CBR/VTS融合系統(tǒng)及其應(yīng)用

蔡新梅

(渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧 葫蘆島125005)

近年來海運(yùn)業(yè)快速發(fā)展，船舶數(shù)量急劇增加，海上事故如:船舶碰撞、擱淺、船舶火災(zāi)、危險貨物運(yùn)輸污染等時有發(fā)生。對于船員而言如何能在危險事故發(fā)生后的最短時間內(nèi)確定最佳處理方法，借助VTS系統(tǒng)處置有一定局限性。為此結(jié)合VTS系統(tǒng)與CBR系統(tǒng)的各自特點(diǎn)，將兩個系統(tǒng)融合為一個整體結(jié)構(gòu)，以期為船員提供海上全方位應(yīng)急幫助。

VTS稱作船舶交通服務(wù)系統(tǒng)，它與陸地上的交通管理相似，由海事部門對船舶船員的VTS系統(tǒng)實(shí)施交通管制并提供咨詢信息服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享，以便船員更加準(zhǔn)確地掌握航行態(tài)勢。但缺陷是不能及時給出完備的海上事故處理方案，不能為船員提供緊急時刻處置事故的方案。

CBR系統(tǒng)核心思想是用人們以往的經(jīng)驗和知識進(jìn)行結(jié)構(gòu)化存儲形成案例庫，通過訪問案例庫中過去相似案例的方案從而得到解決當(dāng)前問題的一種推理模式［2］。它具有獲取知識方便、容易理解，非常適合于海上遇險時采取緊急措施時的借鑒，但沒有獲取目標(biāo)數(shù)據(jù)信息的功能，需要人機(jī)交互輸入海上遭遇情況及船舶信息，才能得到問題的求解方案。

由此可見，兩者應(yīng)用在海上安全航行中各有優(yōu)勢，也各有短板，可以相互補(bǔ)充。如果能將VTS系統(tǒng)與CBR系統(tǒng)有效融合在一起，以完備的方式提供安全信息數(shù)據(jù)和處置方案，使VTS系統(tǒng)對提高航行安全的作用得以完全發(fā)揮。而且融合后的CBR/VTS系統(tǒng)能夠提高船員的專業(yè)技術(shù)素質(zhì)，通過信息知識的獲取進(jìn)行專業(yè)技能儲備，使船員逐漸在復(fù)雜險情中提高處置能力。另外，面對惡劣的氣象海況條件，依靠CBR/VTS融合系統(tǒng)的完備性，能夠按照給出的信息數(shù)據(jù)和具體實(shí)施方案，可以提高船員遭遇海上突發(fā)事件的心理承受能力。

1 CBR/VTS融合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

從CBR/VTS融合系統(tǒng)應(yīng)用的角度出發(fā)，典型的工作過程可歸結(jié)為3個主要階段循環(huán)進(jìn)行。

1.1 CBR/VTS融合系統(tǒng)的案例檢索

當(dāng)船舶航行遇險時，VTS系統(tǒng)中的VHF系統(tǒng)、AIS系統(tǒng)、CCTV系統(tǒng)以及雷達(dá)向CBR系統(tǒng)傳輸信息數(shù)據(jù)，通告自己船舶及相應(yīng)的船只的航行態(tài)勢情況，AIS子系統(tǒng)作為獲取船舶數(shù)據(jù)的重要組成部分，可以周期性地發(fā)射和接收船舶的靜態(tài)信息(如船號、船只國籍、船舶名稱等)、動態(tài)信息(如船舶位置、對地航速、航行狀態(tài)等)以及與航行相關(guān)的信息，并可對船舶進(jìn)行自動識別［3］。VTS具體獲得的數(shù)據(jù)信息見表1，通過VTS系統(tǒng)輸進(jìn)CBR系統(tǒng)一些關(guān)鍵的目標(biāo)數(shù)據(jù)，結(jié)合CBR系統(tǒng)人機(jī)操作輸入的當(dāng)前遇險案例，對船舶當(dāng)前遭遇事件進(jìn)行全面案例分析，再經(jīng)過索引找出的相應(yīng)案例進(jìn)行屬性的匹配。

案例檢索過程關(guān)鍵進(jìn)行相似度計算，計算出目標(biāo)遇險案例各屬性與案例庫中存儲的案例各屬性的相似度，把各相似案例按相似度大小排序，確定與目標(biāo)案例相似度最大的檢索案例為最佳相似案例。目前比較成熟的案例檢索方法主要包括:最鄰近算法、知識引導(dǎo)法、模糊檢索法、歸納推理法等。這些推理算法都適用于處置航行遇險態(tài)勢下案例集推理檢索。

表1 船舶航行數(shù)據(jù)信息

1.2 CBR/VTS融合系統(tǒng)的方案修正

方案修正就是從案例庫中找到新問題的求解方案結(jié)果不滿意時，需要對其進(jìn)行修正。如果輸入的目標(biāo)案例與給出的相似案例完全匹配，相似案例的解決方案可作為目標(biāo)案例遇險態(tài)勢解決方案依據(jù);如果兩者不完全匹配，相似案例的解決方案可作為輸入的目標(biāo)案例參考方案，通過專用修正方法對參考方案進(jìn)行適當(dāng)修正，解決兩者之間的顯著差別，修正方法一定要使用基于這些差別規(guī)則或公式，使兩者之間的差別轉(zhuǎn)變?yōu)閷ふ业降慕鉀Q方案修正［4］。

