（管理科学与工程专业论文）基于multiagent的瓦斯联网系统的研究与应用.pdf

摘要随着多a g e n t 技术和管理科学的发展，及国家对煤炭安全的重视，在煤炭生产企业中进行安全隐患监控和报警系统信息化管理，为煤炭行业提供解决安全隐患决策支持，进而建立起有效的预防和排除煤炭安全隐患的支持系统是提高煤炭行业安全管理水平的研究方向。本文从云南省富源县的实际情况出发，通过系统工程、管理科学以及环境工程的理论和方法并结合信息系统技术，对“基于m u l t i _ a g e n t 的瓦斯联网系统原型的研究和设计”进行研究。鉴于此，本文对基于m u l t i - a g e n t 的瓦斯联网系统的体系结构进行了研究，运用统一建模语言( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e u m l ) 及其建模工具r a t i o n a lr o s e 进行了系统的分析与设计，并在基于c 群的n e t 开发环境下对原型系统进行了初步开发。本文主要工作包括以下几点：首先，本文研究了瓦斯联网系统的体系结构，建立了基于m u l t i - a g e n t 的瓦斯联网系统体系结构模型，为以后各个阶段的分析与设计提供了框架依据；其次，运用u m l 进行了系统分析与设计，建立了包括用例模型，分析模型、设计模型和实现模型的若干模型；再次，运用u m l 进行了数据库的分析与设计，包括对实时数据库、基础信息数据库、历史数据库进行了设计；最后，明确了系统的开发环境，并利用v i s u a ls t a d i 0 2 0 0 3 进行了原型系统的初步开发，同时以云南省富源县为实例对瓦斯联网系统的实施进行了介绍，并且总结了实施经验。应用表明该系统具有界面友好、操作方便、实用性强、扩展性能好等特点，能够灵活、准确、直观地为煤炭企业提供及时准确的实时矿井数据处理功能，并为各级管理机构提供排除隐患决策方案支持，从而增强了的煤炭企业对隐患历史数据进行分析和判断的能力，提高煤炭安全管理工作的科学性和智能化水平。关键词：m u l t i - a g e n ts 统一建模语言；层次分析法；x m l ；w e bs e r v i c e ；s o a pa b s t r a c tw i t ht h ed e v e l o p m e n to f t h et e c h n o l o g yo f a g e n ta n dm a n a g e m e n ts c i e n c e ，a n dw i t ht h eo u rc o u n t r yt a k ei na c c o u n to nt h es a f e t yo fc o a lp r o d u c t ，s oc o n s t r u c tt h ei n f o r m a t i o ns y s t e mo fs a f e l yp r o d u c ta n dh a z a r ds u p e r v i s o rf o rt h ec o a le n t e r p r i s e ，a n dp r o v i d et h ed e c i s i o ns u p p o r tf o rt h ec o a li r a d e t h et h e m eb a s e do nt h es i t u a t i o no ft h ec i t yo ff u y u a no ft h ep r o v i n c eo fy u n n a n ，u s i n gt h es y s t e me n g i n e e r i n gm a n a g e m e n ts c i e n c ea n de n v i r o n m e n tm a n a g e m e n tt h e o r ya n dj o i n i n gt h ei n f o r m a t i o ns y s t e mt e c h n o l o g y , s t u d i e dt h eb a s e d0 1 1m u l t i - a g e n tc i - h - p r e w a r m i n gw e ba r c h e t y p e sr e s e a r c ha n dd e s i g n f i r s t l y , s t u d i e dt h es t r u c t u r eo ft h es y s t e m s ，c o n s t r u c t e dt h em o d e lo fb a s e do nm u l t i a g e n ts y s t e m s p r o v i d e dt h es l r u c t u r ef o u n d a t i o no fn e x tr e s e a r c hs t a g e ；s e c o n d l y ，u s i n gu m lo nt h es y s t e ma n a l y s i sa n dd e s i g n ，a n db u i l d i n gs