разработано множество прикладных интеллектуальных систем для управления энергосистемами. В данной работе рассматриваются те из этих систем, которые предназначены для оказания информационной помощи оперативному персоналу, осуществляющему управление в энергосистемах. Это системы, работающие в области:

— оперативно-диспетчерского управления,

— краткосрочного (оперативного) планирования электрического режима,

— обучения и тренажа оперативного персонала.

В области оперативно-диспетчерского управления энергообъединениями и энергосистемами разработана диалоговая подсистема ДИАЛОГ—МИМИР, входящая в состав оперативно-информационного комплекса (ОИК) "Диспетчер" (разработка ВНИ-ИЭ), для энергооъбединений и энергосистем. Комплексами этого типа оснащены ЦДУ ЕЭС, диспетчерские объединения России, ряда энергосистем. Подсистема ДИАЛОГ—МИМИР обеспечивает в комплексах "Диспетчер" диалог с конечными пользователями — диспетчерским персоналом на ограниченном естественном языке (с помощью специализированных функциональных клавиатур).

Использование диалога на ОЕЯ дает диспетчерам возможность удобного осуществления мониторинга режима энергосистем. Формулируя свои информационные потребности на ОЕЯ, диспетчер может избежать взаимодействия с системой многоступенчатых меню для выбора нужных форм (схем, таблиц, графиков) или построения списков, соответствующих диспетчерскому запросу. Тем самым сокращается время доступа персонала к оперативной информации.

Краткосрочное планирование ремонтов оборудования энергосистем является важной функцией оперативного управления. Поскольку в практике управления ремонты оформляются заявками (передаваемыми по системе диспетчерской иерархии), эта задача обозначается как проработка ремонтных заявок (ПРЗ). Проработка заявок производится персоналов диспетческих управлений энергообъединений и энергосистем в ряде аспектов, к важнейшим из которых относятся:

— аспект электрических режимов,

— аспект релейной зашиты,

— аспект каналов противоаварийной автоматики и телемеханики.

Задачи ПРЗ требуют высокой квалификации персонала, они очень трудоем-

ки (ежедневно в диспетчерское управление энергообъединения поступает до нескольких десятков ремонтных заявок), ошибки персонала при решении задач ПРЗ чреваты тяжелыми последствиями. Вместе с тем решение ПРЗ на основе традиционных "расчетных" моделей, используемых в энергосистемах, практически невозможно: эти задачи имеют комбинаторный характер, при их решении необходим учет большого числа логических правил, многие из которых имеют эвристический характер, отражая опыт деятельности оперативного персонала.

Для каждого из аспектов задач ПРЗ на основе инструментального комплекса МИМИР были разработаны интеллектуальные системы-советчика для оперативного персонала:

— система ЭСОРЗ для проработки ремонтных заявок в аспекте электрических режимов энергосистем на оборудование: ВЛ, трансформаторы, генераторы, системы шин, выключатели, измерительные трансформаторы напряжения, устройства противоаварийной автоматики (система ЭСОРЗ с 1991 г. находится в постоянной эксплуатации в ИДУ ЕЭС России, с 1992 г. внедрена в энергосистеме Красноярскэнерго),

— система СЭЗАР для проработки ремонтных заявок, связанных с устройствами релейной защиты (в 1992 г. внедрена в Днепроэнерго, Украина, в 1993 г. — в Красноярскэнерго),

— система ЭСКАН для проработки заявок, связанных с выводом в ремонт каналов противоаварийной автоматики и телемеханики (в 1993 г. внедрена в Красноярскэнерго и ЦДУ ЕЭС России).

Средства инструментальной системы МИМИР обеспечивают интеграцию система ЭСОРЗ, СЭЗАР И ЭСКАН в единую систему, обеспечивающую комплексное решение задач ПРЗ.

Система ЭСОРЗ для режимной проработки ремонтных заявок предназначена для использования персоналом диспетчерских служб электрических режимов энергообъединений и энергосистем. Основными функциями ЭСОРЗ являются:

— ввод ремонтных заявок,

— проработка ремонтных заявок,.

