基于知識工程的小城鎮電子政務系統模型研究
2006-12-31 00:00:00張鳳霞丁振蘭吳華瑞趙春江楊寶祝
計算機應用研究 2006年8期
(1.聊城大學 數學科學學院， 山東 聊城 252059； 2.國家農業信息化工程技術研究中心， 北京 100089)
摘 要：對小城鎮電子政務需求進行深入分析，建立基于知識工程思想的小城鎮電子政務系統層次模型，以此理論模型為基礎，構造系統的體系結構和基本組成單元，對層次化模型中的若干關鍵技術進行集成，研究了體系結構中的功能組件可復用性，政府業務工作協同機制等。提出政務智能概念，最大程度地保證模型滿足基層本地化需要，提高政務系統的易用性，提高系統智能決策的科學性。采用該模型設計方法開發出的小城鎮電子政務系統，能夠較好地整合現有政府資源，有效實施規范化管理以及協同決策。
關鍵詞：知識工程； 電子政務； 多主體系統協作； 專家決策
中圖法分類號：TP319文獻標識碼：A
文章編號：1001 3695(2006)08 0061 03
Research on Model of Small Town E government System Based on Knowledge Engineering
ZHANG Feng xia1， DING Zhen lan2， WU Hua rui2， ZHAO Chun jiang2， YANG Bao zhu2
(1.School of Mathematics Science， Liaocheng University， Liaocheng Shandong 252059， China; 2.National Engineering Research Center of Information Technology in Agriculture， Beijing 100089， China)
Abstract:Through in depth analysing the small town E government demand， the E government systematic layered model of small town based on knowledge engineering was designed. Supported by this theory model， the system structure and basic units were constructed several key technologies of model were integrated with to the layeredmodel， and the function of reused groupwares and the government affairs coordination were researched. Then the concept of the intelligent government affairs was put forward， which can guarantee to the greatest extent this model meets local requirements at the grass roots level， make the system easy to use， improve the scientific intelligence decision of the system. The small town E government system which was developed in the method of thee model designs， can combine existing government resources well， implement standardized mana gement effectively and make cooperative decision making.
Key words:Knowledge Engineering; E government; Multi Agent System; Expert Decision making
