（电力系统及其自动化专业论文）基于soap协议的ems平台中的多agent通信研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 随着电力市场工作的开展，传统集中式的能量管理系统( e n e r g ym a n a g e m e n t s y s t e m ，e m s ) 已日益难以适应市场环境的多变特点。在对多a g e n t 系统( m u l t i a g e n t s y s t e m ，m a s ) 和本体论相关知识进行研究的基础上，考虑将i e c6 1 9 7 0 公共信息模 型( c o m m o ni n f 0 珊a t i o nm o d e l ，c i m ) 作为e m s 领域的数据本体，建立了能量管 理系统的领域本体体系结构。从e m s 的功能和应用出发，提出了一种新型开放式 的面向e m s 平台的多智能体结构框架。并采用当前流行的w 曲s e r y i c e 技术中的简 单对象访问协议( s i m p l eo b j e c t a c c e s sp r o t o c o l ，s o a p ) 进行多a g e n t 间的直接数 据传输，设计了多智能体交互的通信机制，并在j 2 e e 平台下对所提出的多a g e n t 通信机制进行了实现。这种体系结构能够满足新一代e m s 日益提高的可靠性和互 操作性的需求，并符合通过i n t e m e t 进行电力系统信息交互的发展趋势。 关键词：智能体，能量管理系统，本体论，s o a p ，x m l a bs t r a c t w i t ht h ed c v e l o p m e n t0 fe l e c t r i cp o w e rm a r k e t ，t h ec e n t r a l i z e dl e g a c yc n e r g y m a n a g e m e n ts y s t e m ( e m s ) i sh a r d l ya d a p t i v et ot h ep 0 1 ) r t r o p co fm a r k e te n v i r o n m e n t i n c r e a s i n g l y b a s e do nt h et h e o r yo fm u l t i - a g e n ts y s t e m ( n i a s ) a n do n t o l o g y ；a n d c o n s i d e r e di e c6 1 9 7 0c o m m o ni n f 0 皿a t i o nm o d e l ( c i m ) 舔t h ed a t ao n t o l o g yo fe m s r e g i o n ，t h es t n c t u r eo fo n t o l o g yf o re m si s e s t a b l i s h e d a n dc o n c e m e dw i t ht h e f h n c t i o na n da p p i i c a t i o no fe m s ，an e wa n d0 p e nt y p eo fe m s - o r i e n t e dm u l t i a g e n t a r c h i t e c t u r ci sp f e s e n t e d f u r t h e m o r e ，t h es i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c o l ( s o a p ) i n p r e v a l e n tt e c h n o l o g yo fw e bs e r y i c ei sa d o p t e dt ot r a n s m i td a t aa m o n ga g e n t s ，a n dt h c m u l t i a g e n tc o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s mi sd e s i g n e d l a s t l yt h ep r e s e n t e dm e c h a n i s mi s a c t u a l i z e d0 nt h ep l a t f b n n0 fj 2 e e t h i sa r c h i t e c t u r ec a nm e e tt h ee v e r - i n c r e a s i n g r e q u i r e m e n t s0 fr e l i a b i l i t ya n di n t e r o p e r a b i l i t yf b re m so fn e wg e n e r a t i o n ，a n db e s u i