— интеллектуальный мониторинг информации по заявкам,

— сервисные функции.

В качестве нормативной информации в ЭСОРЗ используется "топология" энергообъединения или энергосистемы (включая оперативные схемы подстанций энергообъектов), сведения об устройствах противоаварийной автоматики и т.н. режимные указания (в которых содержится информация о возможных отключениях оборудования и сведения о необходимых ограничениях, накладываемых на параметры электрического режима; эти сведения получены на основе предварительного расчета ряда "утяжеленных" режимов). К нормативной информации относятся также изображения электрических схем, меню и т.п. графическая информация.

Оперативные входные данные ЭСОРЗ — "пакет" заявок, каждая из которых содержит временные характеристики, указания на ремонтируемое оборудование и множество признаков.

Результатом работы ЭСОРЗ является:

— решения, рекомендуемые системой по прорабатываемым заявкам (включающие как вид решения: отказать, перенести, разрешить), так и множество ограничений параметров режима, которые должны бьггь соблюдены для разрешения заявок),

— протокол экспертизы проработки заявок, содержащий обоснования рекомендаций системы.

Пользователь ЭСОРЗ — специалист по электрическим режимам энергосистем — принимает окончательное решение; он может соглашаться с рекомендацией ЭСОРЗ, но может и изменить ее "решения", включая и корректировку ограничений, предлагаемых системой. В процессе проработки заявки ЭСОРЗ может (в "сомнительных" для нее ситуациях) обращаться с "промежуточными" запросами к пользователю.

Опыт эксплуатации ЭСОРЗ показал, что интеллектуальная система обеспечивает проработку заявок на уровне квалифицированного специалиста службы электрических режимов, не допуская при этом характерных для человека ошибок, связанных с забыванием информации, необходимой для принятия решения.

База знаний ЭСОРЗ включает три концептуальных модели:

— ЕБОЯБ (семантическая сеть, задающая "топологию" энергосистемы, характеристики автоматики, информацию по режимным указаниям, технологические характеристики заявок),

— ESTIME (семантическая сеть, задающая временные отношения, связанные с заявками),

— ESKART (семантическая сеть,в которой задаются "геометрические" характеристики форматов отображения, а также связи семантически значимых элементов форм отображения с "технологическими" понятиями).

Концептуальные модели связываются при работе программ-рассуждений ЭСОРЗ средствами интеграции КМ.

Комплекс ЭСОРЗ включает 30 программ-рассуждений, основными из которых являются:

(а) ПР ввода заявок,

(б) ПР мониторинга и коррекции,

(в) ПР проработки заявок:

— ПР "Страгетрия" (управление последовательностью проработки заявок с учетом их взаимного влияния),

— ПР "Ремонт оборудования" (проработка заявок, связанных с ремонтов BJÏ, генераторов, трансформаторов, систем шин, реакторов),

— ПР "Ремонт выключателей" (проработка заявок, связанных с ремонтов выключателей и измерительных трансформаторов),

— ПР "Ремонт ПА" (проработка заявок, связанных с ремонтов устройств противоаварийной автоматики),

(г) вспомогательные ПР, вызываемые из ПР проработки заявок:

— ПР "Цепь оборудования" (определение по оперативной схеме энергообъекта множества электрических узлов, связанных с заданным элементом оборудования непосредственно или через включенные выключатели),

— ПР "КЗ" (определение множества элементов оборудования, отключаемого устройствами релейной защиты при коротком замыкании на полюсах заданного выключателя),

— ПР "Список ограничений",

— ПР "Наложение" (определение совместимости рассматриваемой заявки с множеством разрешенных заявок, "наложенных" на нее по времени; выработка рекомендаций с учетом приоритетов заявок),

(д) сервисные ПР (ввод и коррекция технологических наименований, ин-

формации об электрических схемах энергообъектов, противоаварийной автоматике, режимных указаниях).

Система ЭСОРЗ предназначена для использования оперативными службами (служба оптимизации электрических режимов, диспетчерская служба) и руководством энергообъединений и энергосистем. Целесообразно таже использование ЭСОРЗ для персонала ЦДС предприятий электрической сети.