1引言
知識工程是隨著計算機技術和人工智能發展而誕生的一門新興學科，知識工程是從知識的本源上來探討知識的產生和使用，進而構造有效的知識系統。它的目的在于使人們有效地掌握、存取、傳播和應用知識，提高認識自然和改造自然的能力，也有人稱之為應用人工智能?；谥R工程的電子政務系統是指把知識工程理論與電子政務理論相結合，以知識工程思想來實現涉及多個知識領域和多層推理的小城鎮電子政務系統。這里，知識工程實現了電子政務系統的知識獲取以及推理功能，使得電子政務系統進行分工合作，共同完成更高層次的推理，提高系統的效率，實現了高度的實用性和易用性。
從需求角度來說，小城鎮電子政務建設面臨如下問題：①小城鎮之間的差異較大，各自對信息化的需求也很不一樣，小城鎮所具備的行政資源、信息資源與經濟資源等都非常有限。不同部門之間業務差異顯著，為了應對出現的突發事件需要多部門、多組織、多業務動態協同。②用戶總量巨大。如果考慮到鄉和自然村，以及其他政府單位，基層小城鎮政府機構的數量更是遠遠超過省市級政府機構的數量。如此龐大的數量，決定了總投資額將是驚人的。這對于地方政府而言顯然是一個難以承受的負擔。所以，小城鎮電子政務建設必須采取低成本、高性能、易擴展的新模式、新手段來進行。③分布廣泛。政府機構廣泛分布于鄉鎮和農村中，這為匯集信息、分析信息并在此基礎上作出決策帶來了困難。
從技術角度來說，目前大多電子政務設計和開發方法存在如下問題：①軟件開發方法局限于傳統的開發模式中，在軟件重用、升級與軟件的擴展及升級演化方面考慮明顯不足；②辦公模式缺乏智能性和分析能力；③系統僅僅提供交流手段，不能給政務工作者提供決策支持[1]。
因此針對上述問題，提出了基于知識工程的智能型電子政務新模型。智能型電子政務集成了軟構件、知識工程、多Agent以及多決策支持系統等技術，主要實現以下三個方面的目標：①提供可復用性構件和高效資源整合的基層政務信息服務平臺；②基于知識工程的多Agent協作辦公模式；③面向基層電子政務的決策支持服務。
2基層政務智能服務平臺
基層政務智能服務平臺在功能上實現了界面分離、分層管理，以滿足不同層次用戶(計算機技術人員、電子政務專家或政務知識工程師、基層管理人員)的需要，按功能將平臺分為平臺層、框架層和政務系統層。其中開發平臺提供適用于小城鎮黨委、政府、人大、政協和事業單位等政務領域應用的通用開發環境；領域框架提供專用于某一特定領域（如單位）的政務智能開發環境，只要裝入不同地域的政務知識，即可方便快捷地開發出面向不同地區、不同領域的小城鎮智能政務系統。應用系統是專用于小城鎮某一獨立政務領域，特定應用的小城鎮政務系統，如圖1所示。
平臺層可以升級、定制、維護應用框架，由功能構件及管理工具組成。功能構件主要包括知識自動/半自動獲取、知識錄入與編輯、推理機、系統測試與調試等，由構件容器對這些構件統一進行管理。平臺支持向導式應用框架開發，管理人員只需對系統功能、性能、領域知識以及接口進行描述，根據這些描述，系統自動地選擇或綜合出一種合適的知識表示方式，形成知識庫和相應的推理機制，用戶接口以及解釋模塊和學習模塊等[2，3]。管理工具主要包括政務系統人機界面展現、功能定制、數據管理和知識管理工具等，形成界面友好、可定制和托拽式的開發方法。
電子政務專家和政務知識工程師利用框架層可以對特定政務領域知識進行劃分，通過可視化界面對知識進行管理維護，最終生成由基層政府用戶可以使用的智能政務系統?？蚣軐右詷I務組件和知識庫為核心，其中業務組件主要包括郵件管理、公文管理、資源管理、檔案管理、綜合事務、個人辦公、信息發布、報表和GIS組件等。小城鎮政務知識表示模式在數據結構組織上盡量簡單一致，保持表示模式的清晰性，主要采用產生式規則的方式表示（具有模塊性、自然性和清晰性），知識由一系列條件（左邊）和條件滿足時執行的動作（右邊）組成，來描述一個問題的求解方法，語法如下：
一條知識規則的語法結構包括規則名、注釋、條件部分和動作部分四部分，其中條件部分由一系列待匹配的模式組成，動作部分由一系列執行一定功能的命令組成。條件部分和動作部分通過“=>”連接。規則的第一個模式可以是優先級定義模式(declare(salience
