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王卫曹从咏何笑
（南京理工大学南京21 0094）
摘 要：在介绍了CBR的基本原理的基础上,将CBR技术引入到水路危险货物运输事故应急救援决策系统设计中.建立了水路货物运输事故应急救援决策系统模型,探讨了应急救援方案案例的表达、索引、推理和修改机制,构建了水路危险货物运输事故案例的总框架.采用两级检索策略和最近邻算法确定事故案例全局相似度,并以实例对系统进行了验证.
关键词：水路运输；危险货物；应急决策；案例推理
1.引言
水路危险品品种繁多,性质复杂,并且具有易燃、易爆、毒害等高度危险的特点,一旦发生运输事故将会造成重大的人员伤亡和经济损失.近年来,对于水路危险货物运输突发事件的及时应对和高效处置越来越受到人们的重视.如何依靠智能化的工具和方法来辅助处于一定的时间和心理压力之下的应急决策者进行高效的应急决策已经成为人们日益关注并且迫切希望得到解决的问题.本文将探讨CBR技术在水路危险品运输事故应急决策系统中的应用.
2.CBR基本原理
案例推理（Case-Based Reasoning．简称CBR）是一种新兴的推理方法,它是一种模仿人类推理和思考过程的方法论,它来源于人的认知心理活动：人们在面临一个新问题时,往往会把以前使用过的与该问题类似的案例联系起来,运用过去解决该事例的经验和方法来解决当前问题.CBR解决问题的主要过程是：当遇到一个新问题时,系统根据关键的特征在已有的案例库中进行检索,找出一个与待求问题相似的候选案例,然后重用此候选案例.如果对此候选案例的解决方法不满意,可以对它进行修改调整以适应待求问题,最后把修正过的实例作为一个新的实例保存在库里面,其主要流程如图1所示.
由CBR的工作流程可以看出CBR的关键技术主要有4个：案例的表示和组织、案例检索、匹配算法以及案例的调整与存储.案例的组织和表示：对案例进行合理的组织和表示,构建案例库.实例检索：当问题提出时,运用合理的索引方法、搜索策略以及匹配算法从实例库中搜索出最佳匹配案例.匹配算法,比较与案例的相似程度,配合搜索策略检索最相似的案例.案例的调整与存储：在检索到相似案例后根据具体情况进行局部调整,并且在新问题得到解决之后将结果作为案例添加到案例库,以备以后检索之用.
3.基于CBR的水路危险品运输事故应急决策方法
3.1水路运输事故应急决策系统模型
基于CBR的水路运输事故应急决策系统模型结构主要由事故案例库、综合数据库、CBR推理机和人机交互界面组成.各模块直接关系如图2表示.
3.2水路运输危险事故案例表示
案例表示方法的选择是构建基于CBR的系统的重要部分,CBR中主要的知识表示方法有：一阶谓词表示法、产生式规则、框架法、语义网络法、脚本法、过程表示法、petri网法、面向对象表示法.
框架是一种表示定型状态的数据结果.它的顶层是框架名,用以指称某个概念、对象或事件,其下层由若干个称为槽的结构组成,每个槽又由槽和槽值两部分组成,对于一个较复杂的框架,槽还可以分为若干个侧面,每个侧面由侧面名和侧面值组成.槽值或侧面值可以是数值、字符串、布尔值,也可以是一个在满足某个给定条件时要执行的动作或过程,还可以是另一个框架的名字,从而实现框架间的调用.框架法和其他方法相比有如下优点：
(1)善于表达结构性知识,并进而对细节补充修改,适用于表示固定的、典型的概念、事件和行为.
(2)具有可继承性,减少了知识的冗余,较好地保持了知识的一致性.
(3)能够建立复杂知识的框架网络,体现了人们在观察事物时的思维活动
针对于水路运输事故案例的特点,系统采用框架法的表达形式构建了水路危险货物运输事故案例总框架、危险货物特性子框架、出事船舶子框架和事故环境子框架.以水路危险货物运输事故案例总框架为例：一个水路危险货物运输事故案例应该包括的主要内容有：事故名称、事故的发生时间、地点、事故类型、危险货物信息、船舶信息、事故环境状况、事故伤亡、事故经济损失、事故等级等事故基础数据,框架图如表1所示.
