王岱斐　倪君

摘 要：本文首先闡述了汽車(chē)火災(zāi)調(diào)查中所獲取的間接證據(jù)對(duì)于失效原因假設(shè)具有多義性的特點(diǎn)，分析了多義性包含著方向性和概率性這兩個(gè)屬性，并指出如忽視概率性，則有可能產(chǎn)生失效原因假設(shè)誤判的風(fēng)險(xiǎn)。接著，介紹了貝葉斯歸納推理，提出通過(guò)數(shù)值化明確假設(shè)概率大小的方法來(lái)避免誤判，并且結(jié)合火災(zāi)的化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)指出應(yīng)同時(shí)進(jìn)行火災(zāi)三要素的假設(shè)并判斷通過(guò)才可接受此假設(shè)。最后建立火災(zāi)調(diào)查貝葉斯歸納推理的流程并以工作中發(fā)生的調(diào)查為例，實(shí)踐了這個(gè)方法，為將來(lái)類(lèi)似的調(diào)查提供了參考。

關(guān)鍵詞：間接證據(jù)多義性;貝葉斯歸納推理;汽車(chē)火災(zāi)調(diào)查

1 引言

由于火焰燃燒對(duì)直接證據(jù)的破壞作用，汽車(chē)火災(zāi)失效調(diào)查中，很難獲取可以直接地、單一地發(fā)現(xiàn)失效原因的直接證據(jù)。因此，調(diào)查時(shí)往往需要使用具有多義性[1]特點(diǎn)的間接證據(jù)。間接證據(jù)的多義性是一個(gè)既有大小又有方向類(lèi)似于矢量的屬性，如圖1所示。它表達(dá)了指向特定假設(shè)可能性的大小（數(shù)學(xué)上稱(chēng)為概率）和指向哪些假設(shè)的方向性。如果忽視這兩個(gè)屬性，就極易導(dǎo)致失效原因假設(shè)的誤判。例如，在行駛中燃燒的車(chē)輛上收集到包含燃油分子和機(jī)油分子的三元催化器，它同時(shí)指向了燃油和機(jī)油這兩個(gè)失效假設(shè)。燃油比機(jī)油的自燃溫度更低，直覺(jué)上燃油導(dǎo)致失效的概率更大。但實(shí)際上由于燃油易揮發(fā)的特點(diǎn)而使得行駛工況下機(jī)油泄漏導(dǎo)致車(chē)輛自燃的概率反而高于燃油泄漏。

為了避免這種誤判，國(guó)內(nèi)外做了大量的研究和探索工作，并得到了許多非常有建設(shè)性和啟發(fā)性的發(fā)現(xiàn)[2][3][4][5]，例如火焰作用中心區(qū)域的鋼板腐蝕行為、伴隨著燃燒過(guò)程的溫度分布和火焰?zhèn)鬟f路徑、受熱銅導(dǎo)線斷面的金相形貌等，這些研究成果在相當(dāng)大的程度上幫助了火災(zāi)調(diào)查從業(yè)人員的工作。但是，這些研究往往是在設(shè)定好的試驗(yàn)條件和失效原因假設(shè)下驗(yàn)證產(chǎn)生的失效證據(jù)，本質(zhì)上是通過(guò)減少不確定因素來(lái)加強(qiáng)間接證據(jù)的方向性，對(duì)于間接證據(jù)的概率性并未做闡述。

為了避免誤判和提高調(diào)查效率，本文通過(guò)對(duì)貝葉斯歸納推理的介紹和應(yīng)用，從推理過(guò)程角度研究如何運(yùn)用已有的知識(shí)和數(shù)據(jù)積累，以確認(rèn)間接證據(jù)指向特定假設(shè)概率的大小。

2 什么是貝葉斯歸納推理

貝葉斯歸納推理是隨著英國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)家和邏輯學(xué)家凱恩斯（J M Keynes）開(kāi)創(chuàng)的現(xiàn)代邏輯推理的發(fā)展，逐漸完善的一種概率推理方法。它包含以下要點(diǎn)：

（1）不同于演繹推理，貝葉斯歸納推理是一種不確定推理，即證據(jù)集的真實(shí)并不蘊(yùn)涵失效原因假設(shè)集的真實(shí)，它只表示證據(jù)集對(duì)失效原因假設(shè)集提供了某種程度的支持;

（2）貝葉斯歸納推理基于貝葉斯概率公式，運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)和歷史數(shù)據(jù)，構(gòu)成先驗(yàn)證據(jù)條件概率集和先驗(yàn)失效原因假設(shè)概率集，結(jié)合新證據(jù)集，計(jì)算后驗(yàn)失效原因假設(shè)條件概率集，后驗(yàn)失效原因假設(shè)條件概率的大小表示了新證據(jù)集對(duì)失效原因假設(shè)集的支持程度大小;