t a b l ef o rt h et r e n d0 fi n f o r m a t i o ni n t e r a c t i o ni np o w e rs y s t e mv i ai n t e m e t w a n gx i a n g n a n ( p o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f s o n gw c i k e y w o r d s ：a g e n t ，e m s ，o n t o i o g y ，s o a p ；x m l 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于s o a p 协议的e m s 平台中 的多a g e n t 通信研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进 行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，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，也不包含为获得华北电力 大学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：工才同! 印日 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不 同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 日期：塑：! ：z日期： 华北电力大学硕士学位论文 1 1课题研究背景和意义 第一章引言 电力系统是一个复杂的系统，电力的供应和生产昼夜不息，变化频繁，具有运 行状态复杂、信息量大等特征。随着电力信息化工作的逐步展开，电力调度部门积 累了大量的基础数据，在这些海量数据中蕴藏着大量未知的、潜在的和有价值的信 息，它们真实地反映了系统的运行规律。电力调度部门在进行决策和分析时，既要 有输电网和配电网的资料，还需要一些外部数据，如气象资料、省域网的部分资料 数据等，并要求能挖掘出数据之间的相互关联。很显然传统的能量管理系统( e n e r g y m 柚a g e m e n ts y s t e m ，e m s ) 的模式已越来越难以适应决策分析的需求【1 1 。 i t 信息技术的进步和电力市场的发展，加上电力系统几次大停电事故引起的震 撼，使得传统的能量管理系统面临着诸多机遇和挑战，如何充分利用计算机和通信 技术的有利支持，开发新一代的能量管理系统，建立适应市场环境的电网安全保证 体系，已成为当前各方关注的一个热点。 为了有效地应对所面临的机遇和挑战，新一代的能量管理系统应在继承以往成 果的基础上、紧跟信息技术的发展，遵循i e c6 1 9 7 0 的e m s a p lc i m 标准，使用可 视化的建模语言来开发系统和应用程序，并着重解决好以下三个主要问题： ( 1 ) s c a d a e m s 与交易管理系统的功能划分，密切配合、高效协作完成调度 交易中心任务。新一代能量管理系统除了应具有能方便地组合、增减的模块化功能 以适应与交易管理系统的功能划分外，还要求交易管理系统增加诸如对可传输容量 的校核等功能，全方位建立电网的安全防护机制。 ( 2 ) 紧跟国际标准，建立三网( 调度专用网、企业内联网、因特网) 和两库( 实 时数据库、管理数据库) 的信息平台，解决好安全防护问题。信息开放性的关键是 标准化，i e c6 1 9 7 0 已通过电力市场涉及到财务、资产等管理领域，为一体化的信 息平台打下了基础。因此，新一代的e m s 高级应用软件，应按基于构件的面向对 象编程，从信息共享发展到方法共享，提高应用之间的开放水平。 ( 3 ) 正常、紧急和恢复控制三位一体，建立安全防护体系。这就涉及到将传 统的继电保护和稳定补救系统纳入e m s 管理，增加实时信息采集量，实现综合的 故障和扰动分析、超实时系统仿真；建立广域测量系统( w a m s ) ，实现快速准确的 状态估计；以及进一步实现继电保护和稳定补救系统的自适应控制等。 在当前针对新型e m s 所采取的应对措施和研发过程中，其工作的共同特点主 要是采用集中式方法来解决实时分布式系统的问题。这种集中式问题求解的优点， 华北电力大学硕士学位论文 具有全局信息的支持，容易得到精确解，但必需付出通过通信网络进行信息集成的 代价。电力系统固有的分布特性，使得上述过程的集中式问题求解结构显得日益难 以适应市场环境的多变特点。特别是像电力系统这样复杂的实时系统，不仅信息量 大、而且传输速度要求快、完整性要求高，尤其是分秒必争的紧急状态和恢复状态， 可能带来以下两个问题：1 ) 信息传输的瓶颈问题；2 ) 通信故障情况下的应急处理。 兴起于2 0 世纪8 0 年代后期的分布式人工智能中的智能体a g e n t 技术的应用， 可为上述分布式问题的解决提供一种有效的方法。