Система СЭЗАР для проработки ремонтных заявок в аспекте релейной защиты.

В семантической сети СЭЗАР представлена информация о расстановке устройств релейной защиты в высоковольтной сети (защиты ВЛ и трансформаторов, ДЗШ и УРОВ), об оперативных схемах энергообъектов, о пакете "заявок, о запрещенных (по условиям релейной защиты) режимов, определяемых, например, сочетанием выведенных элементов основного оборудования и устройств РЗ.

В виде ПР представлены правила, определяющие возможность вывода в ремонт устройств РЗ (учитывая наличие защит смежных присоединений), а также правила, выявляющие запрещенные режимы.

Назначение СЭЗАР — оперативная помощь персоналу служб РЗА и диспетчерских служб при проработке заявок, связанных с устройствами релейной защиты (заявки на вывод устройств РЗ, заявки на вывод ВЛ и трансформаторов в аспекте релейной защиты).

Система СЭЗАР внедрена в Днепроэнерго и Красноярскэнерго.

Система ЭСКАН является советчиком по проработке заявок, связанных с выводом каналов противоаварийной автоматики и телемеханики.

Исходной нормативной информацией для ЭСКАН является граф связи каналов, энергообъекгов и ВЛ, "нагруженный" сведениями о командах противоаварийной автоматики (ПА) и телемеханики (ТМ), о воздействии этих команд на пусковые органы устройств противоаварийной автоматики (включая информацию о ступенях ПА).

Прорабатывая заявку на вывод каналов, ЭСКАН определяет "теряемые" команды (и последствия в части потери функций устройств ПА), резервированные команды (с определением каналов резервирования).

Назначение ЭСКАН — оперативная помощь персоналу групп по противоаварийной автоматике и в диспетчерских службах, а также персоналу служб РЗА,

телемеханики и связи энергосистем и энергообъединений. Применение ЭСКАН позволяет персоналу избегать ошибок (часто с тяжелыми для энергосистемы последствиями) при принятии решений по выводу в ремонт каналов ПА и ТМ.

Система ЭСКАН внедрена в Красноярскэнерго и в ЦДУ ЕЭС.

На рис. 3 приведена общая структура интеллектуальной системы-советчика по краткосрочному планированию ремонтов оборудования, структуры семантической сети для ввода заявки (в аспекте электрических режимов), для представления топологии энергосистемы и для представления топологии энергообъектов. На рис. 4 представлена структура программ-рассуждений для режимной проработки ремонтных заявок и приведен пример генерируемого системой ЭСОРЗ протокола экспертизы (для заявки на вывод в ремонт выключателя).

В области обучения и тренажа оперативного персонала разработана интеллектуальная система ТОП для тренировок по оперативным переключениям в схемах распределительных устройств РУ энергообъекгов. Концептуальная модель ТОП содержит информацию о топологии схем РУ (включая как устройства первичной, так и вторичной коммутации), а программы-рассуждения построены в соответствии с правилами осуществления коммутаций в РУ. Такой подход к построению тренажерных систем обеспечивает их методическую "силу": тренировки могут осуществляться не на типовых схемах и в типовых ситуациях (как это делается в "неинтеллектуальных" тренажерах), а для любых схем и любых заданий.Обнаруж-ивая ошибки обучаемого, система ТОП выдает объяснения этих ошибок. Работа с ТОП поддержана гипертекстовой подсистемой, обеспечивающей для обучаемого возможность непосредственного указания коммутируемых элементов на изображении электрической схемы РУ. Специализированный логический вывод в системе ТОП обеспечивается с помощью программ-рассуждений. Сервисная ПР "Разметчик" позволяет в диалоговом режиме готовить описания схем РУ.

Система ТОП используется в ЦДУ ЕЭС, во многих энергосистемах и сетевых предприятиях

Опыт практического использования интеллектуальной системы ТОП показал, что она является эффективным средством подготовки оперативного персонала энергосистем в тренажерных центрах, а также непосредственно в управлениях энергообъединений, энергосистем, сетевых предприятий.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработаны методы представления в интеллектуальных информационных системах знаний о топологии энергосистем и энергообъектов.

