一種用于船舶避碰的智能檢索裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及船舶避碰檢索領(lǐng)域，具體涉及一種用于船舶避碰的智能檢索裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶避碰是航?？茖W(xué)技術(shù)的重點(diǎn)研究領(lǐng)域之一，自世紀(jì)年代起隨著人工智能和信息技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外航海界的學(xué)者和專家開(kāi)始了船舶避碰專家系統(tǒng)的研究，并取得了初步的成果，在研究避碰專家系統(tǒng)的同時(shí)，避碰知識(shí)庫(kù)作為其中的重要模塊也受到高度的重視。
[0003]案例推理技術(shù)的避碰知識(shí)庫(kù)，作為解決避碰知識(shí)獲取和推理問(wèn)題的有效途徑，可以充分利用海上船舶成功避碰的實(shí)例或?qū)W習(xí)船舶碰撞事故的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)海上避碰案例的有效利用。分析船舶在海上面臨碰撞危險(xiǎn)時(shí)的避碰決策問(wèn)題，為船舶駕駛?cè)藛T采取正確、有效的避碰措施提供輔助支持。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了彌補(bǔ)上述技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種用于船舶避碰的智能檢索裝置。本發(fā)明特征是通過(guò)訪問(wèn)知識(shí)庫(kù)中過(guò)去同類問(wèn)題的求解方法，從而獲得當(dāng)前問(wèn)題求解的一種推理模式。針對(duì)船舶避碰案例結(jié)構(gòu)和案例推理方法的特點(diǎn)，建立避碰案例庫(kù)能夠準(zhǔn)確地從庫(kù)中檢索出與當(dāng)前會(huì)遇局面相似的避碰案例，可以有效地輔助船舶駕駛?cè)藛T進(jìn)行避碰決策。
[0005]本發(fā)明以Java語(yǔ)言為開(kāi)發(fā)工具，以MSSQL Server2000為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了的避碰案例庫(kù)管理原型。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了避碰案例的獲取檢索維護(hù)等功能，對(duì)于給定的船舶會(huì)遇局面，系統(tǒng)能夠綜合分析案例庫(kù)中的避碰案例進(jìn)行判斷和推理，從案例庫(kù)找出和當(dāng)前會(huì)遇局面最匹配的避碰案例，并給出較為合理的避碰方案，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)避碰決策的輔助支持。
[0006]本發(fā)明是基于經(jīng)驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行推理的人工智能技術(shù)。它通過(guò)訪問(wèn)案例庫(kù)中源案例的求解而獲得當(dāng)前問(wèn)題的解決方法。而這一特點(diǎn)正符合船舶避碰時(shí)駕駛?cè)藛T的習(xí)慣做法，根據(jù)避碰案例結(jié)構(gòu)和CBR的特點(diǎn)，深入研究了避碰知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的知識(shí)獲取檢索冗余檢查等問(wèn)題，提出了建立避碰知識(shí)庫(kù)思路，并開(kāi)發(fā)了避碰知識(shí)庫(kù)管理原型系統(tǒng)，為今后船舶自動(dòng)避碰提供了有效的借鑒。
[0007]案例推理是人工智能領(lǐng)域一項(xiàng)重要的類比思維推理方法。它將歷史的案例知識(shí)或信息用于新問(wèn)題的求解，是由目標(biāo)問(wèn)題的提示獲取源案例來(lái)指導(dǎo)問(wèn)題求解的一種策略。其推理過(guò)程具有人類經(jīng)驗(yàn)推理的一些特征，其基本過(guò)程是當(dāng)遇到新問(wèn)題時(shí)，根據(jù)目標(biāo)問(wèn)題關(guān)鍵特性在源案例庫(kù)中進(jìn)行檢索，找出與目標(biāo)問(wèn)題最相近的候選源案例重用此候選案例。如果對(duì)此候選案例的
解決方法不滿意，可以對(duì)它進(jìn)行修改以適應(yīng)目標(biāo)問(wèn)題。最后把修改過(guò)的案例作為新的案例保存在案例庫(kù)中，以便下次遇到類似的問(wèn)題時(shí)作為參考。
[0008]以案例作為知識(shí)元，知識(shí)獲取和表示自然直接，并且具有自學(xué)習(xí)功能，無(wú)需顯式的領(lǐng)域知識(shí)模型，避免了知識(shí)獲取瓶頸而且系統(tǒng)開(kāi)放易于維護(hù)，推理速度較快。
