基于XML的海事案例信息表示初探

1、基于XML的海事案例信息表示初探海軍兵種指揮學(xué)院 施平安 吳晞 楊世幸 段超摘要：初步探討了基于XML的海事案例信息表示。首先根據(jù)海事案例的結(jié)構(gòu)分解設(shè)計(jì)出了案例庫的邏輯結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)該邏輯結(jié)構(gòu)制定了適用于航海領(lǐng)域的海事案例DTD，最后探討了海事案例數(shù)據(jù)庫之間的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換模式。關(guān)鍵詞：海事案例 案例庫 XML DTD 接口一、引言對現(xiàn)有的海事案例進(jìn)行分析研究，提取案例中蘊(yùn)含的豐富的知識，使海員在航行值班和航海訓(xùn)練中引以為戒，保障海上航行安全，這應(yīng)該是人工智能技術(shù)在航海領(lǐng)域的又一項(xiàng)重要的應(yīng)用。目前可供研究、分析的海事案例很多，但是大多數(shù)關(guān)于海事案例的匯編資料不夠全面，而且內(nèi)容更新和補(bǔ)充也不及時(shí)；

2、更糟的是，由于案例分散在不同的文獻(xiàn)中，沒有集中存儲，查找起來非常麻煩。因此，有必要提供一種能夠集中、全面、及時(shí)地提供海事案例信息的方法，既利于人工查詢，又有利于不同系統(tǒng)的重用和處理。于是，我們提出了數(shù)字化海事案例庫的構(gòu)想，并且初步構(gòu)建了海事案例庫原型。為了便于全球共享和全球更新，我們擬用海事案例DTD對案例知識的表示進(jìn)行規(guī)范化，從而簡化對海事案例的管理。XML具有良好的可擴(kuò)展性，我們可以根據(jù)航海領(lǐng)域的特色和需要，制定一套適用于海事案例的標(biāo)記；XML文檔嚴(yán)格遵守DTD的規(guī)定，通過制定海事案例DTD，可以確保海事案例XML文檔的完整性、嚴(yán)密性和規(guī)范性；XML保持?jǐn)?shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)顯示相分離，用XML表

3、示海事案例信息，可以使案例數(shù)據(jù)獨(dú)立于使用這些案例的系統(tǒng)，從而更好地重用案例；XML是一種非常理想的網(wǎng)際通信語言，可以用作各種不同系統(tǒng)之間的交流媒介。通過網(wǎng)絡(luò)和XML來方便、快捷地管理和傳輸案例信息，不僅使人能看懂傳輸?shù)陌咐畔?，而且使?jì)算機(jī)也能處理它們，并運(yùn)用人工智能技術(shù)對案例進(jìn)行分析，抽取出于海事分析、航行訓(xùn)練和避碰決策有用的知識。二、海事案例的對象類層次結(jié)構(gòu)我們在“數(shù)字化海事案例庫構(gòu)建”一文中對海事案例匯編資料中記載的大量海事案例進(jìn)行了分析和研究，提取了各案例文檔在分析和記錄每一個(gè)案例時(shí)都要考慮到的一些共同特征；同時(shí)為了案例的完整性，還根據(jù)海上航行實(shí)踐增加了一些特征。從該文對海事案例的結(jié)構(gòu)

4、分解中可以看出，海事案例的特征具有很強(qiáng)的層次結(jié)構(gòu)性，因此我們用對象集來表示海事案例。海事案例主要有七個(gè)對象類：海事案例、船舶信息、環(huán)境信息、事故動態(tài)發(fā)展過程、事故原因、事故后果和法庭判決。海事案例類包括海事類型、案例編號、事故時(shí)間、事故地點(diǎn)和事故船舶；船舶信息類包括船舶名稱、船舶類型（機(jī)動船、帆船、從事捕魚的船舶、失去控制的船舶、操縱能力受到限制的船舶和限于吃水的船舶）、船舶尺寸（船長、船寬和吃水）和操縱性（常速前進(jìn)時(shí)滿舵旋回直徑和時(shí)間、全速前進(jìn)時(shí)停車至停止前進(jìn)的距離和時(shí)間以及常速前進(jìn)時(shí)全速倒車至停止前進(jìn)的距離和時(shí)間）；環(huán)境信息類包括航行水域（開闊海域、狹水道、分道通航區(qū)、淺水區(qū)及其他特定區(qū)域