o m eu s ee a s em o d e l ，l o g i c a lm o d e l ，d e s i g n i n gm o d e la n do b j e c tm o d e le t c ；t h i r d l y ，u s i n gu mo nt h ea n a l y s i sa n dd e s i g no fd a t a b a s e ，b u i l d i n gs o m ee - rm o d e l ；a tl a s t ，t h ea u t h o rp r o v i d e dt h ee n v i r o n m e n to ft h es y s t e md e v e l o p m e n t ，a n db u i l d i n gt h ea r c h e t y p eo ft h es y s t e mu s i n gt h et o o lp a c k a g eo fv i s u a ls t a d i 0 2 0 0 3 ，a n dp r o v i d e dt h ec a s eo ft h ei n f o r m a t i o ns y s t e mi m p l e m e n t i n g ，t h r o u g ht h ep r o c e s s i n go fa p p l y i n gt h ep r o j e c t ，t h ea u t h o rg o tm a n yi m p l e m e n te x p e r i e n c eo f t h es o f t w a r ep r o j e c t f r o mt h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o n ，i ts h o w e dt h a tt h ei l s 创fi n t e r f a c eo ft h i ss y s t e mw a sf r i e n d l y , c o n v e n i e n tt oo p e r a t e ，e a s yt oe x t e n d , a n di tc o u l dp r o v i d ea l l a r o u n dd a t ap r o c e s s i n gf u n c t i o nf o rc o a lp r o d u c te n t e r p r i s e s ，a sw e l la so p t i m a ld e c i s i o n sf o ra d m i n i s t r a n ti n s t i t u t i o n s i nc o n c l u s i o n ，i tc o u l ds t r e n g t h e nt h eh i s t o r y - d a t aa n a l y s i sa b i l i t i e s ，i m p r o v et h es c i e n t i f i co ft h ed e c i s i o n m a k i n g ，a n di m p r o v es c i e n t i f i ca n da u t o m a t e dl e v e lf o rt h ec o a li r a d ea d m i n i s t r a t i o n s k e y w o r d s ：m u l t i - a g e n t ；u m l ；a h p ；x m l ；w e bs e r v i c e ；s o a p独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得云洼王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：金最i 爷签字日期：泖年2 月；日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解丞洼王些盍堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权云洼王丝太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：金爱泽导瓣虢烈襄律签字日期：劲7 年2 月2 日签字日期：驯年肜。日学位论文的主要创新点一、本文应用多a g e n t 技术，发挥单个a g e n t 的反应性和多a g e n t的社会性的特点，实现了对煤炭行业安全隐患预警的智能化管理，建立了多a g e n t 的体系框架，同时提出了应用层次分析法确定安全隐患排除方案的模型，系统的应用使云南省县级煤炭单位的管理水平和信息化水平得到了提高。二、在大型分布式的煤炭联网系统中应用了w e bs e r v i c e s 技术，实现了系统的可移植性、异构性，结合x m l 的规范化协议，使在分布式环境中动态地发布、发现和调用这些a g e n t 实体，快速、高效地构建松耦合、面向组件、独立于实现细节的w e b 应用系统成为了现实。