基于產(chǎn)生式規(guī)則的交通違法處罰專(zhuān)家系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

[摘要]根據(jù)高速公路監(jiān)控指揮系統(tǒng)的快速、準(zhǔn)確處罰需求，開(kāi)發(fā)了基于產(chǎn)生式規(guī)則的違法處罰專(zhuān)家系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)違法處罰條例進(jìn)行抽取與組織，將其形式化并初步形成產(chǎn)生式規(guī)則，通過(guò)專(zhuān)家支持進(jìn)行規(guī)則的約簡(jiǎn)，存入知識(shí)庫(kù)；利用合理的人機(jī)交互的界面使得用戶(hù)能快速查找并定位違法事件，并遵守交通法中“一事不再罰”原則及相關(guān)處罰規(guī)定，將數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息與知識(shí)庫(kù)中的產(chǎn)生式相匹配，輸出嚴(yán)格的《交通違法行政處罰通知書(shū)》通過(guò)界面告知用戶(hù)。另外該系統(tǒng)的管理模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)規(guī)則對(duì)應(yīng)關(guān)系的更新和修改，具有很強(qiáng)的靈活性。

[關(guān)鍵詞]交通違法行政處罰 產(chǎn)生式規(guī)則 專(zhuān)家系統(tǒng) 規(guī)則庫(kù)管理

中圖分類(lèi)號(hào)：TP2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0520063－02

隨著機(jī)動(dòng)車(chē)和駕駛員數(shù)量的激增，交警數(shù)量的相對(duì)不足，交警的交通行政違法現(xiàn)場(chǎng)處罰逐漸顯得力不從心。在此背景下，通過(guò)科技手段，利用電子自動(dòng)測(cè)速儀、電子自動(dòng)攝像儀、攝像機(jī)等交通技術(shù)監(jiān)控設(shè)備記錄資料作為處罰依據(jù)，來(lái)認(rèn)定交通違法并予以處罰的非現(xiàn)場(chǎng)處罰手段，成為了公安機(jī)關(guān)交通管理部門(mén)的重要管理手段[1]。由于非現(xiàn)場(chǎng)處罰不是對(duì)違法行為立即予以執(zhí)行，致使大多數(shù)地方仍然采取過(guò)去的“年檢告知”的處理方法。這樣在兩次年檢之間，違法行為人可能并不知道自己有違法行為，從而導(dǎo)致更多的違法行為的發(fā)生，為社會(huì)和違法人員帶來(lái)不必要的經(jīng)濟(jì)和精神上的損失。另一方面，新的《道路交通安全法》及其實(shí)施條例頒布施行后，賦予了交警更大的自由裁量權(quán)。交警在執(zhí)法中常會(huì)遇到處罰種類(lèi)、方式、幅度、程序等方面的合理性選擇。近年來(lái)，由于部分交警的自由裁量運(yùn)用不恰當(dāng)，引發(fā)執(zhí)法矛盾較多。“罰多”、“罰少”，按“上限”處罰、以“好惡”處罰、憑“人情”處罰隨意施罰，不僅引起交通參與者對(duì)處罰的反感和不服，對(duì)交警執(zhí)法的不信任，還損害了交警的執(zhí)法形象，損害了警民關(guān)系。

為了解決以上問(wèn)題，本文結(jié)合《廣西高速公路監(jiān)控指揮系統(tǒng)》課題，針對(duì)交通處罰條例規(guī)則性強(qiáng)，條款繁多易混、處罰決定易變的特點(diǎn)，如何實(shí)現(xiàn)快速執(zhí)法、高效處罰的問(wèn)題，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)實(shí)際可用的公安交通違法行為處罰專(zhuān)家系統(tǒng)成為研究重點(diǎn)。

一、概述

（一）提出問(wèn)題

通過(guò)交通違法行為處罰專(zhuān)家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了交警執(zhí)法人員在處罰時(shí)能快速準(zhǔn)確的輸出《交通違法行為處罰通知書(shū)》，同時(shí)積累違法行為類(lèi)型數(shù)據(jù)，為將來(lái)決策打下數(shù)據(jù)挖掘基礎(chǔ)；另一方面，鑒于交通違法行為處罰條例的規(guī)則性很強(qiáng)，雖然違法行為和處罰決定基本不會(huì)發(fā)生變化，但法規(guī)實(shí)施細(xì)則隨各地情況會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生變動(dòng)，如果將其寫(xiě)入指揮中心應(yīng)用系統(tǒng)程序中，一旦發(fā)生變動(dòng)用戶(hù)必須重新修改其相關(guān)的應(yīng)用程序，并重新進(jìn)行代碼編寫(xiě)、調(diào)試、測(cè)試、編譯等工作[2]。因此在對(duì)處罰業(yè)務(wù)的共性進(jìn)行了分析之后，利用以往開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)和程序采用程序與數(shù)據(jù)相分離的技術(shù)，抽取出處罰規(guī)則庫(kù)的功能模塊，該功能模塊不需要修改就可以被不同的應(yīng)用系統(tǒng)復(fù)用，利于各地交通管理系統(tǒng)的推廣，這就是軟件重用技術(shù)在開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用。