規則類名用于標志政務涉及問題（如經管統計）的所有規則，用戶可對所有與此類政務活動相關的規則賦予一個類名，以便檢索并一次性調入產生式語言處理系統，從而避免調入無關的規則。下面是一條關于確定小城鎮經管辦發放農民負擔監督卡業務的知識表示模型，其政務智能流程如圖2所示。
條件部分：？ｔｐ１（？ｔｃ ？ｆｄ ？ｔｌ ？ｔｋ）
動作部分：（ｉｆ （＜＞ ？ｔｃ 鎮統籌會議）
ｔｈｅｎ（ｐｒｉｎｔｏｕｔ ｐｖｖｖ ＂＜ｔｄ ｃｏｌｓｐａｎ＝６０ ａｌｉｇｎ＝ｌｅｆｔ＞未通過，返回＂）
ｅｌｓｅ（ｉｆ（（＜＞？ｆｄ 鎮農民負擔領導小組審查）））
ｔｈｅｎ（ｐｒｉｎｔｏｕｔ ｐｖｖｖ ＂＜ｔｄ ｃｏｌｓｐａｎ＝６０ ａｌｉｇｎ＝ｌｅｆｔ＞未通過，返回＂）
ｅｌｓｅ（ｉｆ（ａｎｄ（＝？ｔｃ 鎮統籌會議）（＝ ？ｆｄ鎮農民負擔領導小組審查））
ｔｈｅｎ（ｐｒｉｎｔｏｕｔ ｐｖｖｖ ＂＜ｔｄ ｃｏｌｓｐａｎ＝６０ ａｌｉｇｎ＝ｌｅｆｔ＞鎮人大會審議＂）
ｅｌｓｅ（ｉｆ（ａｎｄ（＝？ｔｌ 村提留預算審議）（＝？ｔｋ 添卡發卡））
ｔｈｅｎ（ｐｒｉｎｔｏｕｔ ｐｖｖｖ ＂＜ｔｄ ｃｏｌｓｐａｎ＝６０ ａｌｉｇｎ＝ｌｅｆｔ＞入聯網數據庫＂））））
（ａｓｓｅｒｔ（ｑｕｉｃｋ ｐ））（ｒｅｔｒａｃｔ ？ｔｐ１）
在系統中，知識表示除規則形式外，對于關系明確、精確定量的知識，采用模型方式。知識按照一定的表達形式、排列順序組織起來建立知識庫系統。知識庫結構中可以定義一套完備的接口供接收器Servlets啟動推理服務，另一方面它還需與代表知識庫的實體EJB進行數據交換，例如訪問事實、規則，存取臨時數據等。通過功能構件、業務組件以及知識觸發器來集中部署政府機關內部、下屬部門的政務。
應用系統層為用戶提供友好的用戶訪問界面，使其能快速方便地提交數據進行推理決策，并最終獲得相應的決策方案，同時可以查詢相關政策信息，在線交流問答。
3多Agent協作辦公模式
要使小城鎮電子政務系統能適應政務活動環境的變化并快速做出響應，根據改變了的環境迅速調整策略，作出正確的決策，僅依靠在線電子政務系統是不夠的。為此提出基于知識工程的多Agent協作辦公模式，實現基層政務某種程度的感知、推理、學習、自適應和協作能力。
多Agent協同辦公模式中的Agent是一個具有交互性、自治性、協作性及任務目標驅動性等特性的實體。交互性通常包括與政務人員的交互和與其他Agent間的交互兩方面的內容[5]。通過與人的交互，Agent獲得政務人員的功能需求，幫助其完成特定的任務并把結果反饋給他們；而不同Agent間通過協商或競爭等方式的交互行為可以達到對復雜問題的求解。因而Agent還必須具有良好的與外界交互的接口。
協同辦公系統中多Agent的組織結構設計是非常重要的，它對Agent之間的通信方式和協同辦公系統的性能有很大的影響。常見的多Agent系統組織方式有樹狀、網狀和多Agent聯盟。小城鎮電子政務建設的最終目標是希望分布在各地的村、鎮政府機關能通過電子政務系統進行協同辦公。以鎮政府的政府機關作為單一的協作小組，各村可分設一個Agent，每村有一個主Agent，由它來負責下屬各個Agent的工作，而這些主Agent構成Agent聯盟（村級），由鎮級的主Agent負責協調工作，如圖3所示。
本系統中多Agent協作辦公的主要功能包括政府綜合文檔編輯、相關文件的分步檢索、超文本瀏覽、異步協作文檔編輯及協同工作流管理等，而協同工作流管理功能是實現各部門協同辦公的關鍵，它是典型的計算機支持的協同工作CSCW (Computer Supported Cooperative Work)系統。多Agent協同辦公模式，包括四種類型：①學習Agent。它可以基于符號技術、連接技術、遺傳技術和模糊技術，針對復雜政務問題進行多層次學習求解。②交互Agent。它是一些移動Agent，它們代表各自的政務角色，進行政務會話，為了達到某個目標而交換一系列消息序列。③管理Agent。它采用合適的協商策略管理Agent之間的交互，必要時解決沖突，進行仲裁。④集成Agent負責信息和知識的集成?；谥R模型的多Agent的協作辦公系統的結構模型，如圖4所示。