第一章绪论第一章绪论在中国，随着国家国民经济的不断快速发展，对煤炭需求量也越来越大，这就使得煤矿的安全生产管理面临着一个十分严峻的问题，尤其是重、特大伤亡事故屡见报端，据不完全统计，2 0 0 3 年中国煤炭产量占世界产量的3 5 ，可事故伤亡人数却占8 0 。在这些事故中，瓦斯爆炸又占绝大多数。这其中固然有很多因素。但各煤矿生产企业安全监测不完备、管理手段落后也是造成事故频发的重要原因之一。但是新的理论和技术的应用还是较落后于国外，尤其是在县级煤炭企业的信息技术的应用更足落后。1 1 我国煤炭行业现状目前，煤矿安全事故不断发生，其中重要原因之一是企业的安全生产“长效机制”还没有真正建立起来，企业安全生产信息手段落后，矿井安全监测监控体系不健全，除瓦斯监控设备外，井下生产监测监控系统，比如温度、电力、压力、提升、运输等监测设备也是不能令人满意。另外，对于安全生产的监管来说，信息快速、实时的收集非常重要，但当前煤炭管理部门，特别是有些最前端的重点采煤县，信息化装备十分落后，多数还是传统的人工管理，有些煤矿甚至根本不具备计算机报送数据的能力。因此，在行业管理难度大，地域广、人员少、任务重的情况下，除了强行在仍未安装安全生产监控设备的各煤矿，安装操作简单、适用的监控主机、井下监控分站、瓦斯断点仪及各种传感器实现矿井瓦斯的连续检测监控外，采用信息化的手段利用一种可靠的稳定的传输方式来对各煤矿的安全生产监控系统信息进行实时监控，强化监控管理力度已迫在眉睫、势在必行，同时也是提高行业管理水平和管理绩效的有效途径。随着国家煤炭行业体制改革的不断深化、现代信息技术的飞速发展，煤炭管理信息化将为煤炭工业的可持续发展提供良好的条件；煤炭行业的管理信息形式标准化、信息传递规范化以及信息内容系统化、安全生产监测监控自动化、是煤炭行业应用系统的必然趋势。综上所述，在总结安全生产管理经验的基础上，利用计算机技术、通讯技术和网络技术，开发煤炭安全生产综合信息系统并在实际中应用是很有必要的、而且是及时的，更是煤炭管理部门管理创新和技术进步的要求，从而进一步提高煤炭安全生产的整体管理水平。第一章绪论1 2 国内外研究现状1 2 1 国外的研究现状：美国的n i i i p c i ”1 ( n a t i o n a li n d u s t r i a li n f o r m a t i o ni n f r a s t r u c t u r ep r o t o c o l sc o n s o r t i u m ) ，从事关于利用w w w 技术、c o r b a 技术和a g e n t 技术进行信息集成的研究。他们提出了n i i i p 参考结构，建立了在制造执行系统( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ，m e s l 4 s 蛔) 基础上的复用技术方案s m p r t ( s o l u t i o n sf o rm 匣s - a d a p t a b l er e p l i e a b l et e c h n o l o g y , s m a r t ) 。d z e n g 和k s y c a r a 提出了一个经济竞价协商模型。它强调学习功能，其中的a g e n t 保存交互信息，在观察它们的环境和其他a g e n t 行为以后，应用一定方法更新它们的信念。s i k o r a 和s h a w 针对信息系统的协调与集成，研究了用a g e n t 对车间和决策支持系统进行封装【捌。日本m i t s u b i s h i 电气公司的美国信息技术中心开发了a g e n t 系统。它是利用j a v a 开发的移动a g e n t ，可以利用h t t p 请求传送移动a g e n t 代码。h e n r il o t h i a n 开发了分布式软件结构中的智能代理平台g e n i e ，它主要研究了m u l t i a g e n t 通信、分布式问题的解决、m u l t i a g e n t 平台的设计与实现问题。斯坦福大学和麻省理工学院主要研究基于k q m l 【5 9 1 语言的a g e n t 通讯机制，以适应多种不同的m u l t i a g e n t 系统。在国外，特别是工业发达的西方国家，m u l t i a g e n t 系统已经进行实际应用，成为一种正规的、普遍使用的信息系统。成功应用的例子大量出现，其软件和硬件已商品化和通用化。1 2 2 我国的研究现状：清华大学的吴澄教授等把c o r b a 与a g e n t 技术结合，提出了柔性的c i m s应用集成平台系统体系结构。浙江大学王树青等提出了支持动态企业模型的m u l t i - a g a n t 系统模型及其获取方法，该模型包括组织结构层和业务处理层两层。由于充分利用了m u l t i a g e n t系统所具有的自治能力、社交能力、反应能力和行为理行等特点，该模型能根据企业的动态组织结构、业务流程进行动态调整，从而有效提高了基于此模型建立的信息系统对动态企业的适应能力并延长了其生命周期。同济大学吴启迪等人提出了采用m u l t i a g e n t 系统进行企业集成的设想，并第一章绪论描述了用于企业集成的m u l t i a g e n t 系统体系结构以及实现方法。