论文部分内容阅读
摘要：为了避免江河湖面上来往船只可能造成对桥墩的撞击，设计了一种基于知识的桥墩防撞智能化的系统。在桥墩设防区域的江河湖面上设置一定的监视区，一旦来往船只进入设防区域，系统能给出相应的警示报警和处理。
关键词：桥墩防撞；警示报警；产生式规则；智能系统
中图分类号：TP182文献标志码：A文章编号：1671-7953(2009)01-0045-04
Knowledge Based Intelligent System Design for Preventing the Pylon from Collision
GUO Qun，CHEN Fengjuan
（Liaoning University of International Business and Economics Dalian Liaoning 116052，China）
Abstract:In order to prevent the possible collision caused by the ships navigating in the rivers， an intelligent system for preventing the pylon from the possible collision. Monitoring areas set up near the areas of pylons; the system would send out the corresponding messages and deal with it once the ships enter the monitoring areas.
Key words:prevention of pylon collision；warning and alarming；production rule；intelligent system
在江河湖面上，经常会架设桥梁，由于桥下有过往的船只，船只撞击桥墩的事故时有发生，不仅造成经济损失，同时也使桥梁存在安全隐患。因此论述了一种基于知识的桥墩防撞智能预警报警系统设计和实现技术。为了监视、预警来往船只可能造成的对桥墩的撞击，对桥墩设防区域的江河湖面上设置一定的监视区域，进行全天侯24小时实时监视，并对桥墩周围一定距离的特别危险区域进行特别监视，一旦有来往船进入危险区域，即提醒监控机房的管理人员注意；当来往船只进入危险区时，系统产生报警，并通知监视人员注意控制摄像机跟踪船只并录像。根据船只在危险区的不同区段、船只的速度和吨位等属性和气候信息等，系统会产生一般警示报警、警示报警和紧急警示报警，通过安装在桥墩处的红色警示灯的闪耀对船只警示，或通过安装在桥墩处的高音喇叭示警，并告知驾驶员应采取的措施。
1系统的组成及功能
1.1系统的组成
如图1所示，基于知识的桥墩防撞智能化的系统由五大部分组成：监测控制器、公共接口、接口程序、报警管理系统和录像机系统（图中没有画出）［1-2］。
监测控制器：由红外线探头和云台摄像头组成，用于获取船只进入监视区或特别危险区域的视角、距离和船速等数据。
公共接口：采用外设接口芯片设计的接口控制版，用于红外线探头和云台摄像头的数据转换和对它们实施控制。
1.2摄像系统的功能
在主桥墩处分别设置多台具有夜视功能的摄像头，摄像头根据功能不同分为探测摄像头和监视摄像头。摄像头通过计算机与录像机连接，简称摄像机。探测摄像机相对固定，摄像范围对准江面设定的指定的监视区域，这里称之为提示区域。该图像内容通过监视机房里的主服务器影像匹配识别，判别是否有来船进入该区域。当有来船进入时，向监控机房发出提示，提醒监控人员注意。监视摄像机主要监视江面上过往船只的情况，危急时或在其他必要时摄像记录。为加强夜间摄像效果，在桥墩合适位置加装光线自动控制红外射灯，它们能保证船只撞桥时可清楚地摄像记录。
除了探测摄像机外，每个桥墩上安装了一种红外/微波双监探头，它能探测出宽度为几米、最远达150m的长条型区域内的移动物体，正好覆盖了桥墩上游最危险区域，称为警告区域。一旦探测到情况，双监探头的警告信号由前端警告主机回传监控室监控主机的警告接口，发出紧急警告，通知工作人员操纵监视摄像机云台镜头，对进入船只跟踪监视，并启动数字硬盘录像机跟踪录像，还可用高音喇叭喊话提醒来船注意。系统中的图像及控制数据、警告数据传输到主机，由主机通知工作人员，采取向江面喊话示意，启动视频录像等措施。
前端喊话功能：对江面上的危险船只用高音喇叭喊话提醒。
分控功能：多个分控接口，可接往近处的港监、公安、保安部门，在那里形成简易分控系统，或通过联网受监控中心的控制。
联网功能：通过新建的专用网络或通过公用网络与监控中心联网，交换多媒体视频信号或其他数据文件。
