三峽河段智能通航框架與評價體系構(gòu)建

王海濱 龔德龍 陳維

摘 要：智能通航是現(xiàn)代新技術(shù)在航運領(lǐng)域的綜合應(yīng)用。針對目前尚無明確的評價指標(biāo)體系來評判通航智能化程度和指導(dǎo)智能通航建設(shè)，基于三峽河段通航發(fā)展基礎(chǔ)，建立系統(tǒng)自主等級評價，提出智能通航系統(tǒng)的定義與總體框架;建立評價指標(biāo)體系，確定各因素對智能通航影響的權(quán)重值。結(jié)果表明，影響較大的因素有人船智能識別水平、信息采集水平、航行異常告警效率、智能排檔、船舶協(xié)同調(diào)度水平。通過研究，進(jìn)一步豐富智能通航理論體系，對三峽河段智能通航試點實施具有重要參考價值。

關(guān)鍵詞：智能通航;影響因素;層次分析;德爾菲法

中圖分類號：U25? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）11-0080-02

三峽河段作為長江航運的重要通道是貫通長江黃金水道中西部地區(qū)水上物流的關(guān)鍵節(jié)點，開展三峽河段智能通航研究和建設(shè)對長江航運發(fā)展具有舉足輕重的作用。

目前，智能通航的概念與內(nèi)涵還沒有明確的定義，暫無可以用來評判通航智能化程度的評價指標(biāo)體系。同時，基于三峽通航遠(yuǎn)期發(fā)展需求分析，信息采集與整合共享、通航監(jiān)管與保障、高技術(shù)裝備應(yīng)用等往往還不能完全滿足三峽通航飛速發(fā)展的需求。因此，有必要進(jìn)一步建立三峽河段智能通航水平評價體系，指導(dǎo)三峽智能通航建設(shè)。開展三峽河段智能通航試點建設(shè)，促進(jìn)通航管理與互聯(lián)網(wǎng)以及人工智能的融合發(fā)展，發(fā)揮三峽通航在全國內(nèi)河運輸?shù)拇翱谝I(lǐng)示范作用。

1 系統(tǒng)自主等級評價

目前國內(nèi)外針對智能通航的研究較少，李定國[1]分析了近年來三峽通航在信息化方面的快速發(fā)展，但是現(xiàn)有的信息整合共享、信息系統(tǒng)的應(yīng)用水平、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系的建設(shè)水平還沒有適應(yīng)三峽通航迅速發(fā)展的需求，鄭鈞[2]為滿足航道水位的實時監(jiān)控以及預(yù)警開發(fā)了一種遠(yuǎn)程水位觀測系統(tǒng)，為智能通航調(diào)度管理提供了強大的信息支持，對三峽智能通航的理解具有極大的借鑒意義和學(xué)習(xí)參考價值。

目前國內(nèi)外對于智能通航的評價研究上屬于空白?，F(xiàn)有的對于系統(tǒng)的自主化水平評價可以為研究提供一定的借鑒。Parasuraman等[3]以特定類型和水平的自動化對人的性能的影響作為使用該模型進(jìn)行自動化設(shè)計的主要評價標(biāo)準(zhǔn)、以自動化可靠性和行動后果的成本作為次要評價標(biāo)準(zhǔn)，為解決哪些系統(tǒng)功能應(yīng)該自動化和評價自動化程度如何提供了一個框架和客觀的基礎(chǔ)，包括十個等級。

2 三峽河段智能通航方案設(shè)計

根據(jù)智能航運發(fā)展需求，對三峽河段智能通航系統(tǒng)進(jìn)行重新規(guī)劃設(shè)計，重新界定三峽智能通航的內(nèi)涵，梳理系統(tǒng)邏輯，定義面向交通強國背景下的三峽河段智能通航?？傮w技術(shù)框架如圖1所示。

智能通航定義需要體現(xiàn)智能系統(tǒng)的主要特點：自感知、自決策、自控制、自反饋、自進(jìn)化。在定義智能通航的基礎(chǔ)上，對三峽河段通航情況進(jìn)行分析，識別智能通航場景和對象，劃分不同層級，構(gòu)建智能通航系統(tǒng)邏輯框架，闡述智能通航內(nèi)涵，整個系統(tǒng)是一個MAS（Multi-Agent System）。智能通航系統(tǒng)邏輯框架如圖1所示。