Выполнена теоретическая разработка структурированной семантической сети, основанной на концептуальной модели, включающей семантические группы понятий предметной области.

Разработаны теоретические основы преобразования ограниченного естественного языка в интеллектуальных системах.

Разработана структура базы знаний интеллектуальной системы,обеспечивающая реализацию принципа виртуальной семантической сети с интерфейсом на ограниченном естественном языке специалиста-технолога.

Преимущество разработанных методов по сравнению с другими методами состоит в: 1) возможности экономного представления в семантической сети большого объема информации, что характерно для энергетических применений; 2) использовании в качестве языка запросов простых, но выразительных конструкций ограниченного естественного языка специалистов-технологов, что позволяет использовать прикладные системы, построенные на основе этих методов в качестве удобного средства для целей краткосрочного планирования, оперативного управления, а также обучения и тренажа персонала в задачах управления энергосистемами.

2. Разработаны способы представления в интеллектуальных информационных системах рассуждений экспертов-технологов, отражающих их опыт и умения при решении практических задач управления энергосистемами.

Введено понятие вопросного программирования, позволяющего создавать в рамках интеллектуальных информационных систем модели рассуждений специалистов-технологов, названных программами-рассуждениями.

Разработан язык вопросного программирования, основанный на использовании естественно-языковых конструкций, обеспечивающий осуществление функций специализированного логического вывода в интеллектуальных системах.

Введена топология программ-рассуждений, выделен класс лингвистических программ-рассуждений, позволяющих развить выразительные возможности огра-

ниченного естественного языка, используемого в интеллектуальных системах.

Разработаны правила организации рассуждений, позволяющие реализовать в языке запросов и вопросного программирования такие сложные и практически важные языковые явления, как полисемия, умолчание, квантификация, нарушение презумпции, "понимание" метонимических и метафорических конструкций.

3. Разработана методика построения интеллектуальных систем-советчиков для задач управления энергосистемами. Разработана инструментальная интеллектуальная система МИМИР для построения прикладных интеллектуальных систем.

4. Разработан ряд прикладных интеллектуальных систем для применения в управлении энергосистемами:

— диалоговая естественно-языковая подсистема для диспетчерского управления энергосистемами;

— система-советчик по режимной проработке ремонтных заявок (ЭСОРЗ) для задач краткосрочного планирования ремонтов в энергосистемах;

— система-советчик по проработке заявок, связанных с устройствами релейной защиты (СЭЗАР);

— система-советчик по проработке заявок на вывод в ремонт каналов проти-воаварийной автоматики и телемеханики (ЭСКАН);

— система-тренажер по оперативным переключениям в электрических схемах подстанций (ТОП).

Перечисленные системы внедрены в эксплуатацию в ЦЦУ ЕЭС, в ряде энергосистем и сетевых предприятий.

ПУБЛИКАЦИИ

Основные результаты диссертации изложены в работах:

1. Любарский Ю.Я. Интеллектуальные информационные системы. — М.: Наука, Гл.ред. физ.-мат. лит-ры, 1990. — 232 с. (Проблемы искусственного интеллекта).

2. Любарский Ю.Я., Орнов В.Г. Диалоговые системы в диспетчерском управлении энергообъединениями. — М.: Энергоиздат,1987. — 152 с.

3. Кемельмахер Г.Л., Любарский Ю.Я. Применение мини-ЭВМ в диспетчерском управлении энергообъединениями. — М: Изд-во ВИПК Минэнерго, 1984. — 65 с.

4. Брябрин В.М., Любарский Ю.Я., Микулич Л.И. и др. под ред. Поспелова Д.А. Диалоговые системы в АСУ. — М.: Энергоатомиздат, 1983. — 208 с. (Применение вычислительных машин в исследованиях и управлении производством).

5. Любарский Ю.Я. Представление знаний об объекте управления в диспетчерских информационных системах // Программирование. — 1978. — N1 — с.41—50.