a g e n t 是将知识和使用它的一组 操作或过程封装在一起而得到的一个实体，并通过相关a g e n t 间的协作组成多a g e n t 系统( m u l t i a g e n ts y s t e m ，m a s ) ，来解决复杂的全局性问题。在利用m a s 进行 问题求解的过程中，系统内部或不同多a g e n t 系统之间的各个异构a g e n t 必须通过 通信才能实现知识与信息的共享，进而分工合作解决复杂的问题。 当前国内外对a g e n t 通信语言( a g e n tc o m m u n i c a t i o nl a n g u a g e ，a c l ) 的研究 主要集中在知识查询与操纵语言( k h o w l e d g eq u e r ya n dm a n i p u l a t i o nl a n g u a g e ， k q m l ) 和f i p a ( t i h ef o u n d a t i o nf o ri n t e l l i g e n tp h y s i c a la g e n t s ) 协会提出的f i p a a c l 规范。其中k q m l 是第一个使用的a c l 且应用较为广泛，但经过多年的使用和检 验，还是有许多不足之处：如不同的k q m l 系统不能进行互操作，没有一个固定的 规范标准去实现通信机制等。当代发展迅猛的w 曲s e r v i c e 技术中的简单对象访问 协议( s i m p l e0 b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ，s 吼廿) 为解决上述问题提供了一种有效途径。 s o a p 是基于可扩展标记语言( e x t e n s i b i em a r k u pl 丑n g u a g e ，x m l ) 而建立的 一种通信协议，它为在松散耦合的分布式环境中进行对象间通讯提供了一种简单的 轻量级机制。s m 址的优势主要体现在以下几个方面： ( 1 ) s o a p 使用已有的、普遍应用的技术。s o a p 支持i n t e m e t 传输协议；采 用x m l 作为传输数据的方式；定义了一个统一的远程过程调用和响应的表达方式。 ( 2 ) s o a p 使用标准的h t t p 协议，可以跨越防火墙。 ( 3 ) 能够使用任何编程语言完成s o 肿体系的应用开发。s o a p 消息可以在 i n t e m e t 上从一个对象发送到另一个对象，而不必关心对象的类型。 在s o a p 出现前的分布式通信协议如o m g 组织制定的公共对象请求代理体系 结构( c o r b a ) ，微软公司提出的分布式组件对象模型( c o m d c o m ) ，以及s u n 公司提出的远程方法调用( r m l ) ，这些协议都可以用自己的方式解决问题，但没有 一种协议可以相互兼容，它们的优越性只是在单一厂商条件下才能得以充分的体 现，这意味着基于c o r b a 和d c o m 的解决方案必须依赖于单一的应用程序，又 因为每个系统使用不同的二进制编码，系统间的互操作就很难得到实现。虽然 d c o m 和c o r b a 适合于服务器与服务器间的通信，但是对于客户端与服务器之间 2 华北电力大学硕士学位论文 的通信却十分脆弱，尤其当客户程序分布在i n t e m e t 上更是如此。s o a p 的出现为这 个领域带来了结合统一的可能性，它不仅可以把现有的c o r b a 或c o m 应用变成 可以基于i n t e r n e t 调用的服务，并且可以把c o r b a 和c o m 整合起来，成为二者之 间的通信桥梁。由于s o a p 是基于h t r p 进行传输，防火墙绝大多数都对8 0 端口 开放，而该端口正是h t t p 传输网页的端口，所以s o 仙可以穿过防火墙。 1 2课题国内外研究现状 1 2 1a g e n t 技术在电力系统的应用现状 为适应新环境下更为多变的运行方式和更为频繁的电力系统间的数据交互，很 多研究者对新一代的e m s 的结构和功能进行了大量研究，对创建基于a g e n t 技术的 e m s ，国内外一些学者也提出了新的结构模式： 最早全面论述建立电力智能调度系统的文献是文【2 】，由现代能量控制中心的创 始人d y i j a c c 0 发表于1 9 9 7 年。文中仅论述了关于建立自动型调度a o 系统的设想。 其建议将包括动态安全分析、自动学习、操作员仿真培训等在内的多个软件整合于 一体，并使其自动运行，实时监测电网状态，以实现紧急控制的目的。 诸多研发热点中，由美国国防部和电力研究院( e p r i ) 发起、华盛顿大学等4 家单位联合开发的电力基础设施战略防护系统( s t r a t e 西cp o w e ri n f r a s t l l l c t u 他 d e f e n s es y s t e m ，s p i d ) 较为引人注副3 1 。