另外，在指揮中心系統(tǒng)應(yīng)用程序中添加規(guī)則庫(kù)管理模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)規(guī)則庫(kù)的管理，可以快速的定位處罰規(guī)則并修改條件與屬性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，增加規(guī)則庫(kù)的靈活性和可復(fù)用性。

（二）基于產(chǎn)生式規(guī)則的處罰專(zhuān)家系統(tǒng)

違法處罰專(zhuān)家系統(tǒng)的核心是處罰知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)，主要通過(guò)執(zhí)法交警的參與，抽取<<道路交通安全法>>中法律及實(shí)施條例，形成原子列，并按照?qǐng)?zhí)法交警最佳使用習(xí)慣劃分種類(lèi)的過(guò)程。主要結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。

產(chǎn)生式規(guī)則[3]表示是目前專(zhuān)家系統(tǒng)中使用最廣泛的一種知識(shí)表示方法。使用這種表示法的專(zhuān)家系統(tǒng)通常稱(chēng)為基于規(guī)則的專(zhuān)家系統(tǒng)。產(chǎn)生式規(guī)則表示法一般在產(chǎn)生式系統(tǒng)中使用。一個(gè)產(chǎn)生式系統(tǒng)由三個(gè)基本部分組成：規(guī)則庫(kù)、全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)和控制策略。既為知識(shí)庫(kù)（包括規(guī)則表、變量描述表和事實(shí)庫(kù)）和推理機(jī)[4]。

1．規(guī)則表：用來(lái)存放產(chǎn)生式規(guī)則，產(chǎn)生式規(guī)則是一個(gè)以“如果滿(mǎn)足這個(gè)條件，就應(yīng)當(dāng)采取某些操作”形式表示的語(yǔ)句，其基本形式為“IF前提THEN結(jié)論”。IF被稱(chēng)為條件，它說(shuō)明應(yīng)用這條規(guī)則必須滿(mǎn)足的條件；THEN部分被稱(chēng)為操作或結(jié)論，表示表達(dá)式與變量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2．變量描述表：表述變量的含義，在本課題中分為違法事實(shí)描述表、處罰行為描述表、種類(lèi)描述表。例如變量“A1”表示“拼裝車(chē)上路行駛”、變量“B1”表示“罰款”等。

3．事實(shí)庫(kù)：用來(lái)存放變量取值，主要包括用戶(hù)需要回答的取值和推理出來(lái)的變量值，是動(dòng)態(tài)庫(kù)。

4．推理機(jī)：控制推理的機(jī)制，使整個(gè)專(zhuān)家系統(tǒng)能夠以邏輯的方式協(xié)調(diào)工作；例如通過(guò)“0，1，2”、“a，b，c，d，e，f”變量和“！”、“＆”、“|”等邏輯符號(hào)選擇推理路徑。

5．用戶(hù)界面： 是系統(tǒng)與用戶(hù)進(jìn)行交流時(shí)的界面。通過(guò)該界面，用戶(hù)輸入基本信息、選擇相關(guān)操作，并輸出推理結(jié)果及《交通違法行為處罰通知書(shū)》。

二、交通違法行為處罰專(zhuān)家系統(tǒng)

該專(zhuān)家系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中包含基于規(guī)則的問(wèn)題反饋交互模塊和推理規(guī)則數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)模塊（規(guī)則更新和增刪）兩部分。通過(guò)以上兩個(gè)模塊既可以實(shí)現(xiàn)交警快速選擇違法行為并輸出嚴(yán)格的處罰決定，又具有靈活的管理界面，根據(jù)變化的處罰實(shí)施條例調(diào)整處罰行為與違法事件的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

（一）交通違法行為處罰知識(shí)庫(kù)的建立

交通違法行為處罰條例包含了大量的違法事實(shí)，且違法事實(shí)由于對(duì)象和程度的不同又進(jìn)行了細(xì)分（例如醉酒駕車(chē)行為可分為運(yùn)營(yíng)車(chē)和非運(yùn)營(yíng)車(chē)；超速分為超速20%以下，超速20%—50%等），因此需要對(duì)違法事實(shí)進(jìn)行抽取，劃分原子列，并且按照用戶(hù)的使用習(xí)慣劃分種類(lèi)。而每個(gè)違法事實(shí)又對(duì)應(yīng)了多條處罰行為，處罰行為細(xì)化到準(zhǔn)確的罰金和扣車(chē)、拘留的天數(shù)，可以看出處罰行為是少數(shù)且固定的，變化的僅是數(shù)值而已；另外，各類(lèi)的處罰行為在執(zhí)行過(guò)程中存在幾類(lèi)邏輯關(guān)系，例如當(dāng)多種違法事實(shí)出現(xiàn)后，某些處罰行為需要加總、某些只需要取最高的處罰、有些取其一既可，但是無(wú)論哪類(lèi)處罰都需要尊重“一事不再罰”的法律原則。