南京邮电学院王敏红对虚拟企业的运作与信息交互过程进行了分析与研究，提出了基于c o r b a 和m u l t i a g e n t 技术的虚拟企业信息系统的系统结构及其设计方法，为虚拟企业的有效运作提供信息保证。浙江大学的周伟和浙江经贸职业技术学院的章剑林研究了基于m u l t i - a g e n t的i n t r a n e t 信息系统，在综合分析的基础上运用a g e n t 理论提出了基于m u l t i - a g e n t 的i n t r a n e tm i sl 2 6 模型。清华大学的陶丹在分析m u l t i - a g e n t 系统与动态联盟企业的共性基础上，提出利用入a g e n t 技术构建一个支持动态联盟的企业信息管理系统，给出了系统结构和a g e n t 结构的设计，并实现了一个简单的联盟企业信息管理系统。深圳大学的赵洋研究了虚拟企业信息系统 4 6 1 的特点和功能，并对基于m u l t i a g e n t 的虚拟企业信息系统的系统结构及其设计方法进行了简要阐述。在国内，目前m u l t i - a g e n t 系统已经广泛用于企业管理、系统开发、故障诊断、城市防火预测、工业监控等方面。随着其它学科的不断发展，尤其是计算机技术和信息技术的巨大进步，m u l t i - a g e n t 理论技术将会随着其它技术的迅速发展而产生突破性进展。1 2 3m u i t j - a g e n t 系统在煤炭监控领域研究m u l t i a g e n t 2 1 】技术在煤炭行业运行调度方面的应用，可以使煤炭调度运行决策更加系统化、科学化、简单化，具有较大的推广应用价值。纵观国内外研究资料，关于煤炭行业运行m i s 和m u l t i a g e n t 方面的研究十分少见，而仅有一些有关煤炭监控理论和部分应用的报导。我国在煤炭井下数据管理方面，对计算机管理信息系统的研究和应用尚处于起步阶段，虽然已有少数地区将计算机应用于对煤炭行业系统的部分信息进行管理，但仅是从企业管理、接口、矿井信息等方面考虑，尚缺少综合性强，通用性好的煤炭信息管理系统，尤其缺少建立在m i s 之上的基于m u l t i a g e n t 的瓦斯联网预警系统。国外自二十世纪五十年代末将计算机技术用于煤炭工业上以来，二十世纪六十年代就开始了对煤炭运输优化调度问题的研究和探索。目前，美国、英国、澳大利亚、俄罗斯等一些城市已基本实现了煤炭行业系统的计算机优化调度管理，并形成了一些较为通用的调度管理软件。近几年，很多学者均发表了关于煤炭监控数据采集预警方法和技术的最新的研究成果。例如地质雷达超前探测地质构造技术、p s 波长距离构造探测技术和煤层瓦斯含量直接测定技术。我国自二十世纪八十年代开始将多代理的智能化技术应用于调度优化理论第一章绪论和应用研究，已经出现了许多成果。比如，洛邦传的多a g e n t 系统的协同调度技术的研究；李高正等智能制造中多a g e n t 系统的研究与应用；师汉民等基于多a g e n t 的网络最优调度理论，提出了运输系统中的最优化调度的分解协调方法；张勇等，建立了工业监控和调度系统优化调度的模型和方法；门敏等从系统工程理论的角度，对煤炭行业的调度系统优化进行了研究。m u l t i a g e n t 系统在煤炭安全监控方面的应用，不仅能将分散在各矿井的实时信息集成起来，虚拟成一个大系统，为管理者全面地实时监控所辖范围内企业的生产过程提供一个集成化的平台，而且能够通过对生产过程数据的再次加工处理，提炼出真正对安全生产决策有用的数据，从而在生产经营管理和实时过程控制之间架起一座桥梁，达到两者之间的信息交换和紧密集成。同时还可以对历史数据进行全方位的分析和挖掘，提高对事故的回顾和分析能力。纵观国内外研究资料，关于煤炭安全监控利用m u l t i a g e n t 系统的研究十分少见，而仅有一些相关理论和部分应用的报导。我国在煤炭安全监控管理方面，对计算机管理信息系统的研究和应用尚处于起步阶段，虽然已有少数地方将计算机应用于对煤炭安全监控系统的部分信息进行管理，但仅是从监测数据的收集、加工分析、追溯分析等方面考虑，尚缺少综合性强，通用性好的煤炭安全监控信息管理系统，尤其缺少建立在m u l t i a g e n t 之上的煤炭安全监控系统。1 3 本文的研究内容和方法1 3 1 研究内容本文是导师所承担的项目中的一部分。笔者通过运用系统工程、管理工程、信息系统工程理论和m u l t i a g e n t 系统理论和方法，结合云南省富源县煤炭局的具体实际情况和煤炭安全管理的相关知识，系统地研究了m u l t i a g e n t 系统在此领域的应用。最后，编制成一套完整的基于m u l t i a g e m 的瓦斯联网系统。本文的研究内容包括以下几个方面【8 】：( 1 ) 运用面向对象的方法建立多a g e n t 类的体系结构，同时实现了与用户接口的有效结合。使不确定性环境下的矿井的实时数据以图形和声音的形象提供给管理者。( 2 ) 以u m l 为建模工具，采用面向对象分析设计过程，结合煤炭安全管理系统的特点，为瓦斯联网系统建立可视化的标准模型。