基于知識(shí)的橋墩防撞智能化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：為了避免江河湖面上來(lái)往船只可能造成對(duì)橋墩的撞擊，設(shè)計(jì)了一種基于知識(shí)的橋墩防撞智能化的系統(tǒng)。在橋墩設(shè)防區(qū)域的江河湖面上設(shè)置一定的監(jiān)視區(qū)，一旦來(lái)往船只進(jìn)入設(shè)防區(qū)域，系統(tǒng)能給出相應(yīng)的警示報(bào)警和處理。

關(guān)鍵詞：橋墩防撞；警示報(bào)警；產(chǎn)生式規(guī)則；智能系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP182文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1671-7953(2009)01-0045-04

Knowledge Based Intelligent System Design for Preventing the Pylon from Collision

GUO Qun，CHEN Fengjuan

（Liaoning University of International Business and Economics Dalian Liaoning 116052，China）

Abstract:In order to prevent the possible collision caused by the ships navigating in the rivers， an intelligent system for preventing the pylon from the possible collision. Monitoring areas set up near the areas of pylons; the system would send out the corresponding messages and deal with it once the ships enter the monitoring areas.

Key words:prevention of pylon collision；warning and alarming；production rule；intelligent system

在江河湖面上，經(jīng)常會(huì)架設(shè)橋梁，由于橋下有過(guò)往的船只，船只撞擊橋墩的事故時(shí)有發(fā)生，不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也使橋梁存在安全隱患。因此論述了一種基于知識(shí)的橋墩防撞智能預(yù)警報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)。為了監(jiān)視、預(yù)警來(lái)往船只可能造成的對(duì)橋墩的撞擊，對(duì)橋墩設(shè)防區(qū)域的江河湖面上設(shè)置一定的監(jiān)視區(qū)域，進(jìn)行全天侯24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)視，并對(duì)橋墩周?chē)欢ň嚯x的特別危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行特別監(jiān)視，一旦有來(lái)往船進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，即提醒監(jiān)控機(jī)房的管理人員注意；當(dāng)來(lái)往船只進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警，并通知監(jiān)視人員注意控制攝像機(jī)跟蹤船只并錄像。根據(jù)船只在危險(xiǎn)區(qū)的不同區(qū)段、船只的速度和噸位等屬性和氣候信息等，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一般警示報(bào)警、警示報(bào)警和緊急警示報(bào)警，通過(guò)安裝在橋墩處的紅色警示燈的閃耀對(duì)船只警示，或通過(guò)安裝在橋墩處的高音喇叭示警，并告知駕駛員應(yīng)采取的措施。

1系統(tǒng)的組成及功能

1.1系統(tǒng)的組成

如圖1所示，基于知識(shí)的橋墩防撞智能化的系統(tǒng)由五大部分組成：監(jiān)測(cè)控制器、公共接口、接口程序、報(bào)警管理系統(tǒng)和錄像機(jī)系統(tǒng)（圖中沒(méi)有畫(huà)出）［1-2］。

監(jiān)測(cè)控制器：由紅外線探頭和云臺(tái)攝像頭組成，用于獲取船只進(jìn)入監(jiān)視區(qū)或特別危險(xiǎn)區(qū)域的視角、距離和船速等數(shù)據(jù)。

公共接口：采用外設(shè)接口芯片設(shè)計(jì)的接口控制版，用于紅外線探頭和云臺(tái)攝像頭的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和對(duì)它們實(shí)施控制。

1.2攝像系統(tǒng)的功能

在主橋墩處分別設(shè)置多臺(tái)具有夜視功能的攝像頭，攝像頭根據(jù)功能不同分為探測(cè)攝像頭和監(jiān)視攝像頭。攝像頭通過(guò)計(jì)算機(jī)與錄像機(jī)連接，簡(jiǎn)稱(chēng)攝像機(jī)。探測(cè)攝像機(jī)相對(duì)固定，攝像范圍對(duì)準(zhǔn)江面設(shè)定的指定的監(jiān)視區(qū)域，這里稱(chēng)之為提示區(qū)域。該圖像內(nèi)容通過(guò)監(jiān)視機(jī)房里的主服務(wù)器影像匹配識(shí)別，判別是否有來(lái)船進(jìn)入該區(qū)域。當(dāng)有來(lái)船進(jìn)入時(shí)，向監(jiān)控機(jī)房發(fā)出提示，提醒監(jiān)控人員注意。監(jiān)視攝像機(jī)主要監(jiān)視江面上過(guò)往船只的情況，危急時(shí)或在其他必要時(shí)攝像記錄。為加強(qiáng)夜間攝像效果，在橋墩合適位置加裝光線自動(dòng)控制紅外射燈，它們能保證船只撞橋時(shí)可清楚地?cái)z像記錄。

