【摘要】：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和傳感器的普及,產(chǎn)生了大量流數(shù)據(jù),但是傳統(tǒng)的知識(shí)表達(dá)與數(shù)據(jù)推理方式難以有效實(shí)時(shí)處理這類數(shù)據(jù)。流推理是融合了知識(shí)表示與推理、本體和流數(shù)據(jù)處理等技術(shù),對(duì)不同類型流數(shù)據(jù)及其關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行知識(shí)表達(dá),并實(shí)時(shí)處理的一種推理模式。近年來,長(zhǎng)江沿線部分航段實(shí)施了船舶定線制,一定程度上保障了船舶航行安全,但仍不可避免存在航行風(fēng)險(xiǎn)。隨著智能航道的建設(shè),船舶航行AIS數(shù)據(jù)以及各類環(huán)境數(shù)據(jù)的采集成為可能,它們具有典型流數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。但是傳統(tǒng)的船舶航行安全評(píng)估方法在實(shí)時(shí)處理流數(shù)據(jù),尤其是結(jié)合各種經(jīng)驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行分析、推理和判斷等方面顯得不足,無法滿足海事安全監(jiān)管的智能化與自動(dòng)化的需求。針對(duì)上述問題,本文提出了面向定線制水域船舶航行安全評(píng)估的流推理機(jī)制與方法,研究工作成果如下:1)構(gòu)建了定線制水域船舶航行安全評(píng)估本體分析定線制水域船舶航行的特點(diǎn),確立定線制水域船舶航行安全評(píng)估要素初始集和安全等級(jí)標(biāo)準(zhǔn);基于條件信息熵粗糙集方法對(duì)該初始集約簡(jiǎn),邀請(qǐng)領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)一步修正,從而得到構(gòu)建本體的安全評(píng)估要素;在此基礎(chǔ)上,結(jié)合領(lǐng)域知識(shí),確定安全評(píng)估本體構(gòu)建流程;建立領(lǐng)域知識(shí)中有關(guān)類以及類之間層次關(guān)系;定義安全評(píng)估本體的對(duì)象屬性、數(shù)據(jù)屬性以及本體實(shí)例;將領(lǐng)域知識(shí)轉(zhuǎn)化為SWRL規(guī)則形式,最終構(gòu)建了定線制水域船舶航行安全評(píng)估本體。2)設(shè)計(jì)了面向定線制水域船舶航行安全評(píng)估的流推理機(jī)制該機(jī)制由安全評(píng)估流數(shù)據(jù)表達(dá)和面向安全評(píng)估的流推理引擎構(gòu)成。安全評(píng)估流數(shù)據(jù)表達(dá)利用RDF框架對(duì)AIS數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)等進(jìn)行描述,以適應(yīng)流數(shù)據(jù)處理的時(shí)效性和實(shí)現(xiàn)不同類型的安全評(píng)估流數(shù)據(jù)的融合,并動(dòng)態(tài)構(gòu)建安全評(píng)估實(shí)例本體,完成對(duì)安全評(píng)估領(lǐng)域知識(shí)的描述。面向安全評(píng)估的流推理引擎采用混合式推理方式:首先對(duì)SR-Tbox采用描述邏輯推理,對(duì)推理結(jié)果使用規(guī)則模板化方法轉(zhuǎn)換為SR-JRule;然后結(jié)合SR-JRule,使用Jena對(duì)安全評(píng)估實(shí)例本體進(jìn)行規(guī)則推理,從而提高推理效率,及時(shí)獲得船舶航行安全等級(jí)評(píng)估結(jié)果。3)探究了面向定線制水域船舶航行安全評(píng)估的流推理方法為了提高推理的時(shí)效性與準(zhǔn)確性,使用Spark Streaming接收安全評(píng)估流數(shù)據(jù),結(jié)合Jena,生成了安全評(píng)估RDF流;然后,依據(jù)用戶請(qǐng)求,使用SPARQL進(jìn)行查詢,并結(jié)合安全評(píng)估本體中的SR-Abox動(dòng)態(tài)創(chuàng)建安全評(píng)估實(shí)例本體;最后,設(shè)計(jì)了面向SR-Tbox的描述邏輯推理算法,研究了SR-Tbox推理結(jié)果的規(guī)則模板化轉(zhuǎn)化方法以及基于SWRL與Jena規(guī)則映射關(guān)系的SR-Rules的規(guī)則轉(zhuǎn)化方法,并完成了安全評(píng)估流推理算法設(shè)計(jì)。4)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析選擇時(shí)效性、檢測(cè)率和誤報(bào)率作為評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)本文提出的安全評(píng)估流推理方法與基于描述邏輯的推理方法、基于規(guī)則的推理方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)比較;同時(shí),與其它的船舶航行安全評(píng)估方法也進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比;結(jié)果表明本文所提方法能及時(shí)處理流數(shù)據(jù),并保證推理結(jié)果的有效性。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U698;TP391.44;TN929.5
【圖文】：

