1 引 言

海船避碰專家系統（仿人智能自動避碰控制系統），對于降低碰撞事故具有重要的實用價值，也是實現完全自導的智能化船舶的重要組成部分。近年來，國內外海運界學者對其進行了不少理論研究，但與實用化尚有一定距離。專家系統的性能取決于知識庫的質量，而知識庫的質量又取決于所獲取的領域知識的質量及可操作性。因此，明晰領域知識的來源，對碰撞危險的判斷、決策過程予以量值化并明確其流程是建構實用化的海船避碰專家系統的必要步驟。

2 領域知識的來源

海船避碰行動的過程為：觀察——判斷——決策。《1972年國際海上避碰規則》^[1]（以下簡稱《海規》）第五條“了望”對觀察作了規定：“每一船舶應經常用視覺、聽覺以及適合當時環境和情況下一切有效的手段保持正規的了望，以便對局面和碰撞危險作出充分的估計。”

觀察的項目至少應包括：航區水域、能見度、通航密度、本船操縱性能、風浪流情況、航速、吃水和可用水深的關系，雷達等助航設備可能的誤差、來船的距離、方位、航向及動態，等等.

通過觀察所收集的信息，與專家系統知識庫中的領域知識進行比較、推理，以確定碰撞危險程度、會遇局面的構成、本船的權利和義務、應采取的避讓措施，并查核避讓行動的有效性及避讓結果，即為判斷與決策過程。下面列出海船避碰專家系統領域知識的來源。

2.1 《1972年國際海上避碰規則》

《海規》是協調海上船舶避碰的技術指導和法律規范，其中可作為領域知識的內容有：伓員莧迷鶉蔚墓娑ǎ*?對避讓行動的規定；?對避讓信號的規定。這些規定，也是專家系統知識庫的建構的基礎和約束條件，但在具體操作的量化上，尚需其他方面專家知識的補充。

2.2 專家意見

專家意見往往是良好的船藝和船員通常做法或當時特殊情況所可能要求的戒備的總結歸納，或基于《海規》、幾何關系，操縱特性等方面考慮的數量推導，是《海規》在具體操作和量化方面的重要補充。比較典型的專家意見有：A.N.科克羅夫特和J.N.F.拉梅杰合著的《海上避碰規則指南》^[2]；藤井首創并由Goodwin拓廣至開闊水域的船舶領域（Vessel's domain）、Davis的動界（Arena）^[3]；Colley的RDRR；還有本文提及的我國學者的意見。

2.3 駕駛員實踐經驗

大連海運學院船藝教研室1985年通過向我國海員散發“海上避碰實況調查表”獲得了202次避碰實況數據^[3]，吳兆麟和王逢辰通過統計獲取的互見中能見度不良時，讓路船采取避碰行動的四個特征量：伈扇”芘魴卸繃醬嗬隓；?采取避碰行動時，目標船會遇最近距離DCPA；?轉向避碰行動的幅度AC；?兩船實際通過距離D。

2.4 自動避碰數學模型

任茂東、錢玉林、楊鹽生、周顯著、趙勁松等在《中國航海》、《大連海運學院學報》發表了各自的研究結果，即自動避碰數學模型的研討及海上避碰規則指南。

3 磁撞危險的判斷及避讓時機

為了避免碰撞的發生，藤井建立了單一通航道中的船舶領域模型，該模型為對稱于被保護船的一個橢圓。Goodwin將此理論的應用范圍拓延至開闊水域，并將模型改建為依左、右舷燈及尾燈照射范圍區分的三個扇區，考慮到《海規》對避讓責任的規定，三個扇區的外邊界與本船的距離有所不同， 比如，在Goodwin 建立的北海南部船舶領域模型中，它們的取值分別為0.7海里、0.8海里和0.45海里。

實質上，船舶領域是該船周圍的有效水域。該船駕駛員將他船保持在該區域之外，是船舶保持航行安全所需水域。船舶領域可看作在避讓時，保證兩船安全駛過的最小距離在船舶360度方位上的分布。船舶領域邊界與該船的距離隨方位變化，其尺度約為船長的數倍。