1.3 CBR/VTS融合系統(tǒng)的案例保存

如果目標(biāo)案例的解決方案得到了驗證，則形成了一個有效解決方案，可以用于解決將來情形與之相似問題，這時要把它加入到案例庫中，這是為日后學(xué)習(xí)和方便知識獲取。在決定對選取案例的那些信息進(jìn)行保存時一般考慮目標(biāo)特征描述、案例求解結(jié)果、案例求解的成敗原因解釋，使案例庫信息更加完備［5］。隨著案例庫的增多，系統(tǒng)“經(jīng)驗”會更加豐富。但如果船舶態(tài)勢案例(目標(biāo)案例)和從案例庫中搜索出來的舊案例在相似度閾值范圍內(nèi)(匹配度高)，系統(tǒng)會丟失不進(jìn)行存儲，這樣避免了案例庫案例條數(shù)盲目膨脹引起的檢索效率降低的問題［6］。CBR/VTS融合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 CBR/VTS融合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 CBR/VTS融合系統(tǒng)應(yīng)用

2.1 處置船舶火險

當(dāng)船舶遇險涉及機(jī)艙火災(zāi)事故，要根據(jù)火情采取合理的撲救方式。由于船舶等級、種類、結(jié)構(gòu)、動火修理工藝、部位各不相同，采用的防火措施和要求也不盡相同。如果救急火災(zāi)之前參考冗多繁雜的火災(zāi)案例記錄，并不一定能及時有效地給出相應(yīng)的排除險情經(jīng)驗，也不利于施救人員參考。如果應(yīng)用CBR/VTS融合系統(tǒng)從中得到船舶基本信息、航行態(tài)勢信息和火災(zāi)狀況信息等，輸進(jìn)CBR系統(tǒng)能夠迅速有效地查找到以前的相關(guān)火災(zāi)事故排除案例，至少也能將火災(zāi)控制在一定范圍內(nèi)，迅速地制止火勢蔓延。

2.2 處置船舶避碰

現(xiàn)代航海瞭望應(yīng)綜合考慮“人、機(jī)、環(huán)境、管理”要素，對海上情況做出正確判斷，使合理方案能夠避免操作失誤失去航行局面控制能力。目前，航行避碰設(shè)備有船舶自動識別系統(tǒng)(AIS)、全球定位導(dǎo)航系統(tǒng)(GPS)、電子海圖系統(tǒng)(ECDIS)、自動雷達(dá)標(biāo)繪儀(ARPA)等，這些系統(tǒng)與VTS系統(tǒng)相似，用于識別、跟蹤、監(jiān)視他船，提供船舶間信息數(shù)據(jù)沒有問題，但不能提供完備避碰方案。當(dāng)船舶陷入碰撞危險采用CBR/VTS融合系統(tǒng)，通過輸進(jìn)目標(biāo)船舶的相對位置關(guān)系、兩船航行間運(yùn)行態(tài)勢、海域狀況等，及時給“危險”的船舶完備的“提醒”案例。使船舶能夠及時采取避讓緊急措施，避免碰撞損失發(fā)生。

3 結(jié)論

海員職業(yè)流動性大，也使得航行經(jīng)驗豐富的好手流失嚴(yán)重，難有效地進(jìn)行年輕船員的“傳幫帶”工作。利用CBR/VTS融合系統(tǒng)能夠快速使船員積累豐富的航海經(jīng)驗，這些處置險情案例庫與船員豐富經(jīng)驗相似，都成為一筆無形的財富。CBR系統(tǒng)和VTS系統(tǒng)發(fā)揮各自優(yōu)勢是保證船舶航行安全科學(xué)化的可行手段，能夠給船舶運(yùn)營安全帶來很大保障。

［1］王 曉，莊亞明.基于案例推理的非常規(guī)突發(fā)事件資源需求預(yù)測［J］.西安電子科技大學(xué)學(xué)報，2010，20(4):22-26.

［2］汪 淼，周國祥.CBR技術(shù)在車險公估系統(tǒng)上的應(yīng)用［J］.計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2011，20(8):146-150.

［3］蔡新梅.電子海圖信息系統(tǒng)(ECDIS)在船舶航行中的應(yīng)用［J］.船電技術(shù)，2012，32(6):32-34.

［4］李 欣，查京民，李豪杰，等.基于案例推理的港口工程建設(shè)風(fēng)險評價研究［J］.港工技術(shù)，2011，48(5):33-35.

［5］宋 凱，蘇 杭，周 靜，等.基于CBR的車牌識別技術(shù)的研究［J］.沈陽理工大學(xué)學(xué)報，2010，29(6):1-4.

［6］王曉東.基于案例推理的智能照明節(jié)能方案研究［J］.生態(tài)與智能建筑，2009(6):48-50.