CBR/VTS融合系统及其应用

蔡新梅

(渤海船舶职业学院，辽宁 葫芦岛125005)

近年来海运业快速发展，船舶数量急剧增加，海上事故如:船舶碰撞、搁浅、船舶火灾、危险货物运输污染等时有发生。对于船员而言如何能在危险事故发生后的最短时间内确定最佳处理方法，借助VTS系统处置有一定局限性。为此结合VTS系统与CBR系统的各自特点，将两个系统融合为一个整体结构，以期为船员提供海上全方位应急帮助。

VTS称作船舶交通服务系统，它与陆地上的交通管理相似，由海事部门对船舶船员的VTS系统实施交通管制并提供咨询信息服务，实现数据信息共享，以便船员更加准确地掌握航行态势。但缺陷是不能及时给出完备的海上事故处理方案，不能为船员提供紧急时刻处置事故的方案。

CBR系统核心思想是用人们以往的经验和知识进行结构化存储形成案例库，通过访问案例库中过去相似案例的方案从而得到解决当前问题的一种推理模式［2］。它具有获取知识方便、容易理解，非常适合于海上遇险时采取紧急措施时的借鉴，但没有获取目标数据信息的功能，需要人机交互输入海上遭遇情况及船舶信息，才能得到问题的求解方案。

由此可见，两者应用在海上安全航行中各有优势，也各有短板，可以相互补充。如果能将VTS系统与CBR系统有效融合在一起，以完备的方式提供安全信息数据和处置方案，使VTS系统对提高航行安全的作用得以完全发挥。而且融合后的CBR/VTS系统能够提高船员的专业技术素质，通过信息知识的获取进行专业技能储备，使船员逐渐在复杂险情中提高处置能力。另外，面对恶劣的气象海况条件，依靠CBR/VTS融合系统的完备性，能够按照给出的信息数据和具体实施方案，可以提高船员遭遇海上突发事件的心理承受能力。

1 CBR/VTS融合系统结构

从CBR/VTS融合系统应用的角度出发，典型的工作过程可归结为3个主要阶段循环进行。

1.1 CBR/VTS融合系统的案例检索

当船舶航行遇险时，VTS系统中的VHF系统、AIS系统、CCTV系统以及雷达向CBR系统传输信息数据，通告自己船舶及相应的船只的航行态势情况，AIS子系统作为获取船舶数据的重要组成部分，可以周期性地发射和接收船舶的静态信息(如船号、船只国籍、船舶名称等)、动态信息(如船舶位置、对地航速、航行状态等)以及与航行相关的信息，并可对船舶进行自动识别［3］。VTS具体获得的数据信息见表1，通过VTS系统输进CBR系统一些关键的目标数据，结合CBR系统人机操作输入的当前遇险案例，对船舶当前遭遇事件进行全面案例分析，再经过索引找出的相应案例进行属性的匹配。

案例检索过程关键进行相似度计算，计算出目标遇险案例各属性与案例库中存储的案例各属性的相似度，把各相似案例按相似度大小排序，确定与目标案例相似度最大的检索案例为最佳相似案例。目前比较成熟的案例检索方法主要包括:最邻近算法、知识引导法、模糊检索法、归纳推理法等。这些推理算法都适用于处置航行遇险态势下案例集推理检索。

表1 船舶航行数据信息

1.2 CBR/VTS融合系统的方案修正

方案修正就是从案例库中找到新问题的求解方案结果不满意时，需要对其进行修正。如果输入的目标案例与给出的相似案例完全匹配，相似案例的解决方案可作为目标案例遇险态势解决方案依据;如果两者不完全匹配，相似案例的解决方案可作为输入的目标案例参考方案，通过专用修正方法对参考方案进行适当修正，解决两者之间的显著差别，修正方法一定要使用基于这些差别规则或公式，使两者之间的差别转变为对寻找到的解决方案修正［4］。

1.3 CBR/VTS融合系统的案例保存

如果目标案例的解决方案得到了验证，则形成了一个有效解决方案，可以用于解决将来情形与之相似问题，这时要把它加入到案例库中，这是为日后学习和方便知识获取。在决定对选取案例的那些信息进行保存时一般考虑目标特征描述、案例求解结果、案例求解的成败原因解释，使案例库信息更加完备［5］。随着案例库的增多，系统“经验”会更加丰富。但如果船舶态势案例(目标案例)和从案例库中搜索出来的旧案例在相似度阈值范围内(匹配度高)，系统会丢失不进行存储，这样避免了案例库案例条数盲目膨胀引起的检索效率降低的问题［6］。CBR/VTS融合系统结构见图1。

图1 CBR/VTS融合系统结构

2 CBR/VTS融合系统应用

2.1 处置船舶火险

当船舶遇险涉及机舱火灾事故，要根据火情采取合理的扑救方式。由于船舶等级、种类、结构、动火修理工艺、部位各不相同，采用的防火措施和要求也不尽相同。如果救急火灾之前参考冗多繁杂的火灾案例记录，并不一定能及时有效地给出相应的排除险情经验，也不利于施救人员参考。如果应用CBR/VTS融合系统从中得到船舶基本信息、航行态势信息和火灾状况信息等，输进CBR系统能够迅速有效地查找到以前的相关火灾事故排除案例，至少也能将火灾控制在一定范围内，迅速地制止火势蔓延。

2.2 处置船舶避碰

现代航海瞭望应综合考虑“人、机、环境、管理”要素，对海上情况做出正确判断，使合理方案能够避免操作失误失去航行局面控制能力。目前，航行避碰设备有船舶自动识别系统(AIS)、全球定位导航系统(GPS)、电子海图系统(ECDIS)、自动雷达标绘仪(ARPA)等，这些系统与VTS系统相似，用于识别、跟踪、监视他船，提供船舶间信息数据没有问题，但不能提供完备避碰方案。当船舶陷入碰撞危险采用CBR/VTS融合系统，通过输进目标船舶的相对位置关系、两船航行间运行态势、海域状况等，及时给“危险”的船舶完备的“提醒”案例。使船舶能够及时采取避让紧急措施，避免碰撞损失发生。

3 结论

海员职业流动性大，也使得航行经验丰富的好手流失严重，难有效地进行年轻船员的“传帮带”工作。利用CBR/VTS融合系统能够快速使船员积累丰富的航海经验，这些处置险情案例库与船员丰富经验相似，都成为一笔无形的财富。CBR系统和VTS系统发挥各自优势是保证船舶航行安全科学化的可行手段，能够给船舶运营安全带来很大保障。

［1］王 晓，庄亚明.基于案例推理的非常规突发事件资源需求预测［J］.西安电子科技大学学报，2010，20(4):22-26.

［2］汪 淼，周国祥.CBR技术在车险公估系统上的应用［J］.计算机系统应用，2011，20(8):146-150.

［3］蔡新梅.电子海图信息系统(ECDIS)在船舶航行中的应用［J］.船电技术，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设风险评价研究［J］.港工技术，2011，48(5):33-35.

［5］宋 凯，苏 杭，周 静，等.基于CBR的车牌识别技术的研究［J］.沈阳理工大学学报，2010，29(6):1-4.

［6］王晓东.基于案例推理的智能照明节能方案研究［J］.生态与智能建筑，2009(6):48-50.