将结构化的目标转化为在多a g e n t 系统中的较为有用的角色，运用用例图定义不同系统之间或同一系统内部的不同角色之间交互的逻辑路径，建立a g e n t 类将a g e n t 的角色映射到具第一章绪论体的a g e n t 类的转化。( 3 ) w e bs e r v i c e 等相关信息技术的有效利用，解决了分布式系统的异构、低效的问题。( 4 ) 建立面向对象模型并映射到关系数据库模式，为模拟计算和科学分析决策提供动态实时的数据支持，并为信息共享提供保证。1 3 2 研究方法本文在开发系统时主要采用如下研究方法：( 1 ) 基于系统工程、管理科学、环境工程、以u m l 3 1 】为建模工具，以d e l p h i5 0和v i s u a ls t a d i 0 2 0 0 3 作为主要的开发平台，以s q l s e r v e r 2 0 0 0 作为后台数据库和i i s 作为w e b 服务器，形成整个系统的开发背景环境。( 2 ) 利用面向对象模型和关系数据库模式的映射技术，开发数据库，利用游标、存储过程、视图、交叉表等技术对数据库中数据进行统计分析。( 3 ) 综合利用了微软n e t 架构的快速开发、安全、高度集成的优点。“) 利用d b m s 中的触发器机制表示基于规则的知识并进行较为简单的推理，在数据库系统内部建立低层的知识库系统；并利用面向对象的编程语言和内嵌其中的s q l 语句表示面向对象的知识并进行了相关的推理。第二章m u l t i a g e n t 系统概述第二章m u i t i - a g e n t 系统概述2 1m u i t i - a g e n t ( m a ) 的基本概念智能体( a g e n t ) 理论是一个控制科学、计算机科学技术、网络与通信技术、信息科学和人工智能中发展很快的前沿领域。目前，a g e n t 已经成为许多领域中通用的概念。它代表着一种新的研究方法的诞生，并推动着人工智能走出低谷从而获得新的生命。智能体理论研究十分重视跨学科之间的横向联系与交叉综合。它所涉及的知识面更是极为广泛，包括计算机科学、人工智能乃至哲学、经济学、社会学、系统论、博弈论等众多的学科领域。已经成为智能控制、分布式控制、机器人、智能交通、计算机集成制造系统调度和优化、复杂问题求解( 特别是分布式求解) 、人机交互系统、决策理论及支持、网络管理、电子商务和信息检索等方面的基本理论和方法。分布式人工智甜7 。”( d i s t r i b u t e da r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ，d a d 中a g e n t 是最基本的概念。一个d a i 系统由多个a g e n t 组成，每个a g e n t 都是一个半自治的系统，a g e n t 之间以及a g e n t 与环境之间并发运营并彼此交互，从而完成对复杂问题的求解。分布式人工智能的研究重点经历了由分布式问题求解到多a g e n t 系统的变迁。近年来，m a s 已经成为人工智能界广泛重视的一个研究方向。虽然不同的领域对a g e n t 的含义赋予不同的意义，但是从计算机的角度来看，a g e n t 是计算机程序，具有自主性、协作性，并且能帮助人类完成一些特定的任务。目前，人工智能界对a g e n t 1 6 j 的定义为，a g e n t 是处于分布式环境中的一个封装好的计算实体，它能够在该环境中灵活、主动地活动以达到为它设计好的目标。a g e n t 具有自主性、交互性、主动性和反应性等，它不仅能作用于自身，而且可以施动作于环境，并能接收环境的反馈信息，重新评估自己的行为；它还能与其他a g e n t 协同工作，a g e n t 系统放松了对集中式、非开放性、顺序控制的限制，提供了分布控制、动态应急处理和并行处理。同时，a g e n t 系统可以降低软件或硬件的费用，提供更快速的问题求解。a g e n t 实体具有以下能力【1 5 j ：( 1 ) 自治能力( a u t o n o m y ) ：a g e n t 的行为不受人或其它a g e n t 的直接干涉，a g e n t 对自己的行为和内部状态具有一定形式的控制；( 2 ) 社会能力( s o c i a la b i l i t y ) ：a g e n t 能够使用一定种类的a g e n t 通讯语言与第二章m u l t i - a g e n t 系统概述其他a g e n t 或人进行交互；( 3 ) 反应能力( r e a c t i v i t y ) ：a g e n t 能够感知环境( 可能是物理环境、其他a g e n t ，使用图形用户接1 2 1 的用户等) ，并且能够及时的对环境中发生的变化做出反应；“) 执行能力( p r o - a c t i v e n e s s ) ：a g e n t 并不只是简单的对环境做出反应，还能够以主动的方式执行面向目标的行为。2 2m a s ( m u l t i - a g e n ts y s t e m ) 及模型2 2 1 单个a g e n t 的描述关于单个a g e n t 的描述，著名学者认为包括下列三个方面的内容：a g e n t 的理论、a g e n t 的结构和a g e n t 的语言，其中前两个方面是目前a g e n t 的研究重点。