基于Drools的路面智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

楊 飛 朱會(huì)兵 馬 和

（1.湖北省交通運(yùn)輸廳漢十高速公路管理處 武漢 430051；2.武漢理工大學(xué)信息工程學(xué)院 武漢 430070）

隨著交通量的增長(zhǎng)，通車(chē)時(shí)間越久，高速公路的破損情況就會(huì)越嚴(yán)重。早期修建的高速公路大多已接近使用年限，需要大修和改建；近年修建的高速公路也出現(xiàn)了不同程度的損壞。因此，及時(shí)準(zhǔn)確地掌握高速公路的狀態(tài)信息并采取相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)措施，對(duì)于維持高速公路良好的使用狀態(tài)和保護(hù)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全都具有重大意義。對(duì)于業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)，多數(shù)路面管理系統(tǒng)采取固化在程序代碼中的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)業(yè)務(wù)邏輯很復(fù)雜并且發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)的修改和擴(kuò)展需要花費(fèi)很大的代價(jià)。顯然，這種高度耦合的方式給系統(tǒng)帶來(lái)了很大風(fēng)險(xiǎn)。規(guī)則引擎可以很好地解決以上問(wèn)題。本系統(tǒng)是以交通運(yùn)輸部2012年度推廣應(yīng)用項(xiàng)目——“瀝青路面智能化養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵技術(shù)”成果為基礎(chǔ)，在構(gòu)建了瀝青路面養(yǎng)護(hù)對(duì)策庫(kù)的基礎(chǔ)上，研發(fā)了一種采用基于規(guī)則引擎的路面智能養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用Drools作為系統(tǒng)的規(guī)則引擎，主要解決了以下問(wèn)題：公路養(yǎng)護(hù)規(guī)則引擎的設(shè)計(jì)和規(guī)則的實(shí)現(xiàn)；規(guī)則的維護(hù)和管理；規(guī)則沖突的解決；系統(tǒng)的兼容性；整合前臺(tái)顯示規(guī)則與后臺(tái)規(guī)則文件。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 規(guī)則引擎技術(shù)

規(guī)則引擎是一種嵌入在應(yīng)用程序中的組件，實(shí)現(xiàn)了將業(yè)務(wù)邏輯從應(yīng)用程序中分離出來(lái)，并使用預(yù)定義的語(yǔ)義模塊編寫(xiě)業(yè)務(wù)邏輯。規(guī)則引擎的主要工作是將輸入的數(shù)據(jù)對(duì)象與加載的規(guī)則進(jìn)行匹配，并由符合條件的規(guī)則生成規(guī)則執(zhí)行實(shí)例。目前主流的規(guī)則引擎包括Ilog JRules，Drools，Jess，等等［1］。其中Ilog JRules和Jess都是相當(dāng)成熟的商業(yè)BRMS，提供了一套完整的規(guī)則建模、規(guī)則編寫(xiě)、規(guī)則測(cè)試、規(guī)則部署和維護(hù)的工具，但是價(jià)格非常昂貴。Drools規(guī)則引擎是由JBoss開(kāi)發(fā)的優(yōu)秀的開(kāi)源規(guī)則引擎［2］，是開(kāi)源規(guī)則引擎中使用最廣的產(chǎn)品之一。除具有一般規(guī)則引擎的優(yōu)點(diǎn)外，還具有高效的算法、豐富的規(guī)則語(yǔ)言、強(qiáng)大的API和工具集成等特點(diǎn)［3］。故選擇Drools作為系統(tǒng)的規(guī)則引擎。

1.2 系統(tǒng)功能模塊

（1）基本信息模塊。主要包括路線編碼、區(qū)間編碼、路段編碼、公路等級(jí)、路面類(lèi)型、車(chē)道類(lèi)型、面層類(lèi)型和基層類(lèi)型等基本信息的管理。

（2）養(yǎng)護(hù)評(píng)價(jià)模塊。主要功能是對(duì)路面使用性能 （PQI）、路 面 破 損 （PCI）、路 面 平 整 度（RQI）、路面車(chē)轍（RDI）、路面抗滑性能（SRI）和路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度（PSSI）6個(gè)路況參數(shù)做出評(píng)價(jià)。

（3）養(yǎng)護(hù)決策模塊。主要功能是根據(jù)路況數(shù)據(jù)得出養(yǎng)護(hù)方案和養(yǎng)護(hù)造價(jià)。

（4）規(guī)則管理模塊。主要包括規(guī)則文件的編輯、沖突解決策略。

（5）系統(tǒng)管理模塊。主要包括用戶管理、權(quán)限管理和系統(tǒng)日志。

2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)分為表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)持久層3個(gè)層次，見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)圖