2软件设计方案
软件主要由两大部分组成，即探头/红外接口程序部分和数据处理与报警的专家决策系统部分［3］，如图2所示。
2.1报警要求
1）200m预警。
2）150m一般报警。
3）100m紧急报警。
4）50m紧急报警。
5）探测角度为45°～60°。
6）给出恰当的报警提示及适当的处理措施。
7）处理周期为600ms。
8）能根据行船的多种属性、气候条件和工作人员的经验给出报警内容。
2.2软件系统结构和各部分的功能简述
2.2.1接口模块及功能
完成摄像头/红外探头的数据收集、转换和发送，要求利用设备提供的动态链接库，每次取数在30ms内完成。主要的数据包括船只所在的探测角度、船速、距离和船型等。
2.2.2专家决策模块
接收文件系统的外界数据处理，形成能触发产生式规则的事实，由专家系统中的正向推理机推理产生处理策略并传给预警子模块或紧急报警子模块。预警子模块：给出预警或一般报警及喊话信息，并启动预警报警器，给出处理意见；根据情况可启动摄像机，保存现场影像数据；进入预警处理预案。紧急报警子模块：给出报警或紧急报警信息及喊话信息，启动紧急报警器，给出处理意见，并且启动摄像头，保存现场影像数据；进入报警或紧急报警处理预案。
2.2.3产生式规则库
借助关系数据库存放和管理产生式规则，产生式规则有两类，即元规则和用于推理的决策规则。
2.2.4日志模块
处理记录系统发生的任何事件并产生统计报表，提供查询功能。
2.2.5数据备份模块
备份系统数据。
2.2.6用户界面
1）在条件许可时，如船只在监控域外或刚进入监控域并且速度较慢，接收由工作人员输入的其他数据如船的吨位、体积，可见度、风速，驾驶员的经验等，这些数据对专家决策有用。
2）实现产生式规则的输入、一致性、产生式规则的其他辅助管理。
3）输出一般报警、报警和紧急报警信号，适当的喊话内容和处理措施。
4）管理日志记录文件、数据库和摄像机系统。
2.3软件工作流程
在图3中描述了主要的工作流程［3］。
3产生式规则介绍
在本智能报警系统方案中有两类产生式规则，即元规则和决策规则。元规则通过规则的管理和组织，推理实现对规则选择的控制。决策规则根据收集的监控数据、工作人员输入的数据、知识性和经验性数据启动推理，给出行为决策。这些规则以表存在于数据库中［4-6］。
3.1产生式规则
1）元规则的例子：共计12条。
R4：IF新规则处理建议THEN规则应置于R48以后，且后续规则改变序号。
R8：IF数据中有来自文件系统and工作人员的输入THEN推理从R30开始。
2）决策规则的例子：共计65条，随着系统运行、工作经验的增加和实际情况的不断变化，会有所增加或减少。
R13：IF船距≥200米and探测角度不在45°～60°范围THEN触发R48。
R14：IF船距≥200米and探测角度不在45°～60°范围and船速≥30km/hTHEN触发
R50。
R48：IF如果船速≥50km/hTHEN触发R54。
R50：IF船的行驶方向有进入探测角度45°～60°范围的可能THEN触发R57。
R54：IF船的行驶方向有进入探测角度45°～60°范围的可能性不大THEN触发预警提
示1。
产生式规则中有很多表示船只、气象条件的变量，如船距、探测角度、船速、风速和可
见度等，有文件系统和（或）工作人员输入及数据库中得到。
3.2产生式规则的数据结构
上述几条规则可用关系模型来描述，如表1～3所示。
4评价
基于知识的桥墩防撞预警报警解决方案经过反复认真的研究和讨论，认为是可行的。可用于高速公路中各种桥梁的防撞监控系统。由于产生式规则库中的规则可进行增、删、改等操作，系统的性能可继续得到改善。
参考文献
［1］LIYUEXIN，ZHANGLING，LUORONGGUI.AKnowledge-BasedWarningSystemforAvertingPylonCollision［J］.JournalofCommunicationandComputer，USA-ChinaBusinessReview(Journal)，2005，2(2):33-36.
［2］李跃新，罗荣桂，袁弘.桥墩防撞智能预警报警系统设计［J］.湖北大学学报，2005，27（3）：227-230.
［3］李跃新，胡婕，秦丽等.知识工程基础与应用案例［M］.北京：科学出版社，2006.9.
［4］秦丽，李跃新.基于关系模型的规则表示及推理设计［J］.湖北大学学报，2004，26（2）：110-114.
［5］李跃新，胡婕，秦丽.专家数据库系统数据访问技术方法的研究［J］.湖北大学学报，2003，25（4）：297-303.