6. Любарский Ю.Я. Выразительные возможности языка диалога в автоматизированных системах диспетчерского управления // Известия АН СССР. Техническая кибернетика. — 1982. — N5. — с.154—165.

7. Купершмидт Ю.Я., Любарский Ю.Я. Диалоговые процедуры в автоматизированных системах диспетчерского управления // НТИ. Серия 2. — 1985. — N1. — с.15—21.

8. Любарский Ю.Я. Диспетчерская вопросно-ответная система с виртуальной сетью // Проблемы бионики. Вып.24. — Харьков, 1979. — с.86—93.

9. Любарский Ю.Я. Алгоритм адаптивного поведения в автоматизированном диспетчерском управлении энергосистемами. — В кн. "Эвристические модели в психологии и социологии" — Киев.ИК АН УССР, 1976.

10. Любарский Ю.Я. Возможности применения М-автомата в информационных системах оперативного управления энергосистемами // Электричество. — 1977. — N11. — с.12—19.

11. Любарский Ю.Я. Автоматизация анализа ситуации в диспетчерских информационных системах // Электрические станции. — 1978. — N11. — с.13—17.

12. Любарский Ю.Я. Вопросное программирование для систем искусственного интеллекта / / Тезисы докладов IX Всесоюзной конференции по проблемам автоматического управления. М.: ВИНИТИ, 1985.-c.lll.

13. Купершмидт Ю.Я., Любарский Ю.Я., Орнов В.Г. Принципы построения универсального программируемого тренажера оперативных переключений // Электрические станции. — 1982. -N11.-0.48-52.

14. Зельцер МЛ., Любарский Ю.Я. Об одном подходе к автоматизированному синтезу информационных систем // — В кн. "Телеинформационные системы реального времени для диспетчерского управления энергосистемами". — М.: Энергоатомиздат,1985. — с.62—68.

15. Зельцер МЛ., Купершмидт Ю.Я., Любарский Ю.Я. Логико-лингвистические методы построения телеинформационных систем //Автоматизация разработки и моделирования вычислительных и микропроцессорных систем. — М.: МДНТП, 1983. — с.104—109.

16. Любарский Ю.Я., Левиуш М А Интеллектуальная система МИМИР на базе ЭВМ СМ-4 / / Средства управления в энергетике. Вып.З. — М.: Информэнерго, 1986. — с.1—4.

17. Купершмидт Ю.Я., Любарский Ю.Я., Машинский С.В., Михельзон В.М., Росман Л.В., Френкель М.З. Автоматическое составление бланков переключений энергообъектов // Электрические станции. — 1984. — N9. — с.58—60.

18. Любарский Ю.Я. Организация взаимодействия пользователей с ЭВМ в ДИУС // Средства и системы управления в энергетике. Вып.10. — М.: Информэнерго, 1987. — с.13—14.

19. Любарский Ю.Я., Седлер В.А. Подсистема "Кадры-штаты" для диалоговой АСУ НИИ энергетического профиля II Средства управления в энергетике. 8ып.2. — М.: Информэнерго, 19S7.-c.4-6.

20. Кемельмахер ГЛ., Любарский Ю.Я., Овчинников В.В., Щеславский Д.В. Информационно-управляющая подсистема оперативно-управляющего комплекса АСДУ ЦДУ ЕЭС СССР.

21. Любарский Ю.Я. Система МИМИР и ее применение в ОИК АСДУ // Средства управления в энергетике. Вып.1. — М.: Информэнерго, 1985. — с.15—16.

22. Любарский Ю.Я., Штейнбок Л.С. Принципы ввода телеинформации в малые ЭВМ / / Средства управления в энергетике. Вып.1. — М.: Информэнерго, 1973. — с.12—17.

23. Вулис А.Л., Гинзбург С.А., Любарский Ю.Я., Митюшкин К.Г., Штейнбок Л.С. Ввод, обработка и отображение телеинформации в ОИК АСДУ // Средства управления в энергетике. Вып.9. — М.: Информэнерго, 1973. — с.22—24.

