1、海船避碰專家系統領域知識的來源和決策流程初探1 引言海船避碰專家系統（仿人智能自動避碰控制系統） ，對于降低碰撞事故 具有重要的實用價值，也是實現完全自導的智能化船舶的重要組成部 分。近年來，國內外海運界學者對其進行了不少理論研究，但與實用 化尚有一定距離。專家系統的性能取決于知識庫的質量，而知識庫的 質量又取決于所獲取的領域知識的質量及可操作性。因此，明晰領域 知識的來源，對碰撞危險的判斷、決策過程予以量值化并明確其流程 是建構實用化的海船避碰專家系統的必要步驟。2 領域知識的來源海船避碰行動的過程為：觀察 判斷決策。 1972 年國際海上避 碰規則 1（以下簡稱海規 ）第五條 “了望”對觀

2、察作了規定： “每 一船舶應經常用視覺、聽覺以及適合當時環境和情況下一切有效的手 段保持正規的了望，以便對局面和碰撞危險作出充分的估計。 ” 觀察的項目至少應包括：航區水域、能見度、通航密度、本船操縱性 能、風浪流情況、航速、吃水和可用水深的關系，雷達等助航設備可 能的誤差、來船的距離、方位、航向及動態，等等 .通過觀察所收集的信息，與專家系統知識庫中的領域知識進行比較、推理，以確定碰撞危險程度、會遇局面的構成、本船的權利和義務、 應采取的避讓措施，并查核避讓行動的有效性及避讓結果，即為判斷 與決策過程。下面列出海船避碰專家系統領域知識的來源。2.11972 年國際海上避碰規則海規是協調海上船

3、舶避碰的技術指導和法律規范，其中可作為領域知識的內容有：伓員莧迷鶉蔚墓娑a *?寸避讓行動的規定；？對避讓信號的規定。這些規定，也是專家系統知識庫的建構的基礎和約束條 件，但在具體操作的量化上，尚需其他方面專家知識的補充。2.2 專家意見專家意見往往是良好的船藝和船員通常做法或當時特殊情況所可能要 求的戒備的總結歸納，或基于海規 、幾何關系，操縱特性等方面考 慮的數量推導，是海規在具體操作和量化方面的重要補充。比較 典型的專家意見有：A.N科克羅夫特和J.N.F拉梅杰合著的海上避碰 規則指南 2；藤井首創并由 Goodwin 拓廣至開闊水域的船舶領域(Vessel’sdoma

4、irj)、Davis 的動界(Arena) 3 ； Colley 的 RDRR 還有本文提及的我國學者的意見。2.3駕駛員實踐經驗大連海運學院船藝教研室1985年通過向我國海員散發 海上避碰實況 調查表”獲得了 202次避碰實況數據3，吳兆麟和王逢辰通過統計獲取 的互見中能見度不良時，讓路船采取避碰行動的四個特征量：伈扇”芘魴卸 繃醬 嗬隓；？采取避碰行動時，目標船會遇最近距離 DCPA ? 轉向避碰行動的幅度AC； ?兩船實際通過距離D。2.4自動避碰數學模型任茂東、錢玉林、楊鹽生、周顯著、趙勁松等在中國航海 、大連 海運學院學報發表了各自的研究結果，即自動避碰數學模型的研討 及海上避碰規則

5、指南。3磁撞危險的判斷及避讓時機為了避免碰撞的發生，藤井建立了單一通航道中的船舶領域模型，該模型為對稱于被保護船的一個橢圓。Goodwin將此理論的應用范圍拓延至開闊水域，并將模型改建為依左、右舷燈及尾燈照射范圍區分的三個扇區，考慮到海規對避讓責任的規定，三個扇區的外邊界與 本船的距離有所不同，比如，在 Goodwin 建立的北海南部船舶領域模 型中，它們的取值分別為 0.7海里、 0.8 海里和 0.45海里。實質上，船舶領域是該船周圍的有效水域。該船駕駛員將他船保持在 該區域之外，是船舶保持航行安全所需水域。船舶領域可看作在避讓 時，保證兩船安全駛過的最小距離在船舶 360 度方位上的分布

6、。船舶 領域邊界與該船的距離隨方位變化，其尺度約為船長的數倍。船舶領域是駕駛員為了避免碰撞而希望保持的有效區域，但碰撞危險 存在的范圍遠大于該領域。為了避免船舶領域被其他物標侵入，必須 在更遠的距離上提前采取避讓行動，這一距離稱為動界。 Davis 等人在 調查統計的基礎上提出了動界模型， 該模型是一個半徑為 2.7 海里的圓 將假想的船置于動界圓心使真船向左下方偏離，真船與假船（圓心） 距離為 1.7海里，方向從假想船船首向順時針方向起算 199 度處。同樣考慮保持船舶領域不受其他物標侵入，但不從距離而是從時間因 素出發，Colley提出了 RDRR模型。RDRR指目標沿相對運動線距本船 領