除了探測(cè)攝像機(jī)外，每個(gè)橋墩上安裝了一種紅外/微波雙監(jiān)探頭，它能探測(cè)出寬度為幾米、最遠(yuǎn)達(dá)150m的長(zhǎng)條型區(qū)域內(nèi)的移動(dòng)物體，正好覆蓋了橋墩上游最危險(xiǎn)區(qū)域，稱(chēng)為警告區(qū)域。一旦探測(cè)到情況，雙監(jiān)探頭的警告信號(hào)由前端警告主機(jī)回傳監(jiān)控室監(jiān)控主機(jī)的警告接口，發(fā)出緊急警告，通知工作人員操縱監(jiān)視攝像機(jī)云臺(tái)鏡頭，對(duì)進(jìn)入船只跟蹤監(jiān)視，并啟動(dòng)數(shù)字硬盤(pán)錄像機(jī)跟蹤錄像，還可用高音喇叭喊話提醒來(lái)船注意。系統(tǒng)中的圖像及控制數(shù)據(jù)、警告數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)，由主機(jī)通知工作人員，采取向江面喊話示意，啟動(dòng)視頻錄像等措施。

前端喊話功能：對(duì)江面上的危險(xiǎn)船只用高音喇叭喊話提醒。

分控功能：多個(gè)分控接口，可接往近處的港監(jiān)、公安、保安部門(mén)，在那里形成簡(jiǎn)易分控系統(tǒng)，或通過(guò)聯(lián)網(wǎng)受監(jiān)控中心的控制。

聯(lián)網(wǎng)功能：通過(guò)新建的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)或通過(guò)公用網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)，交換多媒體視頻信號(hào)或其他數(shù)據(jù)文件。

2軟件設(shè)計(jì)方案

軟件主要由兩大部分組成，即探頭/紅外接口程序部分和數(shù)據(jù)處理與報(bào)警的專(zhuān)家決策系統(tǒng)部分［3］，如圖2所示。

2.1報(bào)警要求

1）200m預(yù)警。

2）150m一般報(bào)警。

3）100m緊急報(bào)警。

4）50m緊急報(bào)警。

5）探測(cè)角度為45°～60°。

6）給出恰當(dāng)?shù)膱?bào)警提示及適當(dāng)?shù)奶幚泶胧?/p>

7）處理周期為600ms。

8）能根據(jù)行船的多種屬性、氣候條件和工作人員的經(jīng)驗(yàn)給出報(bào)警內(nèi)容。

2.2軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和各部分的功能簡(jiǎn)述

2.2.1接口模塊及功能

完成攝像頭/紅外探頭的數(shù)據(jù)收集、轉(zhuǎn)換和發(fā)送，要求利用設(shè)備提供的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，每次取數(shù)在30ms內(nèi)完成。主要的數(shù)據(jù)包括船只所在的探測(cè)角度、船速、距離和船型等。

2.2.2專(zhuān)家決策模塊

接收文件系統(tǒng)的外界數(shù)據(jù)處理，形成能觸發(fā)產(chǎn)生式規(guī)則的事實(shí)，由專(zhuān)家系統(tǒng)中的正向推理機(jī)推理產(chǎn)生處理策略并傳給預(yù)警子模塊或緊急報(bào)警子模塊。預(yù)警子模塊：給出預(yù)警或一般報(bào)警及喊話信息，并啟動(dòng)預(yù)警報(bào)警器，給出處理意見(jiàn)；根據(jù)情況可啟動(dòng)攝像機(jī)，保存現(xiàn)場(chǎng)影像數(shù)據(jù)；進(jìn)入預(yù)警處理預(yù)案。緊急報(bào)警子模塊：給出報(bào)警或緊急報(bào)警信息及喊話信息，啟動(dòng)緊急報(bào)警器，給出處理意見(jiàn)，并且啟動(dòng)攝像頭，保存現(xiàn)場(chǎng)影像數(shù)據(jù)；進(jìn)入報(bào)警或緊急報(bào)警處理預(yù)案。