24. Касимов Э.В., Козельский В.Б., Кемельмахер Г.Л., Любарский Ю.Я., Малишевская Н.С. Система общения диспетчера с машиной в АСДУ энергосистем // Средства управления в энергетике. Вып. 10. — М.: Информэнерго, 1973.

25. Борисов Ю.С., Гостев И.В., Лондер М.И., Федоров Б.А., Митюшкин К.Г., Любарский Ю.Я., Алексеев С.П., Штейнбок Л.С. Состояние и перспективы разработок и внедрение информационных и управляющих комплексов АСДУ энергосистем и энергообъединений // Краткие тезисы докладов к Всесоюзному научно-техническому совещанию "Вопросы АСУ в энергетике" — Ленинград, 1978. — с.22—28.

26. Карпина О .Я., Кемельмахер ГЛ., Любарский Ю.Я. Система СОТ для сбора, обработки и отображения телеинформации в оперативном диспетчерском управлении энергосистемами. В кн."Технические средства телеобработки информации в АСУ в реальном масштабе времени" — М.: Московский дом научно-технической пропаганды, 1976. — с.64—71.

27. Любарский Ю.Я., Надточий В.М., Рабинович P.C., Орнов В.Г., Портной М.Г. Экспертные системы для энергетики // Электричество, 1991. — N1. — с.1—6

28. Любарский Ю.Я., Портной М.Г., Рабинович P.C., Левиуш М.А., Князева . Экспертная система оперативного рассмотрения ремонтных заявок для АСДУ энергообъединениями // Электричество, 1991. — N2. — с.22—28

29. Бибер ЛА., Любарский Ю.Я., Надточий В.М., Цейтлин A.C. ¡Экспертная система вибрационного контроля гидрогенератора // Электричество, 1990. — N8.

30. Купершмидт Ю.Я., Левиуш М.А., Любарский Ю.Я. Экспертные системы для энергетики на базе инструментального комплекса МИМИР // Тезисы докладов Всесоюзного совещания "Экспертные системы" — Москва, 1990. — с. 16—17.

31. Купершмидт Ю.Я., Левиуш МА., Любарский Ю.Я. Инструментальная экспертная система МИМИР, ее возможности и перспективы развития // Телеинформационные управляющие комплексы на микро-ЭВМ для оперативного управления энергосистемами // Сборник научных трудов/ВНИИЭ, 1993. -с.29-37.

32. Дьяков А.Ф., Любарский Ю.Я., Моржин Ю.И., Орнов В.Г., Портной М.Г. Интеллектуальные информационные системы в управлении эксплуатацией энергетического комплекса // Электричество, 1994. — N2. — с.1—3.

33. Василенко А.Я., Любарский Ю.Я. Экспертная система для оперативной проработки ремонтных заявок на устройства релейной зашиты // Электричкские станции, 1994. — N8 .

34. Любарский Ю.Я. Интеллектуальные информационные системы автоматизации деятельности и тренажа оперативного персонала в энергосистемах // Электрические станции, 1994. — N9.-с.

35. Дьяков А.Ф., Любарский Ю.Я., Моржин Ю.И., Орнов В.Г,, Семенов В.А., Цветков Е.В. Интеллектуальные системемы для оперативного управления в энергообъединениях. Москва, Издательство МЭИ, 1995,236 с.

Рис. 1. Структура Системы управления базой знаний и языковые уровни преобразования запросов

ПРИМЕР 1:

Я1. АКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ СТАНЦИЙ ЦЕНТРА?

Семантические группы

Я 2. уу1У1ГЗ?

«г1у1гЗ?-

и/=ПЗ (р) ТП1(б)

-»»1у1кру1гЗ?

ЯЗ.

ру1 -рг1 -

■ч

&-

+

\лг— вид параметра V — вид объекта г— регион

Обратный перевод на Я1: АКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ КАКИЕ ПАРАМЕТРЫ СТАНЦИЙ ЦЕНТРА?

Обратный перевод на Я1: ПАРАМЕТРЫ АКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ?