物理實體中的船舶、環(huán)境、傳感網(wǎng)絡(luò)等物理對象進(jìn)行自主性分析。主要根據(jù)物理對象在感知、交互、決策和控制五種行為中的執(zhí)行主體的自主程度分析物理對象的自主性。首先分析智能通航相關(guān)的各種方法與手段，如基礎(chǔ)性導(dǎo)助航設(shè)施、智能航道、智能船閘、智能航標(biāo)、自主航行、自主規(guī)劃、協(xié)同調(diào)度等方法與手段，根據(jù)在這些行為中實現(xiàn)的形式建立對象智能水平評價指標(biāo)，如由相關(guān)管理人員實現(xiàn)、由有智能輔助決策支持的管理人員決策、自主決策加管理人員監(jiān)督協(xié)助、完全自主決策等。然后結(jié)合專家知識，分析使用這些方法和手段的通航系統(tǒng)的智能水平，進(jìn)一步完善評價指標(biāo)體系。

3 模型建立

第一步應(yīng)建立層次結(jié)構(gòu)模型。將所選影響因素進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，對影響因素進(jìn)行分組，每組則為1個層級，各層級分別為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層，再建立三峽河段智能通航影響因素層次結(jié)構(gòu)模型。本文通過對文獻(xiàn)[4-5]進(jìn)行全面分析，綜合地對三峽河段智能通航影響因素進(jìn)行研究，從智能監(jiān)管因素、智能管理因素、基礎(chǔ)設(shè)施因素及通航保障因素4個方面構(gòu)建了3個層次，共17個指標(biāo)（表1）。

4 結(jié)果與分析

根據(jù)上述結(jié)果，可得各因素對三峽河段智能通航影響的相對重要程度。一級和二級影響因素對船閘通過能力影響的相對重要程度見圖2。

由圖2a）可知，一級影響因素對三峽智能通航影響大小排序為：智能監(jiān)管因素>智能管理因素>基礎(chǔ)設(shè)施因素>通航保障因素，由2b）可知，二級影響因素中，人船智能識別水平、信息采集水平、航行異常告警效率、智能排擋、船舶協(xié)同調(diào)度水平、自動發(fā)航對三峽河段智能通航影響較大;油污排放自動識別水平、VHF通信基站、CCTV視頻監(jiān)控點、通航指揮中心、安檢設(shè)施數(shù)量對三峽河段智能通航影響也相當(dāng)明顯;其他二級影響因素對智能通航影響相對較小。

通過對上述影響因素重要性比較，可得出對三峽河段智能通航影響較大的因素有人船智能識別水平、信息采集水平、航行異常告警效率、智能排檔、船舶協(xié)同調(diào)度水平、自動發(fā)航是確定的，進(jìn)而建立智能通航水平評價體系，指導(dǎo)三峽智能通航建設(shè)。

5 結(jié)論

（1）本文從智能監(jiān)管因素、智能管理因素、基礎(chǔ)設(shè)施因素及通航保障因素4個方面構(gòu)建了3個層次17個指標(biāo)的三峽河段智能通航影響因素層次結(jié)構(gòu)模型，通過構(gòu)建各因素間的判斷矩陣，確定了各因素對三峽河段智能通航影響的權(quán)重值。得出二級影響因素中，人船智能識別水平、信息采集水平、航行異常告警效率、智能排檔、船舶協(xié)同調(diào)度水平、自動發(fā)航對三峽河段智能通航影響較大。

（2）通過各因素對三峽河段智能通航影響重要性比較，進(jìn)一步豐富智能通航理論體系，為長江航運高質(zhì)量發(fā)展、實施長航系統(tǒng)交通強國建設(shè)試點項目及三峽智能通航建設(shè)提供技術(shù)支撐。

（3）基于智能通航的定義和內(nèi)涵，結(jié)合三峽河段自身通航特征，和目前智能通航相關(guān)技術(shù)研發(fā)進(jìn)度，設(shè)計全過程、全覆蓋、全互聯(lián)的智能調(diào)度、智能交管、智能運維、智能服務(wù)的三峽河段智能通航系統(tǒng)框架，細(xì)化物理對象層、通訊層、感知層、決策層技術(shù)架構(gòu)，提出三峽河段智能通航的建設(shè)方案建議稿。

參考文獻(xiàn)：

[1]李定國，陳學(xué)文.信息化“頂層設(shè)計”助力數(shù)字三峽智能通航——淺析三峽壩區(qū)通航管理綜合信息系統(tǒng)工程建設(shè)成效[J].中國水運，2014（02）：40-41..

[2]鄭鈞，陳東，姜沖，紀(jì)紅軍，陳繼杰.通航水位智能監(jiān)測與預(yù)警應(yīng)用[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2016，22（08）：117-120..

[3]Parasuraman，R.，T.B.Sheridan，andC.D.Wickens，Amodelfortypesandlevelsofhumaninteractionwithautomation.IEEETransactionsonSystems，Man，andCybernetics-PartA：SystemsandHumans，2000.30（3）：p.286-297.

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[5]肖恒輝，三峽—葛洲壩聯(lián)合通航調(diào)度問題的研究. 2008， 華中科技大學(xué).