船舶領域是駕駛員為了避免碰撞而希望保持的有效區域，但碰撞危險存在的范圍遠大于該領域。為了避免船舶領域被其他物標侵入，必須在更遠的距離上提前采取避讓行動，這一距離稱為動界。Davis等人在調查統計的基礎上提出了動界模型，該模型是一個半徑為2.7海里的圓。將假想的船置于動界圓心使真船向左下方偏離，真船與假船（圓心）距離為1.7海里，方向從假想船船首向順時針方向起算199度處。

同樣考慮保持船舶領域不受其他物標侵入，但不從距離而是從時間因素出發，Colley提出了RDRR模型。RDRR指目標沿相對運動線距本船領域邊界的距離與其接近速度之比，單位為分鐘。RDRR實質為如會遇兩船保向保速，則他船到達本船船舶領域邊界所需時間。在開闊水域且互見的情況下，一些學者推薦碰撞危險存在的RDRR為20分鐘。

此外，國內外學者還進行了采用模糊集合或可拓集合論確定海船碰撞危險及避讓相對開始距離或時刻的探討，但迄今尚未達到成熟實用的程度。

以上專家依據可供知識庫建構時判斷碰撞危險及避讓時機的參考。

當前航海實踐中，對碰撞危險的判斷，通常是根據DCPA和TCPA是否小于置定的期望值,若小于期望則認為有碰撞危險。考慮到現階段大多數海船的航行速度，為簡化避讓模型，可以考慮將時間因素轉化合并為距離因素。

王逢辰根據《海規》條文，特別是號燈可見距離的規定，提出了互見中兩船以不變的羅經方位相互駛近時，按所處的相對位置和允許的或規定的行動，將船舶會遇分成四個階段。^[4]。

3.1 自由行動階段

在遠距離，碰撞危險存在之前，兩船可以自由采取行動。兩船距離以6海里為界。

3.2 致有構成碰撞危險階段

當兩船接近到有碰撞可能性時開始，《海規》規定讓路船應及早采取大幅度行動，以便兩船能在安全距離上駛過，直航船此時必須保向保速。兩船距離，一般可以在3到6海里左右。

3.3 緊迫局面階段

當兩船接近到單憑讓路船的行動已經不能達到在安全距離上駛過時，緊迫局面已經形成。這一階段兩船距離一般可以認為從小于3海里開始到1海里左右。

3.4 緊迫危險階段

由于接近中的兩船，在開始形成緊迫局面以后，沒有及時按《海規》采取行動以避免緊迫局面，而導致碰撞即將發生，即出現緊迫危險。這時雙方都應采取最有效避免碰撞的行動，包括背離規則的規定，以達到避免碰撞或減輕碰撞損失。此時兩船距離大約是本船船長的幾倍。

筆者認為，王逢辰的這個劃分是比較合理的，經比較和分析，第(2)階段和第(4)階段分別與動界和船舶領域相對應，因此，如采用動界和船舶領域的數量模型對各階段開始時不同方位上兩船距離進行細化，可作為知識庫中碰撞危險及避讓時機（距離）判斷的領域知識。

4 局面的構成及避讓決策流程

《海規》對船舶在互見中的行動規則和船舶在能見度不良時的行動規則分別作了規定。因此，應根據觀察信息對能見度狀況作出判斷。《海規》第三條對能見度不良作了定義，但無量化的規定。根據海上習慣，當能見度小于5海里時，即應備車航行；當能見度2海里時，應按《海規》第三十五條的規定鳴放霧號。實際執行中，即使有輕霧，兩船可能在大于2海里的距離上互見，此時應執行互見中的行動規則。

4.1 能見度不良時的避讓行動

雷達是能見度不良時的主要助航設備，當應用雷達避碰時，對于一般船舶推薦選用12海里距離標尺。一般認為(12～8)海里為判定碰撞危險階段；(8～6)海里為避讓行動階段；(6～4)海里為查核階段；4海里以內為即將形成緊迫局面階段。一般認為，能見度不良時會讓安全標準是DCPA不少于2海里。

能見度不良時的避讓措施包括減速和轉向。《海規》第十九條5款規定：“除已斷定不存在碰撞危險外，每一船舶當聽到他船的霧號顯似在本船正橫以前，或者與正橫以前的他船不能避免緊迫局面時，應將航速減到能維持其航向的最小速度。必要時，應把船安全停住,??"

