基于ecdis的艦船避碰智能決策支持系統(tǒng)

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1、基于ECDIS的艦船避碰智能決策支持系統(tǒng)施平安施平安，男，1973年11月生，副教授，主要研究方向?yàn)橹悄軟Q策與艦船操縱何立居(1.海軍兵種指揮學(xué)院航行與操縱教研室廣東廣州5104312.廣州航海高等專(zhuān)科學(xué)校廣東廣州510725)摘要：ECDIS的出現(xiàn)和普及必將對(duì)艦船避碰智能化的實(shí)現(xiàn)途徑方面產(chǎn)生重大影響。本文嘗試對(duì)電子海圖對(duì)避碰智能決策系統(tǒng)研究方面可能帶來(lái)的新趨勢(shì)進(jìn)行一些探討，并提出基于ECDIS的艦船避碰智能決策支持系統(tǒng)的研究新思路。關(guān)鍵詞：ECDIS，艦船避碰，避碰專(zhuān)家系統(tǒng)，智能避碰決策支持系統(tǒng)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，人們嘗試用它來(lái)解決

2、艦船航行安全問(wèn)題。航行安全問(wèn)題一直是航海界面臨的急需解決的重大課題，據(jù)海外資料統(tǒng)計(jì)，每年失事的艦船約為200艘，總噸位數(shù)為120萬(wàn)噸，占世界船隊(duì)的0.4%左右，這相當(dāng)于每15天損失一艘5萬(wàn)噸級(jí)的艦船。除了一些人為因素以外，裝備艦船的綜合導(dǎo)航系統(tǒng)的精確控制程度也將成為艦船航行安全問(wèn)題的重要環(huán)節(jié)。自80年代以來(lái)在電子海圖開(kāi)發(fā)技術(shù)和避碰智能化技術(shù)研究方面取得了重大進(jìn)展，尤其是電子海圖的發(fā)展和逐步在艦船上的配備，其必將成為綜合導(dǎo)航系統(tǒng)的核心部分，必將對(duì)艦船航行和避碰智能化研究領(lǐng)域注入新的生命力。通常智能化避碰研究要涉及到用雷達(dá)和聲納對(duì)水上和水下危險(xiǎn)

3、目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)，判斷是否會(huì)發(fā)生碰撞、觸礁、擱淺等危及航行安全的情況，并提供相應(yīng)的避讓、避險(xiǎn)方案[1]。電子海圖的出現(xiàn)和普及，可以預(yù)見(jiàn)將對(duì)避碰智能化實(shí)現(xiàn)途徑方面產(chǎn)生影響。本文嘗試對(duì)電子海圖對(duì)避碰智能化研究方面可能帶來(lái)的新趨勢(shì)進(jìn)行一些探討，提出基于ECDIS的艦船避碰智能決策支持系統(tǒng)。一、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)隨著ECDIS的不斷發(fā)展和日臻完善，避碰決策所需的信息均可以以數(shù)字化形式存儲(chǔ)在ECDIS上，這些信息包括海圖信息（水深和地質(zhì)數(shù)據(jù)、航海危險(xiǎn)物數(shù)據(jù)、助航標(biāo)志數(shù)據(jù)等）、航行信息（本船的位置、航向、航速等）和雷達(dá)目標(biāo)信息（目標(biāo)的航向、航速、方位、距離、DC

4、PA和TCPA等）。因此，ECDIS可以作為信息決策所需的基礎(chǔ)平臺(tái)。智能決策支持系統(tǒng)（IDSS）是在決策支持系統(tǒng)（DSS）的基礎(chǔ)上集成人工智能專(zhuān)家系統(tǒng)（ES）而形成的[2]。決策支持系統(tǒng)包括（1）人機(jī)交互系統(tǒng)（由語(yǔ)言系統(tǒng)和問(wèn)題處理系統(tǒng)組成），（2）模型庫(kù)系統(tǒng)（由模型庫(kù)管理系統(tǒng)和模型庫(kù)組成），（3）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（由數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)組成）。專(zhuān)家系統(tǒng)主要由知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)三者組成。IDSS對(duì)DSS和ES的集成，充分發(fā)揮了專(zhuān)家系統(tǒng)以知識(shí)推理形式解決定性分析問(wèn)題的特點(diǎn)，又發(fā)揮了決策支持系統(tǒng)的模型計(jì)算為核心的解決定量分析問(wèn)題的特征，充分做