该系统采用三层多a g c n t 结构：底层为反 应层( 包括发电、保护) ，中层为协作层( 包括事件警报过滤、模型更新、故障隔 离、频率稳定、命令翻译) ，高层为认知层( 事件预测、隐藏故障监视、网络重构、 恢复、规划等) 。主要功能有脆弱性评估、故障分析、自愈战略、信息和传感等。 文【4 】提出了基于多a g e n t 的电网运行决策支持系统的体系结构，并对其结构、 功能及决策过程作了详细介绍。但是其论述还停留在理论水平阶段，没有进行实用 化的研究。文【5 】介绍了a g e n t 的定义，个体a g e n t 的组成，a g e n t 的社群及a g e n t 的系统实现。分析了e m s 的特点，指出了a g e n t 技术在其中应用的特点。文中对 a g e n t 的封装及对a g e n t 的类处理很有借鉴意义。 文【6 】提出未来的e m s 将具有异构性、分布性、开放性、动态性的特点，因此 建议在e m s 中应用面向用户的a g e n t 技术以及中介a g e n t 技术解决软件频繁变化的 问题。文【7 】在定义了电网调度管理的多智能体模型的基础上，给出了各个a g e n t 个 体间完成协作的合作算法。合作算法包括目标识别、目标分解、任务分配等几个阶 段。文【8 1 为电力市场下的e m s 构建了两层的软件体系结构：市场运作系统( m o s ) 和电力调度系统( p s o s ) 。对前者，采用基于统一知识库的结构，在统一数据库环 境中实现交易和其他电子商务业务：对后者，应采用客户服务器的分布式结构， 3 华北电力大学硕士学位论文 并通过中间件衔接客户和服务器间的服务请求。 1 2 2基于s o a p 技术的多a g e n t 通信研究 上述文献探讨了a g e n t 技术在e m s 平台中的应用研究，但多数都是对其系统框 架的分析和设计，对于其具体的实现方式、方法却讨论的很少，特别是对于多a g e n t 间如何实现通信和互操作等问题都没有做具体的阐述，因而我们有必要具体研究一 下多a g e n t 系统实现通信的运行机制。而有关基于s o 时协议实现多a g e n t 间知识 通信的技术，相关文献也已有所涉及： i b m 提出把a c l 构建在s o a p 之上的体系结构模型以实现w 曲s e r v i c e 向语义 网演化后的通信。由美国国家科学基金支持的南加里佛尼亚大学提到将w s d l ， u d d i ，s o a p 与a c l 捆绑实现w 曲s e r v i c e s 上的智能化、语义化1 9 1 。为了实现语义 网上知识库的共享，浙江大学吴朝晖教授建立了知识库网格( k n o w l e d g eb a s eg r i d ) ， 并提出了一套知识通信协议规则【1 0 j 。 文【1 1 】在研究移动代理以及s o a p 通信的基础上，提出了一种新型的基于s o a p 通信的移动代理体系结构，并用相关的模型和技术，将基于s o a p 通信的移动代 理系统进行了实现。文【1 2 】在k q m l 和f i p a a c l 语言的基础上提出通用a g e n t 通 信语言的概念，阐述了构建通用a c l 的重要性和可行性，且深入讨论了一个基于 x m l 的a g e n t 通信框架，并给出了实例。在文【1 3 】中，介绍了w 曲服务和本体的概 念，提出一个集成a g e n t 和w 曲服务的基于本体的智能化w 曲服务( i n t e l l i g e n tw 曲 s e i c e ，i w s ) 框架，并通过s o a p 协议实现两个a g e n t 之间的k q m l 通信。 从上述文献中可以得知，在针对智能e m s 的研究上，不论从其功能还是结构 上都存在着很多不同的看法，目前还都停留在理论研究的阶段，对于a g e n t 间的通 信运行机制也未给予详细的描述，且大都还未将这些想法尝试应用于实际系统中。 1 3 本文主要内容 本文在研究多a g e n t 系统以及s o a p 通信技术的基础上，提出了一种新型的面 向e m s 平台的m a s 体系结构，其主要研究内容包括： 在分析多a g e n t 系统知识的基础上，基于l e c6 1 9 7 0c i m 的本体理论，对 面向e m s 平台的m a s 框架进行了设计与建模。 基于k q m l 原语、x m l 语言和s 0 肿消息通信的原理，实现了用x m l 格 式来表述k o m l 语言的执行原语的研究，对e m s 平台中的基于s o a p 技 术的多a g e n t 通信机制进行了深入探讨。 基于前面的研究与论证，利用已建立的模型和相关技术，在j 2 e e 平台上将 基于s o a p 消息的多a g e n t 系统的通信机制进行了实现。 