( 1 ) a g e n t 的理论( a g e n tt h e o r i e s )a g e n t 理论指是用数学的形式来表示a g e n t 的特性以及针对a g e n t 特性进行的推理。a g e n t 具有信息状态( i n f o r m a t i o n a r i t u d e s ) 和取向状态( p r o s t i t u t e s )的意识型系统。其中，信息状态如信念( b e l i e f ) 、知识( k n o w l e d g e ) 、取向状态如愿望( d e s i r e ) 、意图( i n t e n t i o n ) 和承诺( c o m m i t m e n t ) 等。对a g e n t 的各种意识元素进行形式化的描述需要解决语言和语义两个方面的问题。目前得到广泛采用的a g e n t 形式化语言是模态逻辑及各种便体，在语义方面则可能是世界语义。模态逻辑语言在传统的谓词逻辑中增加了模态算子( 不是真值函数) 。如：b e l ( x ，p ) ，表示x 相信p ，它的成立并不是只依赖于p 的真值。因此模态算子( 如上面的b e l ) 不是真值函数，这也正是传统的谓词不能表示a g e n t 意识状态的原因。在可能世界语义中，使用可能世界之间的可达关系( a c c e s s i b i l i t y r e l a t i o n )来评价真值。通过可达关系，可以确定a g e n t 的可能世界。在所有可能世界中都为“真”的命题，是a g e n t 相信( b e l i e v e ) 的命题。可能世界语义使用了标准模态逻辑作为语言，标准模态逻辑在传统逻辑的基础上增加了两个模态算子：口表示必然性( n e c e s s i t y ) ，表示可能性( p o s s i b i l i t y ) 。对可能世界语义而言，一个必然的命题需要在所有的可能世界中都为“真“，一个可能命题需要在至少一个的可能世界中为真。( 2 ) a g e n t 的结构【2 习( a g e n ta r c h i t e c t u r e s )a g e n t 的结构指的是a g e n t 的软件工程模型，目前较为典型的a g e n t 结构有第二章m u l t i a g e n t 系统概述以下三种：慎思型结构( d e l i b e r a t i v e a r c h i t e c t u r e s ) ；基于n e w e l l 和s i m o n 的物理符号系统假设，a g e n t 的内部维持着对世界的表示，具有能用一定形式的符号推理加以修正的心理状态。反应型结构( r e a c t i v ea r c h i t e c t u r e s ) ：起源于b r o o k s 的思想基于简单的情景行为规则进行实施决策、产生行为。混合型结构( h y b r i da r c h i t e c t u r e s ) ：慎思型结构和反应型结构的结合，一个a g e n t 由两个子系统构成：慎思子系统，包含符号化的世界模型，用符号人工智能方法进行规划和决策；反应子系统：能够在不使用复杂推理的情况下对环境中的事件做出及时的反应。( 3 ) a g e n t 的语言( a g e n tl a n g u a g e s )a g e n t 的语言指的是用于a g e n t 编程的软件系统，如面向a g e n t 编程( a g e n to r i e n t e dp r o g r a m m i n g ，a o p ) 。同时，也有大量的研究者认为，研究一种专门的面向a g e n t 的编程语言是不必要的，或者时机尚未成熟，取而代之的是使用已有的一些语言，如面向队形的高级编程语言、知识表示语言来开发和实现基于a g e n t 的系统。2 3 2m a s 的描述从应用出发，l v i a s 1 9 描述需要解决以下三个方面的问题：a g e n t 之间的交互协议、a g e n t 之间的通讯语言和a g e n t 之间的数据传输机制，这三个问题分别构成了a g e n t 交互的知识层、语言层和通讯层。三个层次是相互关联的：交互协议的具体内容通过通讯语言进行传递，使用通讯语言进行的消息传输又以一定的数据传输机制为基础。( 1 ) 研究a g e n t 的交互协议，实现a g e n t 之间的协调，具有以下的重要意义：1 ) 防止系统出现混乱甚至混沌：因为各个a g e n t 仅仅具有局部的系统视图、目标和知识，因此在a g e n t 之间可能存在相互的冲突。2 ) 满足全局约束：一个多a g e n t 系统往往需要满足一定的全局约束。3 ) 处理不同a g e n t 行动之间的相关性：因为a g e n t 的目标经常是相互依赖的。4 ) 适应能力、信息和资源的天然分布：不同的a g e n t 具有不同的能力，具有不同的信息、资源、责任和限制等，没有任何一个a g e n t 具有完成问题求解所需的所有能力、信息和资源。因此，只有相互协作的多个a g e n t 能够共同完成问题求解的任务。