3.3案例的索引
在CBR系统中,案例的检索算法的优劣极大的影响着案例推理机的效率,合理的检索算法可以迅速、精确的找到相似案例.在基于CBR的水路危险货物运输应急决策系统中,针对于水路危险货物运输事故案例中的各种属性及属性值类型的不同,采用基于距离的相似度算法和模糊函数隶属度算法进行属性相似度计算,采用层次分析法和粗集理论确定属性权重,以事故案例的子框架相似度计算结果为依据,采用两级检索策略和最近邻算法确定事故案例的全局相似度.根据案例表示与组织的形式,采用带索引的最近邻法做为案例检索策略,包括初级检索和高级检索.首先通过案例索引对案例库进行初步检索,运用结构化查询语言SQL中的SELECT语句进行查询操作,将满足初步检索条件的相应案例查找出来,组成案例子集；然后运用最近邻策略做进一步检索.
3.4推理机制
决策人员在制定救援方案时通常依据以前的经验和实例来制定当前事故的处理方案,基于案例的方法即建立在对这种过程模仿的基础之上.其基本思想在于：在制定同类事故或稍有变化的事故处理方案时,应用已有的处理事故的经验和知识进行推理决策,并不是一切都从头开始.在危险品以及事故类型确定后,运用基于案例推理的方法从已经建立案例库中找出最接近的实例,作为制定方案的参考.然后根据不同情况调用案例修正模块进行局部修改,以得到新的处理决策方案.其推理机的推理模型如图3所示
3.5方案的调整和修改
虽然水路危险货物运输事故可能有着较高的相似程度,但是它们在事故环境,载货量等方面可能有一定的不同,因此在借鉴最相似的案例救援基础上,还需要对其中相关的部分进行适当的调整和修改,以使得救援方案适合当前的事故情况.案例的调整与修改是当前CBR方法中一个最困难的问题,没有一个通用的方法可以对案例进行调整和修改.因此本文仅对事故案例救援方案的调整方法和原则进行初步探讨.本系统在方案的调整与修正阶段主要从危险货物特性、出事船舶状况、事故环境状况等方面进行.对危险货物特性而言,应急决策系统主要从消防灭火方式、残油收集选用的器材、救援人员的防护等等方面来调整.在出事船舶中主要从救援设备、救援人员的数量进行调整,根据当前的事故调用适当的救援设备,派遣足够的救援人员.事故环境则根据当前事故环境状况,对救援设备的选择做适当的调整,从而使得救援设备在当前环境下发挥作用.
4.系统运行
在基于CBR的水路危险货物运输事故应急决策系统中最重要的就是相似案例的选择,案例的调整,系统工作流程如图4所示：
本文以VB6.0为开发语言,SQL2000为数据库结构形式,ADO为数据库访问技术设计了基于CBR的水路危险货物运输应急救援决策系统.下面是系统运行的一个实例：假设应急中心得到事故报警电话,得到信息如下 当日凌晨3时左右, “苜顺油10”油轮装载1405吨在长江龙口水道发生碰撞事故导致柴油外泄,船舶破损严重,部分丧失航行能力,现场浓雾,能见度约50米,船上船员7人请求救援.此时用户根据录入界面(图5)的提示输入相关事故信息,然后调整权重,进入CBR推理阶段,经过两级搜索后,得出的结果如图6所示,我们发现“兴航油998-柴油一触损泄漏事故”和当前事故最相似.选中当前案例就可查看案例的详细信息,然后根据实际情况进行局部调整,则可以制定本次事故处理的方案.
5.结论
本文探讨了CBR方法在水路运输事故应急决策的应用,并在此基础上开发了基于CBR的水路危险品运输应急事故应急决策系统.本系统可以辅助应急决策人员快速的做出有针对的应急救援决策方案,在第一时间反馈给监管人员和相关施救人员进行正确有效的处理,提高救援效率,减轻水路危化品运输事故造成的伤害,保障人民生命和国家财产的安全.本文的工作为下一步开发更加成熟的水路危险货物运输事故应急救援系统奠定了基础.
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