4 华北电力大学硕士学位论文 第二章基于本体论的多智能体型e m s 建模 2 1 多a g e n t 系统( m a s ) a g e n t 技术的提出 近年来，随着计算机技术的不断发展和应用的广泛普及，并随着国际互联网络 的出现和发展，计算机软件系统结构和计算机组织结构的复杂性不断增加，从而为 软件系统的开发提出了更多、更复杂的要求，如可伸缩性、多功能性、可重用性、 鲁棒性、一致性等。软件系统的设计也越来越向个性化、智能化方向发展，一些大 型软件系统纷纷采用了人工智能( a n i f i c i a li n t e l l i g e n c c ，灿) 的技术。因此可以说 智能化、分布式是未来软件设计的方向。 2 0 世纪7 0 年代，a g e n t 的概念出现于分布式人工智能( d i s t r i b u t e da n i f i c i a l i n t e l l i g e n c c ，d 触) 中，在8 0 年代后期成长起来。a g e n t 的原意是。代理 ，即一个 人代表另一个人或( 另) 一个组织去完成某件( 些) 事情。在计算机领域，a g e n t 是一种在分布式系统或协作系统中能持续自主地发挥作用的计算实体，常简称为 “智能体 。由于分布并行处理技术、面向对象技术、计算机网络技术，特别是i n t e r n e t 和w w w 技术的发展，a g e n t 不仅成为越和计算机领域最活跃的研究内容之一， 而且引起了科学界、教育界、工业界甚至娱乐界的广泛关注。 当代对于a g e n t 的研究可以划分为两个阶段：第一阶段( 1 9 7 7 1 9 9 0 年) 的研 究内容集中在慎思型a g e n t ；第二阶段( 1 9 9 0 年至今) 的研究内容集中在a g e n t 理 论、体系结构和通信语言上。1 9 9 5 年w b o l d r i d g c 和j e 加i n g s 给出了a g e n t 的两种 定义【1 5 l ，并认为a g e n t 是处于某个环境中的计算机系统，该系统有能力在这个环境 中自主行动以实现其设计目标。 ( 1 ) 弱定义：a g e n t 是一个基于软件或硬件的计算机系统，这是从广义的角度 来规定a g e n t 的特性：自治性( a u t o n o m y ) 、社会能力( s o c i a b i l i t y ) 、反应能力 ( r e a c t i v i t y ) 和自发性( p r 0 一a c t i v e n e s s ) 。a g e n t 的弱定义使得a g e n t 广泛地应用 于诸如人机界面、通信、软件工程和搜索引擎等领域。 ( 2 ) 强定义：一些触的研究者认为，a g e n t 除了应具有以上定义的特性外， 还应该具有通常人类才具有的特性，如：知识、信念、意图、承诺等心智状态。 总之，对于不同的领域，a g e n t 还可以给出更多的解释，目前还没有一个公认 的一般性准则来定义它。一般将a g e n t 描述为是一种能作用于自身和环境并对环境 能做出反应的抽象实体。a g e n t 除了具有上述的自治性、社交能力、反应能力和自 5 华北电力大学硕士学位论文 发性等特性外，普遍认为a g e n t 还可具备以下的属性：适应性( a d a p t i v e ) 、智能 性( i n t e l l i g e n t ) 、交互性( i n t e r a c t i v i t y ) 、协调性( c o o r d i n a t i o n ) 、合作性( c 0 0 p e r a t i o n ) 、 合理性( r a t i o 舱l i t y ) 、诚实性( v c r a c i t y ) 、连续性( c o n t i n u i t y ) 等。 2 1 2a g e n t 的结构 a g e n t 的结构是一个关于如何建造a g e n t 的方法问题，应当说明a g e n t 如何分 解为一组模块，以及这些模块是如何相互作用而组合形成一个有机整体的。一般认 为，a g e n t 有如下三种类型的系统结构： 1 、慎思型结构( d e l i b e r a t i v e 心c h i t e c t u r e ) 慎思型a g e n t 也称为认知型a g e n t 或思考型a g e n t ，最大的特点就是将a g e n t 看作是一种意识系统。选择什么样的意识态度来刻画a g e n t 是建造此类个体所首要 考虑的问题。不同的a g e n t 模型或系统对意识态度有不同的认识和分类观点。 慎思型a g e n t 是建立在人工智能的符号机制的基础之上的，是一个显式的符号 模型，包括环境和智能行为的逻辑推理能力。它保持了经典越的传统，是一种基 于知识的系统。这种结构的a g e n t 与具体的领域知识不同，具有知识表示、问题求 解表示、环境表示和具体通信协议等。图2 - 1 给出了慎思型a g e n t 的结构框图。 