1．違法事件及種類(lèi)描述

根據(jù)《道路交通安全實(shí)施條例》的分類(lèi)和對(duì)用戶(hù)使用習(xí)慣的調(diào)查研究后，劃分快速查找的大類(lèi)，再抽取違法事實(shí)形成原子列，并將各個(gè)原子列歸類(lèi)。對(duì)于違法事實(shí)可以如下表2.1歸類(lèi)劃分：

其中0：表示運(yùn)營(yíng)車(chē)輛；1：表示非運(yùn)營(yíng)車(chē)；2：表示不限制；a：表示機(jī)動(dòng)車(chē)車(chē)身類(lèi)（例如非法安裝標(biāo)志燈具等）；b：表示駕駛證類(lèi)（例如行車(chē)未攜帶駕駛證等）；c：表示機(jī)動(dòng)車(chē)行為類(lèi)（違規(guī)停車(chē)、占道行駛等）；d：表示駕駛員行為類(lèi)（例如醉酒等）；e：表示超速類(lèi)；f：表示超載/重類(lèi)；

由于篇幅有限，以下僅截取違法事件表的一部分如下表2.2：

2．處罰行為描述

目前的處罰行為分為：罰款、扣分、吊銷(xiāo)駕照、扣車(chē)、扣證、拘留、收繳車(chē)輛、收繳非法設(shè)備、拖車(chē)、強(qiáng)制拆除十類(lèi)。其中罰款的金額、扣分的分值、拘留的天數(shù)、扣車(chē)扣證的日期都有不同的數(shù)值，因此產(chǎn)生了多種處罰行為；為了減少重復(fù)出現(xiàn)的冗余，將處罰行為描述表只分為十類(lèi)名稱(chēng)，具體的數(shù)值存入事實(shí)庫(kù)中，根據(jù)用戶(hù)輸入具體的違法事件，動(dòng)態(tài)讀取數(shù)值。同時(shí)，在此表中為每類(lèi)行為賦予操作屬性，如0：表示加總；1：表示取其一；2：表示取最高；

3．規(guī)則表描述

基于以上的描述表，通過(guò)規(guī)則建立將違法事件與處罰行為建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用If…then的語(yǔ)句進(jìn)行描述，形成程序中可識(shí)別的規(guī)則，由于篇幅有限，部分規(guī)則表顯示如下表2.3：

（二）交通違法行為處罰專(zhuān)家系統(tǒng)工作機(jī)制

以下對(duì)闡述系統(tǒng)組成與工作機(jī)制：

1．用戶(hù)界面：以選擇的形式讓用戶(hù)確定違法車(chē)輛類(lèi)型、違法事件種類(lèi)，在上百條違法事件中迅速定位。

2．當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)：將違法處罰條例規(guī)范化、規(guī)則化。用戶(hù)選擇對(duì)應(yīng)的違法事件后能查找數(shù)據(jù)庫(kù)中變量信息。

3．知識(shí)庫(kù)：存放違法事件與處罰決定的對(duì)應(yīng)規(guī)則。在本課題中運(yùn)用的知識(shí)是產(chǎn)生式規(guī)則。以IF…THEN的形式出現(xiàn)，條件與結(jié)論均可以通過(guò)邏輯運(yùn)算AND ，OR ，NOT進(jìn)行復(fù)合。換言之，這里的知識(shí)庫(kù)就是一個(gè)規(guī)則集。

4．推理機(jī)：將當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)的信息與知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則作匹配。具體步驟如下：

（1）規(guī)則匹配：根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)能夠匹配的規(guī)則。

（2）沖突消解：根據(jù)某種規(guī)則選擇使用某規(guī)則。

（3）規(guī)則緩存：使當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)緩存原來(lái)選擇的。