5、到定性分析和定量分析的有機(jī)結(jié)合，使得解決問(wèn)題的能力和范圍得到一個(gè)大的發(fā)展?；贓CDIS的智能避碰決策支持系統(tǒng)是避碰決策系統(tǒng)的高級(jí)形態(tài)，它是由避碰專(zhuān)家系統(tǒng)和避碰相關(guān)的模型庫(kù)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合而形成的一種智能決策系統(tǒng)。GPS、ARPA、羅經(jīng)、計(jì)程儀、聲納等設(shè)備提供的信息集成到ECDIS上，由ECDIS提供避碰決策所需的信息基礎(chǔ)，和避碰規(guī)則庫(kù)規(guī)則庫(kù)一起作為智能避碰決策支持系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)?；贓CDIS的艦船避碰智能決策支持系統(tǒng)包括組成專(zhuān)家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，以及決策支持系統(tǒng)的核心部件模型庫(kù)，其結(jié)構(gòu)如圖-1所示。GPS（本船位置信息）動(dòng)態(tài)數(shù)

6、據(jù)庫(kù)知識(shí)庫(kù)ECDISARPA（目標(biāo)信息）推理機(jī)構(gòu)羅經(jīng)、計(jì)程儀（航向、航速）模型庫(kù)聲納（探測(cè)水下危險(xiǎn)物）圖-1：基于ECDIS的智能避碰決策支持系統(tǒng)（ICADSS）結(jié)構(gòu)圖二、知識(shí)庫(kù)與知識(shí)表示該庫(kù)為避碰智能決策的信息基礎(chǔ)，包括由ECDIS自身提供的海圖信息數(shù)據(jù)庫(kù)、集成到ECDIS上的由GPS、ARPA、羅經(jīng)、計(jì)程儀、聲納等設(shè)備提供的本船和目標(biāo)信息庫(kù)，以及根據(jù)《1972年國(guó)際海上避碰規(guī)則》和避碰專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)整理而成的避碰規(guī)則庫(kù)。避碰規(guī)則庫(kù)主要包括：（1）安全DCPA規(guī)則庫(kù)，安全DCPA是保證艦船安全通過(guò)的最小距離。（2）避讓時(shí)機(jī)規(guī)則庫(kù)，避讓時(shí)機(jī)規(guī)則庫(kù)

7、是在系統(tǒng)判斷與目標(biāo)存在碰撞危險(xiǎn)情況下我船應(yīng)該采取行動(dòng)的時(shí)刻。（3）避讓方案庫(kù)，避讓方案是根據(jù)本船條件可供給駕駛?cè)藛T選用的所有避讓措施。（4）避讓行動(dòng)模擬搜索規(guī)則庫(kù)。（5）恢復(fù)原航向時(shí)機(jī)規(guī)則庫(kù)。海圖信息數(shù)據(jù)庫(kù)包括如下內(nèi)容：（1）水深和底質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)（2）航海危險(xiǎn)物特征值數(shù)據(jù)庫(kù)（3）助航標(biāo)志數(shù)據(jù)庫(kù)（4）潮汐、風(fēng)、流數(shù)據(jù)庫(kù)由于這些知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)多是因果型的判斷和邏輯性的經(jīng)驗(yàn)，因此我們選用產(chǎn)生式規(guī)則表示形式，這種表示方法既易于推廣，又便于實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)的產(chǎn)生式規(guī)則的一般形式為：（規(guī)則名CFIF前提THEN結(jié)論[擴(kuò)展部分]）含義是：如果前提成立，那么結(jié)論成立的

8、可信度是CF，這條規(guī)則的特性值見(jiàn)[擴(kuò)展部分]。三、模型庫(kù)系統(tǒng)將需要經(jīng)過(guò)計(jì)算作出判斷的規(guī)則用模型知識(shí)來(lái)表示，模型知識(shí)采用程序形式存入知識(shí)庫(kù)，對(duì)于模型庫(kù)的推理就是對(duì)該模型進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算