2.2.3產(chǎn)生式規(guī)則庫(kù)

借助關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)存放和管理產(chǎn)生式規(guī)則，產(chǎn)生式規(guī)則有兩類(lèi)，即元規(guī)則和用于推理的決策規(guī)則。

2.2.4日志模塊

處理記錄系統(tǒng)發(fā)生的任何事件并產(chǎn)生統(tǒng)計(jì)報(bào)表，提供查詢功能。

2.2.5數(shù)據(jù)備份模塊

備份系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

2.2.6用戶界面

1）在條件許可時(shí)，如船只在監(jiān)控域外或剛進(jìn)入監(jiān)控域并且速度較慢，接收由工作人員輸入的其他數(shù)據(jù)如船的噸位、體積，可見(jiàn)度、風(fēng)速，駕駛員的經(jīng)驗(yàn)等，這些數(shù)據(jù)對(duì)專(zhuān)家決策有用。

2）實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生式規(guī)則的輸入、一致性、產(chǎn)生式規(guī)則的其他輔助管理。

3）輸出一般報(bào)警、報(bào)警和緊急報(bào)警信號(hào)，適當(dāng)?shù)暮霸拑?nèi)容和處理措施。

4）管理日志記錄文件、數(shù)據(jù)庫(kù)和攝像機(jī)系統(tǒng)。

2.3軟件工作流程

在圖3中描述了主要的工作流程［3］。

3產(chǎn)生式規(guī)則介紹

在本智能報(bào)警系統(tǒng)方案中有兩類(lèi)產(chǎn)生式規(guī)則，即元規(guī)則和決策規(guī)則。元規(guī)則通過(guò)規(guī)則的管理和組織，推理實(shí)現(xiàn)對(duì)規(guī)則選擇的控制。決策規(guī)則根據(jù)收集的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、工作人員輸入的數(shù)據(jù)、知識(shí)性和經(jīng)驗(yàn)性數(shù)據(jù)啟動(dòng)推理，給出行為決策。這些規(guī)則以表存在于數(shù)據(jù)庫(kù)中［4-6］。

3.1產(chǎn)生式規(guī)則

1）元規(guī)則的例子：共計(jì)12條。

R4：IF新規(guī)則處理建議THEN規(guī)則應(yīng)置于R48以后，且后續(xù)規(guī)則改變序號(hào)。

R8：IF數(shù)據(jù)中有來(lái)自文件系統(tǒng)and工作人員的輸入THEN推理從R30開(kāi)始。

2）決策規(guī)則的例子：共計(jì)65條，隨著系統(tǒng)運(yùn)行、工作經(jīng)驗(yàn)的增加和實(shí)際情況的不斷變化，會(huì)有所增加或減少。

R13：IF船距≥200米and探測(cè)角度不在45°～60°范圍THEN觸發(fā)R48。

R14：IF船距≥200米and探測(cè)角度不在45°～60°范圍and船速≥30km/hTHEN觸發(fā)

R50。

R48：IF如果船速≥50km/hTHEN觸發(fā)R54。

R50：IF船的行駛方向有進(jìn)入探測(cè)角度45°～60°范圍的可能THEN觸發(fā)R57。

R54：IF船的行駛方向有進(jìn)入探測(cè)角度45°～60°范圍的可能性不大THEN觸發(fā)預(yù)警提

示1。

產(chǎn)生式規(guī)則中有很多表示船只、氣象條件的變量，如船距、探測(cè)角度、船速、風(fēng)速和可

見(jiàn)度等，有文件系統(tǒng)和（或）工作人員輸入及數(shù)據(jù)庫(kù)中得到。

3.2產(chǎn)生式規(guī)則的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

上述幾條規(guī)則可用關(guān)系模型來(lái)描述，如表1～3所示。

4評(píng)價(jià)

基于知識(shí)的橋墩防撞預(yù)警報(bào)警解決方案經(jīng)過(guò)反復(fù)認(rèn)真的研究和討論，認(rèn)為是可行的。可用于高速公路中各種橋梁的防撞監(jiān)控系統(tǒng)。由于產(chǎn)生式規(guī)則庫(kù)中的規(guī)則可進(jìn)行增、刪、改等操作，系統(tǒng)的性能可繼續(xù)得到改善。

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