一种面向知识推理的船舶行为形式化表达方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种面向知识推理的船舶行为形式化表达方法及系统，该方法包括：分析船舶实体及其行为的基本特征，将船舶抽象表达成船舶对象对船舶进行具体描述，对船舶对象建模；运用资源描述框架方法和集合理论的方法对船舶的属性要素、关系要素及时空要素进行抽象表达；将船舶属性要素、关系要素在时空要素的动态变化抽象表达成船舶行为，并根据要素变化类型将船舶行为分类成船舶属性行为及船舶关系行为，运用函数映射和集合描述方法对船舶行为进行字符化、公式化表达；运用于计算机对船舶行为进行识别和理解，并基于此，实现对船舶行为知识进行推理。本发明专利技术能对船舶行为进行推理，为实现船舶行为的结构化建模和语义理解提供了理论和方法基础。供了理论和方法基础。供了理论和方法基础。

【技术实现步骤摘要】
一种面向知识推理的船舶行为形式化表达方法及系统


[0001]本专利技术涉及人工智能知识表达
，尤其涉及一种面向知识推理的船舶行为形式化表达方法及系统。

技术介绍

[0002]船舶是水上交通的行为主体，船舶行为特征的形式化描述和表达是实现船舶行为特征建模、智能认知与推理的基础，也是实现船舶智能控制、水上交通态势智能感知的重要基础性研究。研究船舶行为特征需要有效组织水上交通场景信息要素，分析并清晰、完整地表达船舶行为各要素间的联系，发现船舶行为规律；实现船舶行为的形式化表达需要根据船舶在时空要素中船舶属性、船舶间关系的动态变化信息发现船舶行为的约束条件，以便于分析和表达船舶行为。
[0003]目前，很多专家学者对船舶行为进行了大量的研究，在研究船舶行为特征方面，主要分析了船舶的宏观行为和微观行为，宏观行为主要是利用经典算法对船舶轨迹进行聚类，利用AIS数据聚类分析船舶行为特征，得到典型的船舶运动轨迹，结合卡尔曼滤波、长短时记忆神经网络(LSTM)等方法对船舶航行轨迹和船舶实时数据状态进行预测，发现船舶在某航段的运动规律，对在这个航段的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向知识推理的船舶行为形式化表达方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、分析船舶实体及其行为的基本特征，将船舶抽象表达成船舶对象对船舶进行具体描述，对船舶对象建模形成船舶对象概念模型：ShipObject＝{Attribute，Relation，Space_Time}，即船舶对象包含属性要素、关系要素及时空要素；步骤2、运用资源描述框架方法和集合理论的方法对船舶的属性要素、关系要素及时空要素进行抽象表达；步骤3、将船舶属性要素、关系要素在时空要素的动态变化抽象表达成船舶行为，并根据要素变化类型将船舶行为分类成船舶属性行为及船舶关系行为，运用函数映射和集合描述方法对船舶行为进行字符化、公式化表达；即ShipBehavior＝{Attribute(t)，Relation(t)}，其中，t∈[t
i
‑1，t
i
]，i≥1；t表示时间，i表示时间节点；步骤4、对所述船舶行为形式化表达方法，运用于计算机对船舶行为进行识别和理解，实现对船舶行为知识进行推理。2.根据权利要求1所述的面向知识推理的船舶行为形式化表达方法，其特征在于，所述步骤一中的方法具体包括：利用java计算机语言面向对象编程的思想，将船舶实体抽象成一个对象，而在水上交通场景中，每个船舶对象具有相应的属性、时空性和与其他对象的关系，将船舶抽象成一个概念模型：ShipObject＝{Attribute，Relation，Space_Time}即船舶对象包含属性要素Attribute、关系要素Relation及时空要素Space_Time。3.根据权利要求2所述的面向知识推理的船舶行为形式化表达方法，其特征在于，所述步骤二中的方法具体包括：属性要素，用于为船舶对象及其行为和事件提供描述数据，将属性要素分为参数属性和功能属性；其中，参数属性是对描述船舶对象的属性信息进行描述，用于进一步的分析与计算；参数属性又分为固有属性和动态属性，固有属性是对船舶固有的信息进行描述，包括船名、船舶类型、船舶尺寸信息；动态属性是对船舶对象随船舶行为或事件变化的属性信息，包括船舶的位置、航向、航速、船舶吃水信息；功能属性是对船舶对象功能信息的描述，包括船舶的操纵能力、船舶对障碍物的探测和避让能力；关系要素，用于对船舶对象间的关联关系进行描述，船舶对象间的关系要素会随着船舶对象的属性特征、场景、观测维度的变化而变化，船舶对象间的关系要素包括空间关系、时间关系和语义关系；时空要素，用于描述船舶与船舶、船舶与环境、环境和环境之间的拓扑关系，采用区域链接演算模型进行描述，包括相离、内含、相交、重合、内切和外切。4.根据权利要求3所述的面向知识推理的船舶行为形式化表达方法，其特征在于，所述步骤二中的方法具体包括：空间关系，用于描述两船舶对象之间的距离，包括定量描述和定性描述；定量描述是指两船舶对象之间的欧式距离，定性描述船舶对象之间的距离：
其中，(x
A
，y
A
)，(x
B
，y
B
)表示两点坐标，D
t
表示安全距离、D
n
表示安全距离的阈值、D
i
表示存在碰撞危险的距离阈值、D
m
表示存在紧迫局面的距离阈值；时间关系，用于对船舶的行为和事件在时间维度上的描述，根据时间维度的不同，将时间关系分为时间点和时间段；其中时间点描述的是某一个瞬间或时刻，包括船舶执行向左转向的时刻、两船发生碰撞的时刻；时间段则是描述的一个时间范围，包括船舶在锚地锚泊的时间，船舶穿越狭水道的时间；语义关系，用于描述概念与概念、概念与实例、实例与实例之间的关系。5.根据权利要求1所述的面向知识推理的船舶行为形式化表达方法，其特征在于，所述步骤二中抽象表达的方法具体包括：船舶在赛博空间内抽象成一个时空对象，而这个时空对象又有很多属性组成，仅从对象本身表达出的属性称为属性要素，而还需要依赖另一个对象才能表达出来的属性叫关系要素，这些要素的最小表达单元见下式：parameter＝(Object，Type
i
，Value
i
，t
i
)，(i∈Z
+
)，其中，parameter是描述船舶对象的最小单元，Object具体的船舶对象，Type代表具体船舶对象的具体要素类型；Value具体船舶对象的具体要素类型的具体值，Z+表示正整数；船舶对象表达成：ShipObject＝{Parameter}＝{Parameter
Attribute
，Parameter
Relation
}＝{Attribute elements，Relational elements，Time_Space}其中，ShipObject表示船舶对象；Parameter
Atttribute
表示船舶对象的属性要素，Parameter
Relation
表示船舶的关系要素，Time_Spaee表示时空间要素。6.根据权利要求1所述的面向知识推理的船舶行为形式化表达方法，其特征在于，所述步骤三中的方法具体包括：运用函数映射和集合描述方法对船舶行为进行字符化、公式化表达，即ShipBehavior＝{Attribute(t)，Relation(t)}，其中，t∈[t
i
‑1，t
i
]，i≥1；属性行为指船舶属性信息的变化；船舶的属性行为指的是船舶的位置、航向、航速、号灯号型类型等属性值的改变；属性行为通过下式表示：AttributeBehavior＝{Attribute(t)，ChangeType}，式中：Attribute(t)表示船舶属性值随...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帆，钟书彬，文元桥，黄亚敏，朱曼，周春辉，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：