《安全技术》之海船避碰专家系统领域知识的来源和决策流程初探 VIP专享VIP免费

海船避碰专家系统领域知识的来源和决策流程初探1引言海船避碰专家系统（仿人智能自动避碰控制系统），对于降低碰撞事故具有重要的实用价值，也是实现完全自导的智能化船舶的重要组成部分。近年来，国内外海运界学者对其进行了不少理论研究，但与实用化尚有一定距离。专家系统的性能取决于知识库的质量，而知识库的质量又取决于所获取的领域知识的质量及可操作性。因此，明晰领域知识的来源，对碰撞危险的判断、决策过程予以量值化并明确其流程是建构实用化的海船避碰专家系统的必要步骤。2领域知识的来源海船避碰行动的过程为：观察——判断——决策。《1972年国际海上避碰规则》[1]（以下简称《海规》）第五条“了望”对观察作了规定：“每一船舶应经常用视觉、听觉以及适合当时环境和情况下一切有效的手段保持正规的了望，以便对局面和碰撞危险作出充分的估计。”观察的项目至少应包括：航区水域、能见度、通航密度、本船操纵性能、风浪流情况、航速、吃水和可用水深的关系，雷达等助航设备可能的误差、来船的距离、方位、航向及动态，等等.通过观察所收集的信息，与专家系统知识库中的领域知识进行比较、推理，以确定碰撞危险程度、会遇局面的构成、本船的权利和义务、应采取的避让措施，并查核避让行动的有效性及避让结果，即为判断与决策过程。下面列出海船避碰专家系统领域知识的来源。2.1《1972年国际海上避碰规则》《海规》是协调海上船舶避碰的技术指导和法律规范，其中可作为领域知识的内容有：伓员苋迷鹑蔚墓娑ǎ*?对避让行动的规定；?对避让信号的规定。这些规定，也是专家系统知识库的建构的基础和约束条件，但在具体操作的量化上，尚需其他方面专家知识的补充。2.2专家意见专家意见往往是良好的船艺和船员通常做法或当时特殊情况所可能要求的戒备的总结归纳，或基于《海规》、几何关系，操纵特性等方面考虑的数量推导，是《海规》在具体操作和量化方面的重要补充。比较典型的专家意见有：A.N.科克罗夫特和J.N.F.拉梅杰合著的《海上避碰规则指南》[2]；藤井首创并由Goodwin拓广至开阔水域的船舶领域（Vessel’sdomain）、Davis的动界（Arena）[3]；Colley的RDRR；还有本文提及的我国学者的意见。2.3驾驶员实践经验大连海运学院船艺教研室1985年通过向我国海员散发“海上避碰实况调查表”获得了202次避碰实况数据[3]，吴兆麟和王逢辰通过统计获取的互见中能见度不良时，让路船采取避碰行动的四个特征量：伈扇”芘鲂卸绷酱嗬隓；?采取避碰行动时，目标船会遇最近距离DCPA；?转向避碰行动的幅度AC；?两船实际通过距离D。2.4自动避碰数学模型任茂东、钱玉林、杨盐生、周显著、赵劲松等在《中国航海》、《大连海运学院学报》发表了各自的研究结果，即自动避碰数学模型的研讨及海上避碰规则指南。3磁撞危险的判断及避让时机为了避免碰撞的发生，藤井建立了单一通航道中的船舶领域模型，该模型为对称于被保护船的一个椭圆。Goodwin将此理论的应用范围拓延至开阔水域，并将模型改建为依左、右舷灯及尾灯照射范围区分的三个扇区，考虑到《海规》对避让责任的规定，三个扇区的外边界与本船的距离有所不同，比如，在Goodwin建立的北海南部船舶领域模型中，它们的取值分别为0.7海里、0.8海里和0.45海里。实质上，船舶领域是该船周围的有效水域。该船驾驶员将他船保持在该区域之外，是船舶保持航行安全所需水域。船舶领域可看作在避让时，保证两船安全驶过的最小距离在船舶360度方位上的分布。船舶领域边界与该船的距离随方位变化，其尺度约为船长的数倍。船舶领域是驾驶员为了避免碰撞而希望保持的有效区域，但碰撞危险存在的范围远大于该领域。为了避免船舶领域被其他物标侵入，必须在更远的距离上提前采取避让行动，这一距离称为动界。Davis等人在调查统计的基础上提出了动界模型，该模型是一个半径为2.7海里的圆。将假想的船置于动界圆心使真船向左下方偏离，真船与假船（圆心）距离为1.7海里，方向从假想船船首向顺时针方向起算199度处。同样考虑保持船舶领域不受其他物标侵入，但不从距离而是从时间因素出发，Colley提出了RDRR模型。RDRR指目标沿相对运动线距本船领域边...