ПАРАМЕТРЫ СТАНЦИЙ?-

ПАРАМЕТРЫ ЦЕНТРА? -

ПРИМЕР 2:

Я1. БЛОЧНЫЕ СТАНЦИИ ЦЕНТРА? Я2. Ыу1ГЗ?

Му1ГЗ?-

Ь{0} (ТП2а)

Ыкру1гЗ

у=ГЗ(0) (ТП1а)

Семантические группы Ь — вид станций V — вид объекта г — регион о — объекты

Ь1\л>1когЗ?

ЯЗ. оМ " <м1 ог1

Обратный перевод на Я1: БЛОЧНЫЕ СТАНЦИИ КАКИЕ ОБЪЕКТЫ ЦЕНТРА?

Обратный перевод на Я1:

ОБЪЕКТЫ БЛОЧНЫЕ?-

ОБЪЕКТЫ СТАНЦИЙ?-

ОБЪЕКТЫ ЦЕНТРА? -

Таблица 1. Примеры преобразований вопросительных фраз

Рис. 2. Общая структура инструментальной интеллектуальной системы

DISPL ("Работает ПР ШУНТ", 1);

INPUT ("Введите номер коммутационного аппарата ::*1,1); QUEST ("ком ком *1 вкл ?", 0); NOMER (0, *2, "0,1,1,m1, mO); mO: QUEST ("база - ком -1 : вкл .", 0); QUEST ("узлы ком *1 ?", 0); NOMER (0, «3, -0,1,1, mO, тЗ); тЗ: QUEST ("цепь-3 .",1); if (-2==0) goto т4; QUEST ("база + ком *1 : вкл.", 2); гп4: LOG (1,0,1, К); -WRITE (1, -3, 0); NOMER (1, -0, *0,1, 1, т5, тб); т5: DISPL ("Шунтирующей цепи нет", 1); goto mf;

тб: DISPL ("Шунтирующая цепь есть", 1); goto mf;

mo: DISPL ("Ошибка задания схемы", 1); mf: ...

Таблица 2. Технологическая ПР "ШУНТ"

АРМ руководства

АРМ оператора по

ЭСОРЗ АРМ технолога по

электрическим режимам

АРМ диспетчера

База данных по завкам

СЭЗАР АРМ специалиста по РЗ

ЭСКАН АРМ

специалиста по ПА

Выкл.

Состоян. ?Узл.

Фрейм-объект

Объекты_Обрруд.

Виды/7 Видь[

объектош оборуд."

п & Уровни. Регионы г 4

I напр.

Параметры Запреть!

О Виды параметров

Выключ.

Узлы

Направления

Состояния

Фиксаци

Семантическая сеть структуры энергосистемы

Семанткч!

Рис. 3. Интеллектуальная система-советчик по проработке ремонтных заявок

Заявка 4 10 11 94 23.00 — 25 II 94 1.00 готов 1

плановая

вывод

Абакан 500 В2—S47_

При отключении выключателя из-за возможного к.з. теряется: ВЛ 547

Абакан 500 С2 500, С4 500, АТ2 Перенос заявки: нет Инструкция 2 ВЛ 547 Ограничение на время переключения

Ограничение перетока по сечению РСШ с шин СШГЭС : 2700 Ограничение перетока по сечению

ВЛ 500 Красноярск—Кузбасс на запад : 3000 Ограничение перетока по сечению

ВЛ 513, ВЛ514 на КГЭС на шины КГЭС : 1800 Инструкция 178 ВЛ 547 Ограничение,перетока по сечению

ВЛ 513, ВЛ514 на КГЭС на шины КГЭС : 1600 В инструкции для отключения ВЛ 547 указаны сечения: ВЛ 513, ВЛ514 на КГЭС

ВЛ 500 Красноярск-Кузбасс (на ПС Н.АНЖ. и НК) РСШ

Оборудование ВЛ547 не входит ни в одно из этих сечений

Для предотвращения срабатывания ПС Итатская ПО-21 АРОЛ-547

Ограничение на время переключения

Ограничение перетока по сечению РСШ с шин СШГЭС : 3100 Заявка 4 разрешена

Рис. 4. Режимная проработка заявки на вывод в ремонт выключателя.