在表示層中，從JSP頁(yè)面發(fā)送來(lái)的請(qǐng)求被轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的Action控制器。Action控制器首先獲取用戶請(qǐng)求參數(shù)，然后調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層中相應(yīng)的Service組件，Service組件再調(diào)用數(shù)據(jù)持久層中相應(yīng)的Dao組件，執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)操作，返回的處理結(jié)果將通過(guò)Action輸出到JSP頁(yè)面。當(dāng)用戶進(jìn)行養(yǎng)護(hù)決策時(shí)，養(yǎng)護(hù)決策Action控制器調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層中的養(yǎng)護(hù)決策Service組件取得相應(yīng)路況信息，調(diào)用規(guī)則管理Service組件從規(guī)則庫(kù)中取得規(guī)則文件。使用規(guī)則引擎進(jìn)行模式匹配，匹配成功的規(guī)則被送入議程等待執(zhí)行，執(zhí)行完畢后，輸出養(yǎng)護(hù)方案。

2.2 養(yǎng)護(hù)決策規(guī)則的生成

依據(jù)“瀝青路面智能化養(yǎng)護(hù)關(guān)鍵技術(shù)”的研究成果，本系統(tǒng)根據(jù)養(yǎng)護(hù)對(duì)策生成各項(xiàng)的判別規(guī)則并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。例如：當(dāng)PCI＞70，RQI＞43.8，RDI＞70，SRI＞80.5，PSSI＞80.2，并且病害類(lèi)型為裂縫、局部坑槽、擁包、沉陷、松散和翻漿其中之一時(shí)，養(yǎng)護(hù)方案為F11。

（1）如果用戶輸入的路況數(shù)據(jù)只包含PCI，RQI等5個(gè)參數(shù)，不含病害數(shù)據(jù)和輔助參數(shù)，則要先按使用相同判別參數(shù)的規(guī)則進(jìn)行規(guī)則的合并，生成FILE類(lèi)型的規(guī)則文件。

（2）如果用戶輸入的路況數(shù)據(jù)包含PCI，RQI等5個(gè)參數(shù)且包含病害數(shù)據(jù)，但不包含輔助參數(shù)，則合并后生成對(duì)應(yīng)于FILEX類(lèi)型的規(guī)則文件。

（3）如果用戶輸入的路況數(shù)據(jù)包含PCI，RQI等5個(gè)參數(shù)且包含輔助參數(shù)，但不包含病害數(shù)據(jù)，則合并后生成對(duì)應(yīng)于FILEY類(lèi)型的規(guī)則文件。

（4）如果用戶輸入的路況數(shù)據(jù)包含PCI，RQI等5個(gè)參數(shù)且包含病害數(shù)據(jù)，也包含輔助參數(shù)，則上述規(guī)則對(duì)應(yīng)于FILEZ類(lèi)型的規(guī)則文件。

一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)則文件就是一個(gè)擴(kuò)展名為.drl的文本文件。根據(jù)規(guī)則文件的結(jié)構(gòu)，可以將規(guī)則分為3部分：屬性聲明部分（attribute）、條件部分（LHS）和結(jié)果部分（RHS）。規(guī)則格式如下：

為了方便用戶輸入，這里采用可視化界面進(jìn)行規(guī)則的生成和管理；并且設(shè)計(jì)了一個(gè)專(zhuān)門(mén)用于“翻譯”的JavaBean，實(shí)現(xiàn)前臺(tái)顯示與后臺(tái)規(guī)則文件的統(tǒng)一，見(jiàn)圖2。

圖2 規(guī)則文件添加界面

2.3 養(yǎng)護(hù)決策的處理流程

養(yǎng)護(hù)決策模塊的處理流程包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、規(guī)則編譯、規(guī)則執(zhí)行和養(yǎng)護(hù)方案生成4部分。啟動(dòng)養(yǎng)護(hù)決策之后，首先判斷數(shù)據(jù)庫(kù)中是否存在指定的路況數(shù)據(jù)，如果存在，則讀取路況數(shù)據(jù)和規(guī)則文件。然后編譯規(guī)則文件，編譯通過(guò)之后設(shè)置全局變量，并插入路況數(shù)據(jù)，執(zhí)行規(guī)則文件，如果已經(jīng)生成養(yǎng)護(hù)方案，則計(jì)算造價(jià)并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，見(jiàn)圖3。