［6］胡婕，李跃新.ER图对设计专家系统的启示［J］.湖北大学学报，2002，24（4）：309-314.
关键词：桥墩防撞；警示报警；产生式规则；智能系统
中图分类号：TP182文献标志码：A文章编号：1671-7953(2009)01-0045-04
Knowledge Based Intelligent System Design for Preventing the Pylon from Collision
GUO Qun，CHEN Fengjuan
（Liaoning University of International Business and Economics Dalian Liaoning 116052，China）
Abstract:In order to prevent the possible collision caused by the ships navigating in the rivers， an intelligent system for preventing the pylon from the possible collision. Monitoring areas set up near the areas of pylons; the system would send out the corresponding messages and deal with it once the ships enter the monitoring areas.
Key words:prevention of pylon collision；warning and alarming；production rule；intelligent system
在江河湖面上，经常会架设桥梁，由于桥下有过往的船只，船只撞击桥墩的事故时有发生，不仅造成经济损失，同时也使桥梁存在安全隐患。因此论述了一种基于知识的桥墩防撞智能预警报警系统设计和实现技术。为了监视、预警来往船只可能造成的对桥墩的撞击，对桥墩设防区域的江河湖面上设置一定的监视区域，进行全天侯24小时实时监视，并对桥墩周围一定距离的特别危险区域进行特别监视，一旦有来往船进入危险区域，即提醒监控机房的管理人员注意；当来往船只进入危险区时，系统产生报警，并通知监视人员注意控制摄像机跟踪船只并录像。根据船只在危险区的不同区段、船只的速度和吨位等属性和气候信息等，系统会产生一般警示报警、警示报警和紧急警示报警，通过安装在桥墩处的红色警示灯的闪耀对船只警示，或通过安装在桥墩处的高音喇叭示警，并告知驾驶员应采取的措施。
1系统的组成及功能
1.1系统的组成
如图1所示，基于知识的桥墩防撞智能化的系统由五大部分组成：监测控制器、公共接口、接口程序、报警管理系统和录像机系统（图中没有画出）［1-2］。
监测控制器：由红外线探头和云台摄像头组成，用于获取船只进入监视区或特别危险区域的视角、距离和船速等数据。
公共接口：采用外设接口芯片设计的接口控制版，用于红外线探头和云台摄像头的数据转换和对它们实施控制。
1.2摄像系统的功能
在主桥墩处分别设置多台具有夜视功能的摄像头，摄像头根据功能不同分为探测摄像头和监视摄像头。摄像头通过计算机与录像机连接，简称摄像机。探测摄像机相对固定，摄像范围对准江面设定的指定的监视区域，这里称之为提示区域。该图像内容通过监视机房里的主服务器影像匹配识别，判别是否有来船进入该区域。当有来船进入时，向监控机房发出提示，提醒监控人员注意。监视摄像机主要监视江面上过往船只的情况，危急时或在其他必要时摄像记录。为加强夜间摄像效果，在桥墩合适位置加装光线自动控制红外射灯，它们能保证船只撞桥时可清楚地摄像记录。
除了探测摄像机外，每个桥墩上安装了一种红外/微波双监探头，它能探测出宽度为几米、最远达150m的长条型区域内的移动物体，正好覆盖了桥墩上游最危险区域，称为警告区域。一旦探测到情况，双监探头的警告信号由前端警告主机回传监控室监控主机的警告接口，发出紧急警告，通知工作人员操纵监视摄像机云台镜头，对进入船只跟踪监视，并启动数字硬盘录像机跟踪录像，还可用高音喇叭喊话提醒来船注意。系统中的图像及控制数据、警告数据传输到主机，由主机通知工作人员，采取向江面喊话示意，启动视频录像等措施。
前端喊话功能：对江面上的危险船只用高音喇叭喊话提醒。
分控功能：多个分控接口，可接往近处的港监、公安、保安部门，在那里形成简易分控系统，或通过联网受监控中心的控制。
联网功能：通过新建的专用网络或通过公用网络与监控中心联网，交换多媒体视频信号或其他数据文件。
2软件设计方案