S2船舶航行風(fēng)險(xiǎn)(?x) ^ 船舶航行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)(?x, "危險(xiǎn)") ^ 船舶航行安全(?y) -> 船舶航行安全等級(jí)(?y, "危險(xiǎn)")S3航道條件受限(?x) ^ 分道深度比(?y) ^ 分道深度比等級(jí)(?y, "危險(xiǎn)") -> 航道條件受限等級(jí)(?x, "危險(xiǎn)")S4環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)(?y) ^ 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)(?y, "危險(xiǎn)") ^ 船舶航行風(fēng)險(xiǎn)(?z) -> 船舶航行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)(?z, "危險(xiǎn)")… …S100惡劣天氣(?y) ^ 惡劣天氣等級(jí)(?y, "危險(xiǎn)") ^ 通航環(huán)境差(?x) ^ 通航環(huán)境差等級(jí)(?x, "危險(xiǎn)") ^ 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)(?z) -> 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)(?z, "危險(xiǎn)")6) 檢測(cè)安全評(píng)估本體對(duì)構(gòu)建的安全評(píng)估本體進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)主要包括分類檢測(cè)和一致性檢測(cè)。使用 Protégé(https://protege.stanford.edu/)中的 Pellet 推理機(jī)進(jìn)行推理，推理后會(huì)生成新的、邏輯上等價(jià)的類層次結(jié)構(gòu)圖，被稱為推理類(Inferred Hierarchy)，比較兩個(gè)層次結(jié)構(gòu)，如果完全一樣，則說明安全評(píng)估本體在分類上不存在錯(cuò)誤。一致性檢測(cè)主要是檢測(cè)本體的邏輯一致性，如果存在邏輯不一致，Protégé 會(huì)報(bào)錯(cuò)。對(duì)安全評(píng)估本體使用 Protégé 中的 Pellet 進(jìn)行推理，結(jié)果正確，并得到本體推理后的類層次，如圖 2-3 所示。

術(shù)研究項(xiàng)目中架設(shè)的 AIS 接收器實(shí)時(shí)接收 AIS 數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)驗(yàn)平臺(tái)上；氣象數(shù)據(jù)通過中國(guó)氣象網(wǎng)站 API(http://www、航道數(shù)據(jù)通過長(zhǎng)江電子航道圖 API (http://www.cjienc.co人員要素、管理方面由于條件限制，通過采訪方式獲取。文，包含船舶靜態(tài)信息和動(dòng)態(tài)信息，其格式如圖 5-1 所示據(jù)，其格式如圖 5-2 所示；水文數(shù)據(jù)格式如下圖 5-3 所示。

全保障技術(shù)研究項(xiàng)目中架設(shè)的 AIS 接收器實(shí)時(shí)接收 AIS 數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)存儲(chǔ)到所述的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上；氣象數(shù)據(jù)通過中國(guó)氣象網(wǎng)站 API(http://www.cma.gov��；水文、航道數(shù)據(jù)通過長(zhǎng)江電子航道圖 API (http://www.cjienc.com/cms/t/��；其他人員要素、管理方面由于條件限制，通過采訪方式獲取。AIS 數(shù)密后的報(bào)文，包含船舶靜態(tài)信息和動(dòng)態(tài)信息，其格式如圖 5-1 所示；氣象 Json 數(shù)據(jù)，其格式如圖 5-2 所示；水文數(shù)據(jù)格式如下圖 5-3 所示。圖 5-1AIS 報(bào)文

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本文編號(hào)：2788196