[0009]一個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)表示檢索冗余檢查推理的完整的系統(tǒng)，選擇方法構(gòu)建避碰知識(shí)庫(kù)主要依據(jù)有以下幾點(diǎn):不需要一個(gè)確定的領(lǐng)域模型；知識(shí)獲取就是歷史案例的收集過(guò)程，而船舶在海上航行過(guò)程有很多成功的避碰案例可供參考。并且一些船舶碰撞事故，經(jīng)專家修正后也可以作為避碰案例庫(kù)案例的來(lái)源。避碰案例提取的數(shù)據(jù)主要有船舶參數(shù)、環(huán)境參數(shù)和船舶避讓措施，這些參數(shù)很容易用裝置中的知識(shí)表示方法表示出來(lái)。
[0010]避碰案例的推理是根據(jù)船舶參數(shù)和環(huán)境參數(shù)的匹配情況，尋求合適的避碰措施與裝置中框架的推理過(guò)程相似的避碰知識(shí)庫(kù)設(shè)計(jì)，關(guān)鍵技術(shù)避碰案例的獲取在構(gòu)建避碰案例知識(shí)庫(kù)時(shí)，案例的獲取途徑有兩種:⑴海上船舶碰撞事故的反例⑵通過(guò)船舶航行數(shù)據(jù)記錄儀回放提取的避碰案例。一般說(shuō)來(lái)船舶碰撞事故大多是船舶駕駛?cè)藛T沒(méi)有嚴(yán)格遵守“1972年國(guó)際海上避碰規(guī)則”或沒(méi)有運(yùn)用良好的船藝避碰造成的，因此可以通過(guò)分析碰撞案例對(duì)海員錯(cuò)誤的操船方法加以修正，把修正后的碰撞案例作為避碰案例，為其它船舶在類似環(huán)境和條件下的避碰提供參考意見(jiàn)。專門(mén)用于實(shí)時(shí)記錄船舶航行數(shù)據(jù)。通過(guò)VDR的回放再現(xiàn)船舶的航行過(guò)程，也可從中提取船舶避讓它船的正確操船方法，作為避碰案例。
[0011]一、避碰案例的表示
船舶駕駛?cè)藛T在采取避碰行動(dòng)時(shí)通常做法是:首先觀察分析本船與附近其他船舶的會(huì)遇態(tài)勢(shì)，了解船舶附近的通航環(huán)境，在采取避碰行動(dòng)之前，根據(jù)當(dāng)時(shí)的情況從記憶中尋找與當(dāng)前會(huì)遇局面相似的避碰案例并結(jié)合“1972年國(guó)際海上避碰規(guī)則”和海員通常做法，對(duì)記憶中的案例進(jìn)行適當(dāng)修正，作為當(dāng)前的避碰方案。
[0012]根據(jù)船舶駕駛?cè)藛T這種通常的避碰思維活動(dòng)，在構(gòu)建避碰知識(shí)庫(kù)時(shí)，采用框架的表示方法來(lái)表示避碰案例知識(shí)。
[0013]1、框架表示法是一種適應(yīng)性強(qiáng)、概括性高、結(jié)構(gòu)化良好、推理方式靈活的知識(shí)表示方法。
[0014]框架是知識(shí)表示的基本單位由若干個(gè)稱為槽的結(jié)構(gòu)組成，用于描述對(duì)象某一方面的屬性。每個(gè)槽由數(shù)個(gè)側(cè)面組成，用于描述相應(yīng)屬性的一個(gè)方面。不同框架之間通過(guò)槽之間關(guān)系建立聯(lián)
系，構(gòu)成框架網(wǎng)絡(luò)用來(lái)表示對(duì)象間的各種關(guān)系。
[0015]采用框架表示避碰案例時(shí)，框架是用來(lái)描述船舶間會(huì)遇局面的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，槽表示避碰案例的屬性并根據(jù)屬性重要程度，賦予相應(yīng)的權(quán)值。側(cè)面用來(lái)對(duì)避碰案例的屬性進(jìn)行描述，船舶間避碰與人船環(huán)境管理等各個(gè)方面有關(guān)，涉及到眾多因素。因而很難面面俱到地對(duì)避碰案例進(jìn)行描述，只能選取影響避碰決策的關(guān)鍵屬性，作為框架表示的槽和側(cè)面，包括本船和目標(biāo)船主要運(yùn)動(dòng)參數(shù)，以及影響到避碰的主要環(huán)境參數(shù)，其它一些次要因素不作考慮。
[0016]案例各個(gè)屬性在描述避碰案例中所起的作用是不同的，因此在屬性確定后需要對(duì)每個(gè)屬性賦予合理的權(quán)重，以便在檢索避碰案例時(shí)，讓關(guān)鍵的屬性對(duì)檢索結(jié)果影響較大，次要的屬性對(duì)檢索結(jié)果影響。
[0017]2、層次分析法:
將定量和定性相結(jié)合的一種層次權(quán)重決策分析方法，適合于對(duì)決策結(jié)果難于直接準(zhǔn)確計(jì)量的場(chǎng)合，是解決屬性權(quán)重的有效方法。大體可分為個(gè)計(jì)算步驟:
⑴建立屬性的遞階層次結(jié)構(gòu) ⑵構(gòu)造判斷矩陣