5 ) 提高问题求解效率：即使单个a g e n t 能够独立运营，如果一个a g e n t 发现第二章m u l t i - a g e n t 系统概述的信息可以为另一个a g e n t 所用，那么这两个a g e n t 就能够以更快的速度完成问题的求解。a g e n t 协调是分布式人工智能的研究热点之一，常见的a g e n t 协调方法有合同网方法和协商方法，合同网方法是一种高层的a g e n t 交互协议，也是a g e n t系统的一种组织结构。它引入了市场中的招标一投标一中标机制，定义了a g e n t之间的信息关系、控制关系以及问题求解能力的分布模型，是结构和控制的有机结合。协商是得到广泛研究的一种协调机制，协商中的各个a g e n t 彼此交换各自目标，直到达成一个能为各方接受的协议。目前，研究者已经提出了多种a g e n t 协商模型，如：面向服务的协商的模型，顺序决策模型等。同时，还对各种协商技术进行了分类：1 ) 基于博弈论的协商；2 ) 基于规划的协商；3 ) 受人类协商方式启发的，结合多种人工智能技术的协商。( 2 ) a g e n t 之间的通讯语言( 语言层)定义a g e n t 通讯语言的语法和语义，实现a g e m 之间的消息传递。目前，知道查询和处理语言k q m l 5 s ( k n o w l e d g eq u e r ym a n i p u l a t i o n ) 已经成为a g e n t通讯语言的事实标准。k q m l 既是一种消息格式也是一种消息处理协议，能够为a g e n t 之间的互操作和知识共享提供支持。2 3 多代理系统( m a s ) 体系结构人们在研究人类职能中发现，人类活动大部分都涉及多个人构成的社会团体，大型复杂问题的求解需要多个专业人员或组织协作完成，“协作”是人类智能行为的主要表现形式之一。m a s l 2 4 3 作为分布式人工智能系统( d a d 的一个重要分支，正是研究多个a g e n t 之间的合作。m a s 体系结构是指系统a g e n t 之间的信息关系和控制关系，以及问题求解能力的分布模式。在早期的m a s 研究中p s阶段) 已有许多经典的d a i 组织结构如：1 l d a v i s 和r s m i t h 提出的合同网概念、v r l e s s e r 和d c o r k i l l 研究的分布式车辆监控测试床( d v m t ) 中提出的功能精确协作求解模型。到了9 0 年代人们对m a s 的研究更注重多a g e n t 协作，多a g e n t的知识、意图、规划、行为协调甚至达到协作是m a s 研究的主要目标。其中比较著名的结构有：m 结构、o m a rb e l a d a r 提供的m a s 的开发平台( c o p r o m 合作协议建模) 、s i m a g e n t 系统提供的a g e n t 开发工具集以及d a i s y 的面向对象的d a i 系统等等。总结已有的研究，m a s 的典型结构主要有：第二章m u l t i - a g e n t 系统概述1 ) 智能主体结构：m a s 中每个a g e n t 是完全自治的、独立的、平等的，若采用招标、竟标方式，则一般设立一个任务报告板，公布任务。2 ) 联邦式结构：联邦式结构的特点是主体之间的交互通过管理来实现，管理a g e n t 提供一系列的服务以支持a g e n t 之间的交互，具有保证全局最优化的协商机制。求解a g e n t 可以动态地连接到管理a g e n t 上，通过管理a g e n t 进行互操作。3 ) 利用知识转换器进行通讯的结构：提供网络通讯、协调各不同领域的a g e n t 的交互，适用不同领域a g e n t 的集成。比较典型的是s t a n df o r d 大学的p a c t 项目，利用并行工程的思想，建立一个设计系统，支持多学科人员共同开发产品。第三章基于m u l t i a g e n t 的瓦斯联网系统的体系结构的研究第三章基于m uiti - a g e n t 的瓦斯联网系统的体系结构的研究3 1 分布式m a s 瓦斯联网系统的体系结构框架通过对云南省富源县煤矿的实际环境的特点和业务之间相互关系的深入分析后，构建了此实时报警的体系结构。实时预警系统主要由矿井监测和数据采集、预警和险情解决方案三个业务子系统构成。在信息技术的支撑下，实时预警系统功能表现为，以矿井采集数据为基础，加工分析数据为核心，根据行业规范和方针形成有效的解决方案为最终目的，这三者相辅相成，缺一不可。( 1 ) 矿井监测和数据采集系统作为实时预警系统的源头系统，通过应用重庆煤科院的煤矿监测系统提供的接口，可以有效的把矿下数据通过相应的接口程序读取，并且通过光纤上传到数据采集服务器。上传时间间隔为l o 秒。矿井数据通过服务器端程序存储到服务器数据库。其中井下数据体包括：模拟量、开关量、控制量、调节量、计数量、累计量。矿井监测和数据采集系统主要包括：客户端数据上传系统、服务器接收系统、数据分发系统。其中，客户端数据上传系统主要负责把矿井的井下数据采集并上传到服务器上。而服务器接收系统把客户端上传的数据存储到中心数据库服务器中。