（4）多次選擇：根據(jù)不同的違法種類(lèi)選擇違法行為，重復(fù)1-4步驟。

（5）解釋機(jī)制：根據(jù)匹配的規(guī)則產(chǎn)生輸出和形成規(guī)范的處罰通知書(shū)。

以下用一個(gè)具體實(shí)例來(lái)說(shuō)明系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程，由于規(guī)則較多，此處選取有代表性的加以說(shuō)明。假設(shè)某運(yùn)營(yíng)車(chē)超載、同時(shí)超速20%，車(chē)頂安裝了非法載貨架，被攔截之后發(fā)現(xiàn)司機(jī)酒后駕車(chē)，且沒(méi)有攜帶駕駛證。此時(shí)交警需要先記錄車(chē)牌號(hào)碼，接著選擇“運(yùn)營(yíng)車(chē)輛”類(lèi)型，此時(shí)會(huì)在違法事件種類(lèi)中查找編號(hào)首字母為“0”的記錄；再選擇超載類(lèi)，由于“超速類(lèi)”的處罰不區(qū)分“運(yùn)營(yíng)車(chē)”與“非運(yùn)營(yíng)車(chē)”，因此在規(guī)則庫(kù)中采用“&”的邏輯直接定位到2e種類(lèi)編號(hào)，并且快速搜索出所有屬于2e的違法事件列表，復(fù)選框內(nèi)的違法行為“超速30%以下”，點(diǎn)擊“確定”，進(jìn)行違法事件與處罰行為的規(guī)則匹配，如果沒(méi)有立即點(diǎn)擊“輸出處罰通知書(shū)”，該操作將結(jié)果緩存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。接著重復(fù)選擇“超速”類(lèi)，重復(fù)以上操作；當(dāng)將所有違法事件都選擇好后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)對(duì)應(yīng)的處罰描述表中的處罰屬性選擇判定是“0”|“1”|“2”，對(duì)讀入緩存事實(shí)庫(kù)中的多條處罰行為判定它們的數(shù)值應(yīng)該是“加和”|“取其一”|“取最高”，計(jì)算出最終處罰結(jié)果，由于“一事不再罰原則”，對(duì)于相同違法行為如果原來(lái)有需要“加總”的屬性列存在，將會(huì)判定“取其一”的做法，而不會(huì)加總。列點(diǎn)擊“輸出行政違法處罰通知書(shū)”，既可以得到具有規(guī)范格式的“行政違法處罰通知書(shū)”。該通知書(shū)上標(biāo)明了處罰時(shí)間、地點(diǎn)、違法車(chē)牌號(hào)、車(chē)主姓名、違法行為列表、最終處罰決定、執(zhí)法交警和被處罰人簽名信息。

（三）處罰專(zhuān)家系統(tǒng)的管理

完整的專(zhuān)家系統(tǒng)框架需要包括對(duì)規(guī)則和知識(shí)的更新機(jī)制，由于交通非法處罰條例中的違法事實(shí)基本是不會(huì)發(fā)生變化的，變化的是根據(jù)針對(duì)每項(xiàng)違法事件的處罰決定，例如處罰種類(lèi)的變更或者數(shù)值的增減。因此針對(duì)此特點(diǎn)，在對(duì)違法處罰規(guī)則進(jìn)行更新和管理的時(shí)候，只需要修改其對(duì)應(yīng)關(guān)系即可，減少了管理的難度。設(shè)置規(guī)則更新和管理界面，用戶(hù)可以根據(jù)自己的使用習(xí)慣或者根據(jù)法律實(shí)施條例的變更對(duì)規(guī)則進(jìn)行更新操作。

通過(guò)設(shè)置專(zhuān)家系統(tǒng)規(guī)則管理界面選擇需要更改的違法行為，查看原先的處罰決定，并且做相關(guān)的修改，既可以更新規(guī)則對(duì)應(yīng)關(guān)系。

三、小結(jié)

通過(guò)處罰專(zhuān)家系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，解決了目前交警自由裁量權(quán)把握不準(zhǔn)，僅憑經(jīng)驗(yàn)處罰而出現(xiàn)“罰多”、“罰少”的模

糊裁量問(wèn)題，減少警民糾紛；同時(shí)該系統(tǒng)具有很大靈活性，一旦法律相關(guān)實(shí)施條例變化可以直接通過(guò)管理界面更新修改，不需要改動(dòng)指揮中心應(yīng)用系統(tǒng)程序，具有較強(qiáng)的推廣作用。另外，系統(tǒng)會(huì)記錄違法行為數(shù)據(jù)，作為以后分析違法行為種類(lèi)的數(shù)據(jù)挖掘基礎(chǔ)。目前，系統(tǒng)仍存在不足之處，對(duì)于知識(shí)的獲取僅通過(guò)過(guò)人工知識(shí)獲取這種方式，并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)，建立內(nèi)部知識(shí)結(jié)構(gòu)不斷地不斷更新。在將來(lái)隨著高速公路監(jiān)控指揮系統(tǒng)的不斷擴(kuò)展，處罰機(jī)制將不斷完善。

（指導(dǎo)老師：姚淑珍，北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，教授。）

項(xiàng)目簡(jiǎn)介：本課題為《廣西高速公路智能化監(jiān)控指揮系統(tǒng)》項(xiàng)目的一個(gè)子課題

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作者簡(jiǎn)介：

夏春燕，北京航空航天大學(xué)軟件學(xué)院，碩士研究生。