⑶由判斷矩陣計(jì)算屬性的相對(duì)權(quán)重 ⑷一致性檢驗(yàn)
(5)計(jì)算各層次元素的組合權(quán)重
為確定案例各屬性的權(quán)重，可采用問(wèn)卷法獲得。
[0018]二、避碰案例的檢索:
避碰案例的檢索就是從案例庫(kù)中找到與目標(biāo)問(wèn)題最相近的案例，由于采用框架表示的避碰案例是通過(guò)總結(jié)、分析碰撞案例或從VDR中提取的避碰案例，一般說(shuō)來(lái)不會(huì)與其它的避碰一致，因?yàn)橥耆恢碌谋芘霭咐遣淮嬖诘?。所以避碰案例的檢索是從案例庫(kù)中，找到滿足一定要求的與目標(biāo)問(wèn)題近似匹配的案例而不是精確匹配的案例。
[0019]案例檢索的方法較多，經(jīng)典的的案例檢索方法有:最鄰近檢索法、歸納索引法和知識(shí)引導(dǎo)法種。⑴最鄰近法該方法的主要特點(diǎn)是:能找到相似度高的案例，準(zhǔn)確率較高，但隨著案例庫(kù)中案例數(shù)量的增多，檢索的時(shí)間復(fù)雜度會(huì)線性增長(zhǎng)，所以該算法適用于小型案例庫(kù)的案例檢索。⑵歸納檢索法其主要思想是:從案例的屬性中抽取出最能將該案例與其它案例區(qū)分開(kāi)的屬性，并根據(jù)這些屬性將案例組織成I個(gè)層次結(jié)構(gòu)，檢索時(shí)采用判別樹(shù)搜索策略。⑶知識(shí)引導(dǎo)法利用現(xiàn)有案例庫(kù)中相關(guān)案例的元知識(shí)來(lái)確定每個(gè)案例哪些屬性是重要的，并據(jù)此進(jìn)行案例的組織和檢索避碰案例的檢索。
[0020]當(dāng)規(guī)模比較小時(shí)，采用最鄰近算法比較合適。首先計(jì)算目標(biāo)問(wèn)題和源案例相對(duì)應(yīng)的屬性之間的相似度，再根據(jù)屬性的權(quán)值計(jì)算目標(biāo)問(wèn)題和各個(gè)源案例的相似度。
[0021]此外，為使檢索到的源案例，對(duì)目標(biāo)問(wèn)題的避碰有較好的參考和指導(dǎo)意義，必須保證源案例和目標(biāo)問(wèn)題所描述的情況盡可能相似，因此需要設(shè)置I個(gè)閾值，當(dāng)目標(biāo)問(wèn)題與源案例的相似度小于預(yù)先設(shè)置的閾值時(shí)，就認(rèn)為不匹配。
[0022]三、案例庫(kù)冗余檢查:
案例庫(kù)中隨著案例的增加有可能出現(xiàn)相似度高的案例造成案例庫(kù)的冗余，影響到案例的檢索和使用效率，必須要防止這種情況的發(fā)生，同時(shí)也有可能存在案例的問(wèn)題描述相似而避碰方案不一致的情況，造成案例的不一致降低了案例庫(kù)解決問(wèn)題的能力。因此在構(gòu)建案例庫(kù)和輸入新的案例時(shí)需要進(jìn)行案例的冗余檢查。檢查方法是利用案例的相似性判斷來(lái)實(shí)現(xiàn)?；舅枷霝樵谛掳咐妮斎霑r(shí)與庫(kù)中已有案例比較，如果輸入案例和庫(kù)中某個(gè)案例的相似度超過(guò)設(shè)定閾值就可以認(rèn)為兩案例等價(jià)，這種方法比較簡(jiǎn)單效果也較理想。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于船舶避碰的智能檢索裝置，其特征是通過(guò)訪問(wèn)知識(shí)庫(kù)中過(guò)去同類問(wèn)題的求解方法，從而獲得當(dāng)前問(wèn)題求解的一種推理模式。2.本發(fā)明以Java語(yǔ)言為開(kāi)發(fā)工具，以MSSQLServerfOOO為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了的避碰案例庫(kù)管理原型。3.裝置所含運(yùn)算步驟包括:⑴避碰案例的表示:框架表示法和層次分析法；?避碰案例的檢索；⑶案例庫(kù)冗余檢查。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于船舶避碰的智能檢索裝置。本發(fā)明特征是通過(guò)訪問(wèn)知識(shí)庫(kù)中過(guò)去同類問(wèn)題的求解方法，從而獲得當(dāng)前問(wèn)題求解的一種推理模式。針對(duì)船舶避碰案例結(jié)構(gòu)和案例推理方法的特點(diǎn)，建立避碰案例庫(kù)能夠準(zhǔn)確地從庫(kù)中檢索出與當(dāng)前會(huì)遇局面相似的避碰案例，可以有效地輔助船舶駕駛?cè)藛T進(jìn)行避碰決策。
【IPC分類】G06F17/30
【公開(kāi)號(hào)】CN105574017
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410540781
【發(fā)明人】劉鑫
【申請(qǐng)人】威海拓達(dá)高科船舶科技有限公司
【公開(kāi)日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2014年10月14日