貝葉斯概率公式表達(dá)如下：

設(shè)試驗(yàn)E的失效原因假設(shè)空間為S，A為E的事件，H1，H2，…，Hn為失效原因假設(shè)空間S的一個(gè)劃分，即滿(mǎn)足下列條件：

（1）HiHj=φ，i≠j，i，j=1，2，…，n

（2）

則Hi的后驗(yàn)條件概率表示如下：

這個(gè)公式可以解釋為，對(duì)于新觀察到的證據(jù)A，并且也知道了當(dāng)且僅當(dāng)H1，H2，…，Hn發(fā)生時(shí)A才會(huì)發(fā)生，那么可以基于相對(duì)應(yīng)的先驗(yàn)證據(jù)條件概率和先驗(yàn)假設(shè)概率，得出A證據(jù)發(fā)生的條件下H1，H2，…，Hn發(fā)生的后驗(yàn)概率是多少。進(jìn)而，通過(guò)對(duì)比得知哪一個(gè)失效原因假設(shè)最可能導(dǎo)致證據(jù)發(fā)生。

貝葉斯歸納推理由于非常符合人們對(duì)科學(xué)活動(dòng)的認(rèn)知，即人們進(jìn)行科學(xué)活動(dòng)并非對(duì)一切一無(wú)所知，而是在對(duì)先驗(yàn)知識(shí)有了一定了解的基礎(chǔ)上，通過(guò)觀察新的證據(jù)來(lái)持續(xù)修正先驗(yàn)知識(shí)。因此，它已廣泛應(yīng)用于心理學(xué)、醫(yī)療、決策、商業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，同樣它也適用于火災(zāi)調(diào)查中。

3 構(gòu)建火災(zāi)調(diào)查的貝葉斯歸納推理流程

工程正向開(kāi)發(fā)和售后調(diào)查中，通過(guò)對(duì)各種試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)勘查數(shù)據(jù)的整理，我們可以獲得大量的先驗(yàn)證據(jù)條件概率集和先驗(yàn)失效原因假設(shè)概率集。這些先驗(yàn)知識(shí)通常是以調(diào)查表、案例、錄像、經(jīng)驗(yàn)等半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化的方式存儲(chǔ)在系統(tǒng)或調(diào)查人員的記憶中。在火災(zāi)調(diào)查之初，調(diào)查人員先結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘查的證據(jù)和先驗(yàn)知識(shí)對(duì)失效原因提出各種假設(shè)，并在后續(xù)調(diào)查中結(jié)合新的證據(jù)持續(xù)更新假設(shè)。在以往，正確的失效原因假設(shè)的獲得往往要取決于調(diào)查人員的經(jīng)驗(yàn)或者說(shuō)直覺(jué)。貝葉斯歸納推理對(duì)于失效原因假設(shè)的概率化可以將直覺(jué)轉(zhuǎn)化為可被量化的數(shù)值，從而為選擇正確的失效原因假設(shè)提供指導(dǎo)作用。

火災(zāi)的化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)上一種非期望的氧化還原反應(yīng)。這個(gè)反應(yīng)的三要素為熱量、被氧化物和氧化物，每一個(gè)熱損的證據(jù)必然同時(shí)包含了三要素的信息，火災(zāi)調(diào)查就是對(duì)三要素的調(diào)查。因此，在火災(zāi)失效原因假設(shè)設(shè)定時(shí)，需要同時(shí)考慮起火源點(diǎn)（熱量）、可燃物品（被氧化物）和助燃物品（氧化物）。

建立火災(zāi)調(diào)查貝葉斯歸納推理的流程如下，如圖2所示。

（1）建立失效原因假設(shè)集XHi，例如SHi=起火源點(diǎn)假設(shè)集，F(xiàn)Hi=可燃物品假設(shè)集，OHi=助燃物品假設(shè)集，i=1，2，3，…，n;

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查結(jié)果，建立現(xiàn)場(chǎng)勘查證據(jù)集AK，k=1，2，3，…，m;

（3）根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)和案例庫(kù)，分別計(jì)算先驗(yàn)失效原因假設(shè)概率集P（XHi）和先驗(yàn)證據(jù)條件概率集P（AKXHi）;

（4）根據(jù)貝葉斯歸納推理公式，計(jì)算失效原因假設(shè)在現(xiàn)場(chǎng)勘查證據(jù)集條件下的后驗(yàn)失效原因假設(shè)條件概率集P（XHi|AK）;