用多Agent技術構造的協同工作模式，相比傳統的手工辦公效率有了很大提高，各部門的聯系合作加強，解決了電子政務業務中的脫節和延遲。相比純粹的C/S和B/S結構的辦公自動化系統，多Agent更加智能化，可以實現更加高級的功能和處理更加復雜的情況，提高基層政府機構的快速響應能力和執行能力，而且具有更好的擴展性。
4基于知識的多專家決策支持服務
隨著決策支持系統（Decision Support System，DSS）向非結構化環境的拓展，在傳統的DSS數據庫和模型庫結構的基礎上，引入知識工程的方法和技術，可以使DSS打破傳統的信息處理功能，使信息處理依賴于特定領域的知識，使決策支持能夠進一步脫離人的干預，并可以使系統的決策支持和求解富有層次性和結構性。
面向電子政務的智能決策服務是基于多專家的。這是因為政務問題是復雜多變的，可能需要多個專家協同解決，而每個專家的決策過程又都是基于知識的，即基于知識的多專家系統將具有更強的決策和問題求解能力?；谥R的多專家DSS不僅應結合專家系統（Expert System，ES）技術把知識庫及相應的問題求解方式(Problem Solution Method，PSM)或推理機制作為系統的有機組成部分，還應使系統具有較強的事物處理能力以反映傳統的DSS的特征，并具有較強的問題求解能力以反映ES的特征。多專家決策則更能使系統在決策過程中具有良好的結構性和層次，使每位專家的注意力可集中于某一點而無需考慮其他無關的因素。
如圖5所示，參與決策的每位專家都有自己的決策和求解范圍，因而他們都將擁有知識庫和問題求解方式，求解過程中的結果和有關控制信息均存放于局部黑板（Local Black Board，LBB）中，每位專家求解展開要滿足一定的條件。概念知識有良好的結構性，可用框架和語義網絡表達，經驗性知識和隱性知識則可用規則表達，以突出其在求解中的過程性。操作模型庫和數據庫得到求解過程中所需要的事實或由求解而引起的各種事務性處理，將分別由模型知識接口和數據知識接口完成。每位專家擁有LBB與系統全局黑板聯系，兩者的信息交流使不同的專家協同決策。
如果劃分的子決策域較多，則修正次數較少，由于權值修正范圍系數對修正范圍的限制，只有少數決策域的權值比的對數ln(wkinit/wkfin)不為0。其中，wkinit和wkfin分別為第k個子決策域中n個專家的初始與最終權值之和。隨著修正次數的增加，誤差的增加也將是緩慢的。修正次數達到一定值之后，算法給出的決策將接近于“最佳”的專家決策。
5 結束語
基于知識工程開發的小城鎮電子政務系統有著基于網絡、跨平臺、低成本、開發高效快捷、便于裁剪和定制以及政務知識庫更新快捷方便等優勢，具有易于維護和擴展、低成本、高效率等特點，從而滿足了目前小城鎮電子政務建設的要求，能解決目前小城鎮電子政務系統中推廣普及的一些瓶頸問題，適應當前我國小城鎮的實際情況，具有廣闊的發展前景。
參考文獻：
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[2]王克宏，湯志忠，胡蓬，等.知識工程與知識處理系統[M].北京:清華大學出版社，1994.
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[4]Littlestone N，Warmuth M K.The Weighted Majority Algorithm[J]. Information Computation， 1994，108:212-261.
[5]楊洪山，何躍，陳家訓.基于網格和多Agent的電子政務協同工作系統[J].計算機應用研究，2003，20(10):209-211.
作者簡介：張鳳霞（1976-），女，山東聊城人，講師，碩士，主要研究方向為計算數學、模糊數學和專家系統；丁振蘭（1980-），女，湖南株洲人，碩士研究生，主要研究方向為人工智能、電子政務； 吳華瑞（1975-），男，山東冠縣人，助研，博士研究生，主要研究方向為計算機軟件理論和中間件技術；趙春江（1964-），男，河北定興人，研究員，博士生導師，主要研究方向為農業信息技術、遙感信息技術；楊寶祝（1966-），男，山東沂水人，研究員，碩士生導師，主要研究方向為農業信息技術。
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