7、域邊界的距離與其接近速度之比，單位為分鐘。RDRF實質為如會遇兩船保向保速，則他船到達本船船舶領域邊界所需時間。在開闊水域 且互見的情況下，一些學者推薦碰撞危險存在的 RDRR為20分鐘。此外，國內外學者還進行了采用模糊集合或可拓集合論確定海船碰撞 危險及避讓相對開始距離或時刻的探討，但迄今尚未達到成熟實用的 程度。以上專家依據可供知識庫建構時判斷碰撞危險及避讓時機的參考。當前航海實踐中，對碰撞危險的判斷，通常是根據DCPA和TCPA是否小于置定的期望值 ,若小于期望則認為有碰撞危險。考慮到現階段大多 數海船的航行速度，為簡化避讓模型，可以考慮將時間因素轉化合并 為距離因素。王逢辰根據海規條文

8、，特別是號燈可見距離的規定，提出了互見 中兩船以不變的羅經方位相互駛近時，按所處的相對位置和允許的或 規定的行動，將船舶會遇分成四個階段。 4。3.1 自由行動階段在遠距離， 碰撞危險存在之前， 兩船可以自由采取行動。 兩船距離以 6 海里為界。3.2 致有構成碰撞危險階段當兩船接近到有碰撞可能性時開始， 海規規定讓路船應及早采取大 幅度行動，以便兩船能在安全距離上駛過， 直航船此時必須保向保速。 兩船距離，一般可以在 3 到 6 海里左右。3.3 緊迫局面階段當兩船接近到單憑讓路船的行動已經不能達到在安全距離上駛過時， 緊迫局面已經形成。這一階段兩船距離一般可以認為從小于 3 海里開 始到

9、1 海里左右。3.4 緊迫危險階段由于接近中的兩船，在開始形成緊迫局面以后，沒有及時按海規 采取行動以避免緊迫局面，而導致碰撞即將發生，即出現緊迫危險。 這時雙方都應采取最有效避免碰撞的行動，包括背離規則的規定，以 達到避免碰撞或減輕碰撞損失。 此時兩船距離大約是本船船長的幾倍。筆者認為，王逢辰的這個劃分是比較合理的，經比較和分析，第(2)階段和第 (4)階段分別與動界和船舶領域相對應，因此，如采用動界和船舶領域的數量模型對各階段開始時不同方位上兩船距離進行細化，可 作為知識庫中碰撞危險及避讓時機（距離）判斷的領域知識。4 局面的構成及避讓決策流程海規對船舶在互見中的行動規則和船舶在能見度不良

10、時的行動規 則分別作了規定。因此，應根據觀察信息對能見度狀況作出判斷。 海 規第三條對能見度不良作了定義， 但無量化的規定。 根據海上習慣， 當能見度小于 5海里時，即應備車航行； 當能見度 2海里時，應按海 規第三十五條的規定鳴放霧號。實際執行中，即使有輕霧，兩船可 能在大于 2 海里的距離上互見，此時應執行互見中的行動規則。4.1 能見度不良時的避讓行動雷達是能見度不良時的主要助航設備，當應用雷達避碰時，對于一般船舶推薦選用12海里距離標尺。一般認為（128）海里為判定碰撞危險 階段；（86）海里為避讓行動階段；（64）海里為查核階段；4海里以 內為即將形成緊迫局面階段。一般認為，能見度不良時會讓安全標準 是DCPA不少于2海里。能見度不良時的避讓措施包括減速和轉向。 海規第十九條 5 款規定：除已斷定不存在碰撞危險外，每一船舶當聽到他船的霧號顯似在本船 正橫以前，或者與正橫以前的他船不能避免緊迫局面時，應將航速減 到能維持其航向的最小速度。必要時，應把船安全停住 ，？?"科克羅夫特2認為，在需要轉向避讓時，為使他船用雷達容易觀察到， 轉向幅度至少應達到30度，若航速不變，最好在 60度以上。有關規 則1規定：轉向時應盡可能避免：伋員蛔吩醬 猓 哉 崆暗拇安扇/蜃笞 潁*?對正橫或正橫后的船舶采取朝著它轉向。科克羅特還推薦，當