科克羅夫特^[2]認為，在需要轉向避讓時，為使他船用雷達容易觀察到，轉向幅度至少應達到30度，若航速不變，最好在60度以上。有關規則^[1]規定：轉向時應盡可能避免：伋員蛔吩醬猓哉崆暗拇安扇∠蜃笞潁*?對正橫或正橫后的船舶采取朝著它轉向。

科克羅特還推薦，當雷達探測到不同方位來船時，本船航向改變的避碰操縱圖。

4.2 船舶在互見中的避讓行動

4.2.1 根據船舶種類確定的避讓責任

互見中，除了《海規》在狹水道、分道通航制水域、追越的條款中另有規定，本船與他船構成會遇局面時，首先應依照船舶種類確定避讓責任。《海規》第十八條根據各類船舶操縱性能優劣、避讓能力的大小，確定了船舶間的責任和業務，其排列順序為，水上飛機、機動船、帆船、從事捕魚的船舶、限于吃水的船舶、操縱能力受到限制的船舶和失去控制的船舶。排在前面的船舶種類，義務大些，權利小點，排在后面的相對權利大些，義務小點。

4.2.2 一般情況下會遇局面的構成及避讓

《海規》第十三條、第十四條、第十五條根據會遇中兩船的相對方位和航向及碰撞可能性分別定義了追越、對遇和交叉相遇三種局面（后兩種局面只適用于會遇中兩船均為機動船），下面分別討論本船在不同局面中的避讓責任及避讓決策。

1)對遇局面：本船與他船避讓責任相同，《海規》規定兩船各應向右轉向，為符合《海規》對避讓行動“早、大、寬”的要求，開始轉向時，兩船距離應處于上述[4]第(2)階段，轉向幅度應不少于10度。

2)交叉相遇局面：如有他船在本船左舷，本船為被讓路船，本船應保向、保速。如有他船在本船右舷，本船為讓路船。一些學者將此局面分為小角度交叉和大角度交叉兩種情況。

小角度交叉時，本船處于他船舷角6度(Q(30度（也有學者認為6度(Q(45度〉的方位。此時兩船相對速度大，兩船接近快，本船應向右轉向顯示紅舷燈，從被讓路船船尾后方駛過，并鳴放操縱聲號和（或）顯示操縱號燈。大角度交叉時，本船處于他船舷角30度(Q(112．5度的方位。此時，相對速度小，兩船接近慢，相持時間較長。本船可根據觀察信息，視兩船橫距大小或航行環境，從以下三種避讓措施中選擇最優者：伒繃醬峋嘟閑。胰糜欣眩蟛嗨蚩砝剎扇〈蠓認蜃笞潁栽齟蠛峋啵匾笨勺笞蝗Γ彌焙醬韌ü⒚挪僮萆藕停ɑ潁┫允靜僮鶯諾啤*?若右讓或左讓均有困難，可采取減速或停車，讓直航船從本船前方駛過。?當兩船橫距較大，可采取大幅度向右轉向避讓，從直航船尾駛過，并鳴放操縱聲號和（或）顯示操縱號燈。

3) 追越局面：若本船為被迫越船，則本船為被讓路船（直航船），本船應保向保速。若本船為追越船，則本船為讓路船。當與前船距離達到上述^[4]第(2)階段（或動界邊界），應用聲號征得前船同意后開始追越行動。超越前船過程中，本船首尾線最好與被追越船首尾線呈發散角度，至少應成平行線。為防止發生船吸，兩船的橫距應保持一安全值，甄德福認為，此時安全通過距離至少為被追越船船長的4倍，直至駛過讓清為止。

以上局面中，如本船為被規定保向、保速的被讓路船，當發現讓路船沒有按《海