软件主要由两大部分组成，即探头/红外接口程序部分和数据处理与报警的专家决策系统部分［3］，如图2所示。
2.1报警要求
1）200m预警。
2）150m一般报警。
3）100m紧急报警。
4）50m紧急报警。
5）探测角度为45°～60°。
6）给出恰当的报警提示及适当的处理措施。
7）处理周期为600ms。
8）能根据行船的多种属性、气候条件和工作人员的经验给出报警内容。
2.2软件系统结构和各部分的功能简述
2.2.1接口模块及功能
完成摄像头/红外探头的数据收集、转换和发送，要求利用设备提供的动态链接库，每次取数在30ms内完成。主要的数据包括船只所在的探测角度、船速、距离和船型等。
2.2.2专家决策模块
接收文件系统的外界数据处理，形成能触发产生式规则的事实，由专家系统中的正向推理机推理产生处理策略并传给预警子模块或紧急报警子模块。预警子模块：给出预警或一般报警及喊话信息，并启动预警报警器，给出处理意见；根据情况可启动摄像机，保存现场影像数据；进入预警处理预案。紧急报警子模块：给出报警或紧急报警信息及喊话信息，启动紧急报警器，给出处理意见，并且启动摄像头，保存现场影像数据；进入报警或紧急报警处理预案。
2.2.3产生式规则库
借助关系数据库存放和管理产生式规则，产生式规则有两类，即元规则和用于推理的决策规则。
2.2.4日志模块
处理记录系统发生的任何事件并产生统计报表，提供查询功能。
2.2.5数据备份模块
备份系统数据。
2.2.6用户界面
1）在条件许可时，如船只在监控域外或刚进入监控域并且速度较慢，接收由工作人员输入的其他数据如船的吨位、体积，可见度、风速，驾驶员的经验等，这些数据对专家决策有用。
2）实现产生式规则的输入、一致性、产生式规则的其他辅助管理。
3）输出一般报警、报警和紧急报警信号，适当的喊话内容和处理措施。
4）管理日志记录文件、数据库和摄像机系统。
2.3软件工作流程
在图3中描述了主要的工作流程［3］。
3产生式规则介绍
在本智能报警系统方案中有两类产生式规则，即元规则和决策规则。元规则通过规则的管理和组织，推理实现对规则选择的控制。决策规则根据收集的监控数据、工作人员输入的数据、知识性和经验性数据启动推理，给出行为决策。这些规则以表存在于数据库中［4-6］。
3.1产生式规则
1）元规则的例子：共计12条。
R4：IF新规则处理建议THEN规则应置于R48以后，且后续规则改变序号。
R8：IF数据中有来自文件系统and工作人员的输入THEN推理从R30开始。
2）决策规则的例子：共计65条，随着系统运行、工作经验的增加和实际情况的不断变化，会有所增加或减少。
R13：IF船距≥200米and探测角度不在45°～60°范围THEN触发R48。
R14：IF船距≥200米and探测角度不在45°～60°范围and船速≥30km/hTHEN触发
R50。
R48：IF如果船速≥50km/hTHEN触发R54。
R50：IF船的行驶方向有进入探测角度45°～60°范围的可能THEN触发R57。
R54：IF船的行驶方向有进入探测角度45°～60°范围的可能性不大THEN触发预警提
示1。
产生式规则中有很多表示船只、气象条件的变量，如船距、探测角度、船速、风速和可
见度等，有文件系统和（或）工作人员输入及数据库中得到。
3.2产生式规则的数据结构
上述几条规则可用关系模型来描述，如表1～3所示。
4评价
基于知识的桥墩防撞预警报警解决方案经过反复认真的研究和讨论，认为是可行的。可用于高速公路中各种桥梁的防撞监控系统。由于产生式规则库中的规则可进行增、删、改等操作，系统的性能可继续得到改善。
参考文献
［1］LIYUEXIN，ZHANGLING，LUORONGGUI.AKnowledge-BasedWarningSystemforAvertingPylonCollision［J］.JournalofCommunicationandComputer，USA-ChinaBusinessReview(Journal)，2005，2(2):33-36.
［2］李跃新，罗荣桂，袁弘.桥墩防撞智能预警报警系统设计［J］.湖北大学学报，2005，27（3）：227-230.
［3］李跃新，胡婕，秦丽等.知识工程基础与应用案例［M］.北京：科学出版社，2006.9.
［4］秦丽，李跃新.基于关系模型的规则表示及推理设计［J］.湖北大学学报，2004，26（2）：110-114.
［5］李跃新，胡婕，秦丽.专家数据库系统数据访问技术方法的研究［J］.湖北大学学报，2003，25（4）：297-303.
［6］胡婕，李跃新.ER图对设计专家系统的启示［J］.湖北大学学报，2002，24（4）：309-314.