最后在分别发布到备份数据库、实时数据库中。( 2 ) 网络预警系统主要是对采集上来的井下数据进行加工分析，分析参数包括模拟量中的甲烷、温度、负压、风速、c o 、c 0 2 、水位、烟雾等，根据这些参数的数据值生成实时监控曲线，并且同时对达到安全隐患临界点的参数，确定其矿井编号或是设备参数，向所在矿井发布语音报警。同时提交决策支持系统处理。当然还有对开关量和控制量的加工分析，通过分析可以挖掘井下设备的使用和维修情况，以及在此设备上隐患发生的次数。对其控制量的分析加工，可以发现其矿井管理的情况，主要解决矿井频繁断电的问题。网络预警系统是实时监控系统的核心，是加强煤矿管理的中心，也是加强煤矿信息化的重点。此系统的有效的运转既可以提高煤矿的安全生产水平，又提高了煤矿企业的管理水平。( 3 ) 隐患排除支持系统第三章基于m u l t i - a g e n t 的瓦斯联网系统的体系结构的研究对于网络预警系统提供的数据，发掘其安全隐患。并且根据预警系统分析的结果，确定隐患的原因，主要包括：设备原因、矿井的管理维护原因和人为因素。最后根据国家的煤炭安全规范和煤炭管理制度和方针政策，给出解决办法。一般包括矿井的停产维修、设备复检、设备报废、人员的培训。隐患排除支持系统是解决安全隐患的重心，也是避免瓦斯爆炸的关键一环。3 2 分布式m a s 瓦斯联网系统体系结构中a g e n t 的规划3 2 1a g e n t 管理器a g e n t 管理器主要负责管理系统中a g e n t 相关信息，为其他实体及协调a g e n t服务，主要功能有：( 1 ) 提供a g e n t 目录服务。每个a g e n t 采用a c l 消息向a g e n t 管理器注册、注销、修改、查询a g e i l t 服务。这样a g e n t a 和w e bs e r v i c e s 实体通过与a g e n t 管理器交互就可以动态获取其他a g e n t 的功能接口，从而与其他a g e n t 进行通信以获取所需要的信息或调用其服务。( 2 ) 提供生命周期服务。a g e n t 可以动态地添加到多a g e n t 系统中，但是需要在a g e n t 管理器中进行注册。这样，a g e n t 管理器维持a g e n t 标识目录和a g e n t 状态信息。在状态改变时，a g e n t 管理器及时更新保存的状态参数值。( 3 ) 提供资源管理服务，负责系统中资源的注册服务。采用统一资源名字u r n u n i v e r s a lr e s o u r c e n a m e ) 来命名系统中的各种资源，如文件、打印机等。同时，a g e n t 管理器保存有本地数据站点的有关信息，如本地数据的形式、数据库管理系统、业务数据库表结构、数据范围等。3 2 2 数据获取a g e n t数据获取a g e n t 的作用是用来获取实时上传矿井的井下数据体信息，并负责把这些实时数据信息上传给服务器端数据存储a g e n t ，该a g e n t 以实时方式运行，并在没有故障的时候处于循环检测状态，也可以称为休眠状态，其中的传感器用来承担感知是否有数据上的作用，当有数据上传，此传感器就会启动。数据获取a g e n t 按功能来讲属于客户端运行篚j a g e n t ，主要是获取通过煤科院的传感器上传的数据。同时把数据上传到服务器端的数据存储a g e n t 。第三章基于m u l t i - a g e n t 的瓦斯联网系统的体系结构的研究3 2 3 数据存储a g e n t数据存储a g e n t 主要的作用是把客户端数据获取a g e n t _ j 2 传的数据进行存储、分发，上传来得数据既要存储到备份数据库中作为历史记录，同时要存储到实时数据库保证每个矿井的实时数据的需求。并且也是预警分析a g e n t 的数据来源。3 2 4 数据h a t 分析a g e n t预警分析a g e n t 的作用是处理数据获取a g e n t 传递过来的实时井下信息，然后调用相应的知识库分析、判断此条数据体中的模拟量、开关量等信息，并将分析结果上传至用户接【3 a g e n t ，并由后者直观显示给用户，以便用户和隐患决策a g e n t 进行后续处理。3 2 5 隐患决策a g e n t隐患决策a g e n t ) b 了快速排除安全隐患，采用分层式的隐患排除方法可以提高隐患排除的及时性。由于井下的信息数据体包括：模拟量信息、开关量信息、控制量信息、调节量信息、计数量信息、累计量信息。获取到这些信息后由严重程度和优先级分为：模拟量信息、开关量信息、控制量信息，因此隐患决策a g e n t可以分层排除隐患。隐患决策a g e n t 按上述理论可以细分为模拟量分析a g e n t ，开关量分析a g e n t 、控制量分析a g e n t 。模拟量分析a g e n t 用来分析甲烷、温度、负压、风速、c o 、c 0 2 、水位、烟雾等参数的状态，从而判定采取适当的解决方案。开关量分析a g e n t 用来分析主扇开停、局扇开停、风门传感器、风桶传感器、水泵开停、皮带开停、馈电等参数的信息，并可以进行计数累计，为加强设备管理提供数据。3 2 6 用户接口a g e n t负责提供图形界面