（5）選取P（SHi|AK），P（FHi|AK），P（OHi|AK）的最大值所指向的失效原因假設(shè)做為在現(xiàn)有證據(jù)下，最可能的（概率最大的）起火源點(diǎn)假設(shè)、可燃物品假設(shè)和助燃物品假設(shè);

（6）判斷所選取的起火源點(diǎn)假設(shè)、可燃物品假設(shè)和助燃物品假設(shè)是否合理，例如，所選取的起火源點(diǎn)假設(shè)在距離上遠(yuǎn)離所選取的可燃物品假設(shè)則為不合理假設(shè)等，判斷通過(guò)則接受假設(shè)，判斷不通過(guò)則采集更多的證據(jù)進(jìn)行新一輪歸納推理;

下面以實(shí)際案例說(shuō)明此流程的應(yīng)用。

調(diào)查基本信息：用戶(hù)反饋車(chē)輛行駛了約四五百米時(shí)，聞到一股焦糊味。靠邊停車(chē)，打開(kāi)引擎蓋后發(fā)現(xiàn)明火從引擎蓋與周邊零件的縫隙中冒出。用戶(hù)嘗試自救無(wú)法滅火，直至消防車(chē)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，才撲滅了火焰。

現(xiàn)場(chǎng)勘查基本信息：勘查車(chē)輛前艙可燃物基本燒毀，乘員艙內(nèi)未見(jiàn)明顯過(guò)火痕跡，點(diǎn)火鑰匙置于on檔位置。前部鋁制防撞梁燒毀，鋁制散熱器完全燒毀。前艙主副駕駛員側(cè)鋁制發(fā)動(dòng)機(jī)總成安裝支架完全燒毀;電瓶正極線束呈現(xiàn)大電流過(guò)載痕跡;制動(dòng)液壺完全燒毀;燃油管軟管段全部燒毀，燃油箱內(nèi)基本無(wú)燃油殘留;變速箱機(jī)油冷卻管軟管段全部燒毀，有少量變速箱機(jī)油殘留;發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油冷卻器損毀，有少量發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油殘余。車(chē)底三元催化和排氣管位置有多處過(guò)火燃燒痕跡和油液痕跡。

為確定可燃液體的調(diào)查方向，建立貝葉斯推理如下：

（1）建立失效原因假設(shè)集：

FH1：燃油;FH2：制動(dòng)液;FH3：發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油;OH4：變速箱機(jī)油;OH5：其他可燃液體。

（2）建立現(xiàn)場(chǎng)勘查證據(jù)集：

A1：車(chē)輛運(yùn)行2分鐘內(nèi)發(fā)現(xiàn)可見(jiàn)明火;

A2：燃燒過(guò)程中車(chē)輛未熄火;

A3：前部鋁制防撞梁燒毀;

A4：鋁制散熱器完全燒毀;

A5：發(fā)動(dòng)機(jī)總成安裝支架完全燒毀;

A6：電瓶正極線束大電流過(guò)載痕跡;

A7：變速箱機(jī)油冷卻管軟管段全部燒毀;

A8：發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油冷卻器損毀;

A9：車(chē)底多處熱源過(guò)火;

（3）統(tǒng)計(jì)先驗(yàn)失效原因假設(shè)概率集，如表1所示：

（4）統(tǒng)計(jì)先驗(yàn)證據(jù)條件概率集，如表2所示：

（5）計(jì)算后驗(yàn)假設(shè)條件概率集，如表3所示：

（6）選取概率最大的假設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油做為可燃物品假設(shè)。按照此歸納法，依次確認(rèn)起火源點(diǎn)假設(shè)為車(chē)底的三元催化器，助燃物品假設(shè)為大氣中的氧氣，火災(zāi)三要素合理性判斷通過(guò)，接受此假設(shè)。繼續(xù)深入調(diào)查，最后通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油濾清器殘骸，確認(rèn)此次火災(zāi)的根本原因是保養(yǎng)過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油濾清器密封圈未安裝到位導(dǎo)致的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油燃燒火災(zāi)。

4 總結(jié)

汽車(chē)火災(zāi)調(diào)查中，傳統(tǒng)的加強(qiáng)證據(jù)方向性以支持失效原因假設(shè)的方法，不能體現(xiàn)間接證據(jù)指向特定失效原因假設(shè)概率性的特點(diǎn)。因此，迫切的需要一種可以運(yùn)用已有的先驗(yàn)知識(shí)來(lái)明確失效原因假設(shè)概率大小的方法。本文介紹的貝葉斯歸納推理方法有其獨(dú)特的運(yùn)用先驗(yàn)知識(shí)及數(shù)值化體現(xiàn)概率大小的特點(diǎn)，可以有效的運(yùn)用于汽車(chē)火災(zāi)調(diào)查中。

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