5、）、氣象海況（波浪、風(fēng)向、風(fēng)速、流向、流速和能見度）、規(guī)定航路和交通規(guī)則；事故動態(tài)發(fā)展過程類包括關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)、行動船舶、行動（航向、航速和舵角）和初始態(tài)勢（方位和距離）、行動效果和行動評價(jià)；事故原因類包括船舶自身原因、客觀原因、直接原因和間接原因；事故后果類包括船舶損害、人員傷亡、污染情況和備注；法庭判決類包括責(zé)任分配、參考規(guī)則、法官解釋和備注。有關(guān)各對象類所包含的特征屬性的含義，請參見“數(shù)字化海事案例庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)建”一文。三、海事案例XML文檔DTD根據(jù)前文所述有關(guān)海事案例的結(jié)構(gòu)特征，制定了海事案例XML文檔的DTD。海事案例DTD對海事案例XML文檔進(jìn)行合法性檢驗(yàn)，保證XML文檔必須是完整

6、的、嚴(yán)密的和規(guī)范的。我們初步擬定的海事案例DTD如下：<? Xml version= "1.0" encoding="GB2312" ?><! ELEMENT 海事案例信息(案例概要, 事故船基本情況, 環(huán)境信息, 事故的動態(tài)發(fā)展過程, 事故原因, 事故后果, 事故責(zé)任認(rèn)定及處罰)+> <ATTLIST 海事案例信息 海事類型 (碰撞 | 觸礁 | 擱淺 | 火災(zāi) | 爆炸 | 風(fēng)災(zāi))><! ELEMENT案例概要(案例編號, 事故時(shí)間, 事故地點(diǎn), 事故船+)><! ELEMENT 案例編號 (#P

7、CDATA) ><! ELEMENT 事故時(shí)間 (#PCDATA) ><! ELEMENT 事故地點(diǎn) (#PCDATA) ><! ELEMENT 事故船舶 (#PCDATA) ><! ELEMENT 事故船(船舶名稱, 船舶類型, 船舶尺寸, 船舶排水量, 操縱性) + ><! ELEMENT 船舶名稱 (#PCDATA) ><! ELEMENT 船舶類型 (#PCDATA) ><! ELEMENT 船舶尺寸 (船舶長度, 船舶寬度, 船舶吃水) ><! ELEMENT 船舶長度 (#PCDATA)

8、 ><! ELEMENT 船舶寬度 (#PCDATA) ><! ELEMENT 船舶吃水 (#PCDATA) ><! ELEMENT 操縱性(常速前進(jìn)時(shí)滿舵旋回直徑, 常速前進(jìn)時(shí)滿舵旋回時(shí)間,全速前進(jìn)時(shí)停車至停止前進(jìn)的距離, 全速前進(jìn)時(shí)停車至停止前進(jìn)的時(shí)間, 常速前進(jìn)時(shí)全速倒車至停止前進(jìn)的距離, 常速前進(jìn)時(shí)全速倒車至停止前進(jìn)的時(shí)間 )><! ELEMENT 常速前進(jìn)時(shí)滿舵旋回直徑 (#PCDATA) ><! ELEMENT 常速前進(jìn)時(shí)滿舵旋回時(shí)間 (#PCDATA) ><! ELEMENT 全速前進(jìn)時(shí)停車至停止前進(jìn)的距離

