多源信息融合技术在水上交通安全预警中的应用研究.doc

多源信息融合技术在水上交通安全预警中的应用研究 万兴岳王喆董兴利陈卓欧 （天津海事局天津） 摘要：水路运输对于促进我国国民经济和区域经济社会发展具有重要的支撑作用，同时水路运输系统的安全备受关注，通过从事故统计、事故致因分析和系统安全工程理论等多方面的研究。目前长江已经形成了个预警因子个预警等级的单因素预警系统。随着多源信息融合技术的发展，将多源信息融合技术引入到船舶通航风险预警中将突破传统单个风险因子预警系统的不足，介绍了预警系统信息采集、预警系统框架和多源信息融合方法，并以不同风流条件下的船舶尺度进行了预警。该预警系统能够很好的实现船舶尺度的预警，为船舶安全过桥提供参考。 关键词：多源信息融合，预警系统，水上交通安全 ：U624.7：51434 水路运输作为我国交通运输的重要形式，具有运能大、通用性强、运费成本低等特点，承担了我国大部分的外贸货物运输量，为经济社会发展提供了坚实的运输保障。 为保障船舶航行安全，国内外不少学者通过建立船舶事故数据库分析事故原因，从而建立相应的风险控制措施。为此，在事故原因的基础上，有学者试图通过建立水上交通安全预警模型来提前预知水上交通风险，水上交通事故的发生是受到多重因素（风、流、能见度、船舶、外部环境）影响的结果，而多源信息融合技术，通过将不完整的多源信息加以综合集成，形成对水上交通安全有个相对完整的感知与描述。 多源信息融合技术发展现状 多源信息融合技术 信息融合是现代信息技术与多学科交叉、综合、延拓产生的新的系统科学研究方向，随着微电子技术、信号检测与处理技术、计算机技术、网络通信技术以及控制技术的飞速发展，各种面向复杂应用背景的多传感器系统大量涌现。 多源信息融合技术在预警系统中的应用 目前信息融合技术在预警系统中已经取得了较为显著的成果，王刚毅为了实现对尾矿库进行实时监测和评估的功能，提出一种基于多源信息融合的预警和安全评估方法，对降低尾矿库溃坝风险及控制灾情损伤范围具有重要的意义。高强提出了一种基于模型的模糊神经网络信息融合算法应用在赤潮的预测预警中，研究各种理化因子与赤潮藻类浓度间非线性对应规律和有效预测赤潮藻类浓度。苏晓燕提出了基于多因素信息融合的中国粮食安全预警系统，邓军提出了矿井火灾多源信息融合预警方法的研究。和前述其它系统一样，水上交通系统也具有很大的不确定性，如果能够采集各个影响因素的信息，则可以通过多源信息融合技术，从而实现有效船舶通航风险预警。 水上交通安全预警的研究进展 水上交通安全预警信息采集 水上交通安全单个预警信息包括水文、气象、船舶、交通流信息。水文和气象信息采集目前相对较为成熟，且在长江已经建立了相应的信息传感器，而对于船舶尺度和船舶交通流信息采集，取得了一定的成果。 （）船舶尺度采集。由于航运船舶通常为不规则形状的几何体，必须选测多个规定点的几何距离，计算出船体的若干个近似截面积，再结合船舶的航行速度计算出船舶的近似容积。因此，必须采用合适的非接触式测距技术，构造一个多传感器系统，测出船舶的相关几何距离。 （）交通流信息采集。严新平通过比较了多种交通流信息采集手段的优缺点，提出了一种多源信息融合的长江在航船舶交通流状态信息采集系统三层构架，其中由卡子系统、子系统、子系统、雷达子系统、子系统、子系统以及激光扫描子系统组成信息采集层，依托现有的长江航运信息网络与公共通信网络设施组成信息传输层，由交通流数据库、电子航道图以及信息处理系统组成信息处理层。 多源传感技术在水上交通安全预警应用前景 随着通讯与传感器技术的飞速发展，数据（如信息、信息等）的采集，推动了水上交通安全研究的发展；由此不断改进在水上交通安全事故的统计与机理模型。 信息融合技术为水上交通安全预警提供了一个良好的平台，它将分布在不同位置的多个同类或异类传感器（水文、气象与通航环境信息）所提供的局部不完整的观测信息加以综合，消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾，加以互补，降低其不确定性，形成对水上交通事故有个相对完整的感知与描述，从而提高水上交通事故预警决策与应急响应的准确性与效率。 研究展望 理论与方法研究 在船舶事故致因机理和系统安全工程理论研究基础上，分析船舶事故演化规律，及船舶事故与其影响因子的相关关系，明确船舶通航风险预警的概念、特征、功能与预警等方面内容；构建基于多源信息融合技术的船舶通航风险预警的基本理论框架与方法体系。 信息采集技术研究 对于船舶通过桥梁通航风险，主要受到外部通航环境、桥梁尺度和船舶尺度因素影响，对于外部通航环境信息，宋成果提出了一种基于多功能航标的信息采集方法，目前内河航标配备间距约为左右，在该航段内的水文、气象信息相对稳定，可以为船舶通过桥区的外部通航环境提供信息，对于船舶的尺度，主要包括船舶的长度和宽度，考虑到需要提前获取船舶尺度信息从而实现桥梁主动预警，选取毫米波雷达作为船舶尺度的采集传感器，将毫米波雷达安装在桥梁上，并通过返回的图像信息获取船舶尺度信息。 船撞桥预警模型建立 船撞桥多源预警模型的建立步骤如下：在多源船撞桥预警信息收集与预处理基础上，构造完整的、相互独立船撞桥预警指标体系；利用多源信息融合技术，建立多源船撞桥预警信息处理的贝叶斯决策法、人工神经网络法、无监督学习模式分类法、证据推理算法和模糊推理算法等；建立基于多源信息融合技术的船撞桥预警模型库。 在上述多源信息融合方法中，论文考虑采用模糊推理的方法实现外部通航环境的信息融合，建立船撞桥通航风险预警指标体系（见图）。 3案例验证 本案例采用模糊推理的信息融合方法，分别建立了能见度、水流、风速、桥梁轴线法向与水流夹角和通航尺度的隶属度函数。 通过建立相应的模糊推理规则可以获得船撞桥预警信息，以在不同风、流条件下的超尺度船舶预警进行验证，分别建立了小尺度、中等尺度、超尺度的艘典型船舶进行计算，与内河通航标准船舶所需航迹带宽度进行比较，可以获得预警结果（见表）。 4结论 （）在水上交通安全预警领域，多源信息融合技术的应用尚处起步阶段。 （）水上交通安全事故发生是由人、船、环境和管理多因素造成的，而人为因素具有较大的偶然性，尽管如此，由于人为因素也会受到外部通航环境的影响，通过分析水域通航环境仍然能够体现水上交通安全事故发生的机理。 （）水上交通安全预警技术方法尚处探索阶段，特别是基于多源信息融合的水上交通安全预警刚刚起步，所采用信息融合技术方法比较单一，如果能够实现水文、气象、通航建筑物等多源信息融合将具有重要的意义。 （）为在我国进一步推广基于多源信息融合技术的水上交通安全预警，一方面需要在理论方面借鉴已有成熟的多源信息融合技术方法；另一方面，要在典型水域（如密集水域、桥梁水域）开展示范研究。 参考文献 毛喆水上交通事故分析研究进展中国安全科学报，（） ，（） 王刚毅，陈晓方，桂卫华多源信息融合的尾矿库实时预警与评估系统设计计算技术与自动化，（） 4苏晓燕，张蕙杰，李志强