圖3 養(yǎng)護(hù)決策流程圖

2.4 沖突的解決策略

一個(gè)事實(shí)對(duì)象在模式匹配的過(guò)程中，規(guī)則庫(kù)中有多條規(guī)則與之匹配，從而可能產(chǎn)生多種結(jié)果，但不能確定具體得到哪個(gè)結(jié)果，即稱(chēng)產(chǎn)生了規(guī)則沖突［4］。規(guī)則沖突的根源來(lái)自于規(guī)則庫(kù)的邏輯不完備或者不一致。因?yàn)橐?guī)則庫(kù)本身是一個(gè)邏輯系統(tǒng)，當(dāng)規(guī)則庫(kù)的添加或者修改導(dǎo)致規(guī)則庫(kù)的邏輯不一致或者不完備時(shí)，就會(huì)發(fā)生規(guī)則沖突。Drools提供的沖突解決策略包括設(shè)置優(yōu)先級(jí)和LIFO（后進(jìn)先出）［5］。通過(guò)給規(guī)則設(shè)置優(yōu)先級(jí)，可以確保不同優(yōu)先級(jí)的規(guī)則不發(fā)生沖突，但是相同優(yōu)先級(jí)的規(guī)則仍然可能沖突。后進(jìn)先出策略只是簡(jiǎn)單地讓后進(jìn)入議程（Agenda）的規(guī)則先被激活，但是對(duì)可能存在的沖突沒(méi)有做任何處理。

如何發(fā)現(xiàn)這種邏輯上的包含關(guān)系是問(wèn)題的關(guān)鍵。一種方法是直接寫(xiě)if判斷語(yǔ)句，如果用戶輸入的規(guī)則條件里有“不要求”語(yǔ)句，并且條件的其他部分與規(guī)則庫(kù)里的某一條規(guī)則相同，那么就判定用戶輸入的規(guī)則不合法。如此需要考慮的情況將非常復(fù)雜，因?yàn)橛脩糨斎氲囊?guī)則里可能只有一個(gè)“不要求”語(yǔ)句，也可能有多個(gè)，而且具體是哪一個(gè)參數(shù)“不要求”也是不確定的，還有可能用戶輸入的規(guī)則里沒(méi)有“不要求”語(yǔ)句，而規(guī)則庫(kù)里的規(guī)則有“不要求”語(yǔ)句，這樣也會(huì)形成邏輯沖突。

受集合論的啟發(fā)，再考慮到Java優(yōu)秀的字符串處理能力，筆者采用如下方法來(lái)檢測(cè)邏輯沖突：為規(guī)則條件的每個(gè)部分加一個(gè)標(biāo)記值，用于表示該項(xiàng)條件所代表的集合，約定“大于”記A，“小于”記B，則“不要求”記AB。例如，用戶輸入2條規(guī)則，記為 Rule A 和 Rule B，Rule A 的內(nèi)容為：當(dāng)PCI＞70，RQI＞43.8，RDI＞70，SRI＞80.5，PSSI＞80.2時(shí)，養(yǎng)護(hù)方案為F11；Rule B的內(nèi)容為：當(dāng)PCI＞70，RQI＞43.8，RDI不要求，SRI＞80.5，PSSI＞80.2時(shí)，養(yǎng)護(hù)方案為F12。則Rule A的標(biāo)記值表示為（A，A，A，A，A），Rule B的標(biāo)記值可以表示為（A，A，AB，A，A）。這樣要檢測(cè)這種邏輯上的包含關(guān)系，只需用java.lang.String的contains（）方法就可以實(shí)現(xiàn)。首先對(duì)用戶輸入規(guī)則文件的條件部分所對(duì)應(yīng)的標(biāo)記值進(jìn)行賦值，然后將其與規(guī)則庫(kù)里的規(guī)則文件逐個(gè)進(jìn)行比較，這里又分2種情況，一種是用戶輸入規(guī)則在邏輯上被包含，另一種是用戶輸入規(guī)則在邏輯上包含規(guī)則庫(kù)里的規(guī)則，這兩種情況都屬于邏輯沖突，記錄下沖突規(guī)則的ID后，就可以設(shè)置警告信息。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)代路面信息管理系統(tǒng)面臨的問(wèn)題，本文介紹了基于Drools規(guī)則引擎的路面信息管理和決策系統(tǒng)的解決方案，討論了系統(tǒng)的總體架構(gòu)、業(yè)務(wù)規(guī)則的生成和管理、養(yǎng)護(hù)決策的處理流程和沖突的解決策略。文中利用Java語(yǔ)言的字符串處理能力，通過(guò)比較用戶輸入的規(guī)則與規(guī)則庫(kù)原有規(guī)則，實(shí)現(xiàn)規(guī)則的沖突檢測(cè)功能，防止規(guī)則的重復(fù)與沖突，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。針對(duì)用戶輸入的路況數(shù)據(jù)可能不全面，存在參數(shù)缺失的情況，合理設(shè)計(jì)規(guī)則結(jié)構(gòu)，使規(guī)則庫(kù)可以處理多種類(lèi)型數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的兼容性。設(shè)計(jì)了一個(gè)專(zhuān)門(mén)用于“翻譯”的JavaBean，實(shí)現(xiàn)前臺(tái)顯示規(guī)則與后臺(tái)規(guī)則文件的統(tǒng)一。

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