9、(#PCDATA) ><! ELEMENT 全速前進(jìn)時(shí)停車至停止前進(jìn)的時(shí)間 (#PCDATA) ><! ELEMENT 常速前進(jìn)時(shí)全速倒車至停止前進(jìn)的距離 (#PCDATA) ><! ELEMENT 常速前進(jìn)時(shí)全速倒車至停止前進(jìn)的時(shí)間 (#PCDATA) ><! ELEMENT 環(huán)境信息(航行水域, 氣象海況, 規(guī)定航路, 交通規(guī)則)><! ELEMENT 航行水域 (#PCDATA) ><! ELEMENT 氣象海況(波浪, 風(fēng)向, 風(fēng)速, 流向, 流速, 能見度)><! ELEMENT 波浪 (#PCDAT

10、A) ><! ELEMENT 風(fēng)向 (#PCDATA) ><! ELEMENT 風(fēng)速 (#PCDATA) ><! ELEMENT 流向 (#PCDATA) ><! ELEMENT 流速 (#PCDATA) ><! ELEMENT 能見度 (#PCDATA) ><! ELEMENT 規(guī)定航路 (#PCDATA) ><! ELEMENT 交通規(guī)則 (#PCDATA) ><! ELEMENT 海事過程(關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn),行動船舶,行動,初始態(tài)勢,行動效果,行動評價(jià))+><! ELEMENT 關(guān)鍵時(shí)間

11、點(diǎn) (#PCDATA) ><! ELEMENT 行動船舶 (#PCDATA) ><! ELEMENT 行動(航向, 航速, 舵角)><! ELEMENT航向 (#PCDATA) ><! ELEMENT 航速 (#PCDATA) ><! ELEMENT 舵角 (#PCDATA) ><! ELEMENT初始態(tài)勢(方位, 距離) ><! ELEMENT 方位 (#PCDATA) ><! ELEMENT 距離 (#PCDATA) ><! ELEMENT 行動效果 (#PCDATA) >&l

12、t;! ELEMENT 行動評價(jià) (#PCDATA) ><! ELEMENT 事故原因(船舶自身原因, 客觀原因 , 直接原因, 間接原因)><! ELEMENT船舶自身原因 (#PCDATA) ><! ELEMENT客觀原因 (#PCDATA) ><! ELEMENT直接原因 (#PCDATA) ><! ELEMENT間接原因 (#PCDATA) ><! ELEMENT 事故后果(船舶損害, 人員傷亡, 污染情況, 備注)><! ELEMENT 船舶損害 (#PCDATA) ><! ELEMENT

13、 人員傷亡 (#PCDATA) ><! ELEMENT 污染情況 (#PCDATA) ><! ELEMENT 備注 (#PCDATA) ><! ELEMENT 事故責(zé)任認(rèn)定及處罰(責(zé)任分配, 處罰, 參考規(guī)則, 法官解釋, 備注)><! ELEMENT 責(zé)任分配 (#PCDATA) ><! ELEMENT 處罰 (#PCDATA) ><! ELEMENT 參考規(guī)則 (#PCDATA) ><! ELEMENT 法官解釋 (#PCDATA) ><! ELEMENT 備注 (#PCDATA) >四、

14、海事案例XML文檔與數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)換在實(shí)現(xiàn)了基于XML的海事案例知識表示以后，案例庫中的案例錄入，就可以實(shí)現(xiàn)人工錄入和自動錄入相結(jié)合。對于船舶事故匯編資料和司法文件中記載的大量海事案例，以及最近發(fā)生的還沒有匯編入冊的海事案例，可以通過人工錄入方法，根據(jù)上文給出的海事案例的邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解，然后將它們輸入到海事案例數(shù)據(jù)庫中。而對于那些已經(jīng)用XML表示的結(jié)構(gòu)化海事案例（包括本地系統(tǒng)中的案例和遠(yuǎn)程系統(tǒng)中的案例），分析程序根據(jù)海事案例DTD檢驗(yàn)XML文檔的合法性，然后運(yùn)用XML文檔與關(guān)系數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)換接口將海事案例XML轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)庫特征值，然后把它們輸入到海事案例數(shù)據(jù)庫中，實(shí)現(xiàn)海事案例的自動錄入。圖

15、1表示了海事案例數(shù)據(jù)的人工錄入和自動錄入的示意圖。圖1 海事案例數(shù)據(jù)的錄入將海事案例XML文檔轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)時(shí)，首先通過DOM（Document Object Model）接口，在內(nèi)存中將XML文檔的數(shù)據(jù)對象表示成一棵DOM樹；然后利用Navigation API，根據(jù)節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)間的關(guān)系遍歷整棵DOM樹，并對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行任意的讀寫操作，把XML文檔中的信息存儲到數(shù)據(jù)庫中。此外，也可以用SAX（Simple API for XML）接口，以XML文檔中標(biāo)記開始和結(jié)束等事件的標(biāo)記為基礎(chǔ)，通過Callback機(jī)制，將XML文檔轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容。 我們已經(jīng)建立了海事案例庫的原型，利用XML文檔，可以如

16、圖2那樣實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：首先將源數(shù)據(jù)庫中的海事案例內(nèi)容轉(zhuǎn)換為XML文檔，然后通過英特網(wǎng)（Internet）運(yùn)用HTTP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議傳輸海事案例XML文檔，最后運(yùn)用XML文檔與關(guān)系數(shù)據(jù)庫的轉(zhuǎn)換接口把XML文檔轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)不同案例庫之間的海事案例數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程交換。在海事案例數(shù)據(jù)的動態(tài)傳輸和交換中，XML文檔與數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)換是至關(guān)重要的，該轉(zhuǎn)換接口可以用JAVA和C+等語言實(shí)現(xiàn)。圖2 海事案例數(shù)據(jù)庫之間遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換 對于海事案例文檔的顯示，我們可以根據(jù)不同的顯示要求，編寫相應(yīng)的CSS（Cascade Style Sheet，級聯(lián)樣式表）和XSL（eXtensible

17、 Stylesheet Language，擴(kuò)展樣式表語言）文件，格式化海事案例的顯示方式。使案例數(shù)據(jù)能夠以文字、表格、圖像、聲音、視頻和動畫等多種形式表現(xiàn)出來；使用戶能夠與計(jì)算機(jī)交互，只要按一下熱鏈接，就可以直接連接到相關(guān)的案例和圖形，方便用戶對相關(guān)資料的查詢和引用。目前PC機(jī)上普遍使用的Internet Explorer和Netscape瀏覽器，都能夠很好地支持用CSS和XSL格式化的海事案例XML文檔。五、結(jié)束語 數(shù)字化海事案例數(shù)據(jù)庫有力地解決了當(dāng)前存在的案例資料分散存儲，不利于查詢、共享和重用的弊端；而本文提出的基于XML的海事案例信息表示，又是我們在研究和開發(fā)基于CBR的船舶避碰決策系

18、統(tǒng)中摸索出來的適合于各種不同系統(tǒng)間交換案例數(shù)據(jù)的方法，有力地解決了不同航海部門的各種不同系統(tǒng)之間的海事案例數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程交換。利用XML表示海事案例數(shù)據(jù)，任何地方、任何時(shí)候發(fā)生的船舶碰撞事故，都可以自動地、及時(shí)地公布到全球各航海部門的系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)案例庫中的海事案例的自動更新和自動補(bǔ)充，進(jìn)一步提高了海事案例庫的實(shí)用性、共享性和重用性。參考文獻(xiàn)：1 Elliotte Rusty Harold. XML 1.1 Bible(Third Edition). Wiley Publishing, Inc. 20042 Bergmann, R., Stahl, S.: Similarity Measures for Object-Oriented Case Representations. In SmythB.,Cunningham,