a g e n t 传感器 r 1 ， 内部状态卜_ 叫 信息融合 环 -_ 知识库卜 叫规划 目标卜叫 动作 境 l 效应器 lj 图2 1 慎思型a g e n t 框图 2 、反应型结构( r e a c t i v em c h i t e c t u r e ) 传统人工智能的问题几乎没有改变地反映在慎思型a g e n t 中，主要缺点在于其 僵硬的结构。慎思a g e n t 的符号算法一般为理想的，经常导致高的复杂度。在动态 环境下，对于相关情景在满足质量标准的前提下要求快速反应，比规划优化更重要。 从上面的讨论可以看出，符号a i 的特点和种种限制给慎思型a g e n t 带来了很 多尚未解决、甚至根本无法解决的问题，这就导致了反应型a g e n t 的出现。反应型 a g e n t 的支持者们认为，a g e n t 的智能取决于感知和行动，a g e n t 不需要知识，不需 要表示，也不需要推理，a g e n t 可以像人类一样逐步进化，a g e n t 的行为只能在现实 世界与周围环境的交互作用中表现出来。与慎思型a g e n t 不同，反应型a g e n t 则不 6 华北电力大学硕士学位论文 包含用符号表示的世界模型，并且不使用复杂的符号推理( 见图2 2 ) 。 a g e n t传感器 r1 当前世界 环 ，厂五：、 瓣作卜叫动i ” 境 ： 效应器 l 图2 2 反应型a g e n t 框图 3 、混合型结构( h y b r i d 缸c h i t e c t u r e ) 反应型a g e n t 能及时而快速地响应外来信息和环境的变化，但其智能程度较低， 也缺乏足够的灵活性。慎思型a g e n t 具有较高的智能，但无法对环境的变化做出快 速响应，而且执行效率相对较低。而混合型a g e n t 综合了二者的优点，具有较强的 灵活性和快速的响应性。混合结构的系统通常被设计成至少包括如下两部分的层次 结构：高层是一个包含符号世界模型的认知层，它用传统符号舢的方式处理规划 和进行决策；低层是一个能快速响应和处理环境中突发事件的反应层，它不使用任 何符号表示和推理系统。从当前的应用现状来看，混合型a g e n t 由于集中了上述两 种a g e n t 的优点而成为当前的研究热点。但无论采用哪种系统的结构，个体a g e n t 的模型都要包括几个基本的组成部分，如图2 3 所示： 一 事件监测模块 卜 通 外部环境 感知 i 心智与决策推理模块 l 信 1 刚 外部环境l 环境 + l j 模块 jl 模 ， i 士k 杯士曾“l 一 。n i ”1 。优叭 i 一 块 吕r 2 1 3 m a s 的基本理论 图2 3 个体a g e n t 的基本结构 多a g e n t 系统( m u l t i a g e n ts y s t e m ，m a s ) 是由分布在网络上的多个a g e n t 松 散耦合而成的大型复杂系统，这些a g e n t 相互作用以解决由单一个体的能力和知识 所不能处理的复杂问题。它研究的是一组自治的a g e n t 行为的协调，这些a g e n t 怎 样协调它们的知识、目标、技巧和规划，联合起来采取行动或求解问题。在m a s 中的a g e n t 可能有一个求解的目标，也可能有多个交互的目标。 由于近年来i n t e r n e t 的迅猛发展，m a s 的研究已不再局限于传统的分布式人工 7 华北电力大学硕士学位论文 智能d m 之中。以前对于m a s 的研究主要是从面向合作的视点出发，现在则趋向 于考虑a g e n t 应具有什么样的结构、能力才能在一个有限时间约束、开放的多a g e n t 环境中自主地行动、决策以及与其它a g e n t 交流。关于m a s 的研究已成为人工智 能，甚至是计算机科学的研究热点。 开发多a g e n t 系统比开发单个a g e n t 要复杂得多，而且目前设计和建造多a g e n t 系统还缺乏经验知识，也没有高质量的软件工具支持，甚至在系统建造过程中某些 概念和观点还难以达成共识，有以下两个关键问题应予以认真考虑： ( 1 ) 通信：m a s 中，不同a g e n t 之间及a g e n t 与环境之间需要信息的交互， 以便进行协商与协作，共同完成目标。a g e n t 之间的交互是a g e n t 社会性的重要体 现，也是a g e n t 区别于传统舢系统的重要属性，更是m a s 研究的核心问题。因为 a g e n t 之间的通信是产生智能的重要手段，a g e n t 必须通过通信来解决经验、能力、 资源和信息的有限性问题，同时通信是处理m a s 中冲突和竞争等关系的重要途径。 ( 2 ) 协作：在开放、动态的多a g e n t 环境下，具有不同目标的多个a g e n t 必须 对其目标、资源的使用进行协调。在出现资源冲突时，若没有很好的协调，就有可 能出现死锁，使得多个a g e n t 无法进行各自的下一步工作。多a g e n t 系统中，协作 不仅能提高系统的整体行为的性能，增强a g e n t 及多a g e n t 系统解决问题的能力， 还能使系统具有更好的灵活性。 2 2 本体论知识应用能量管理系统e m s 2 2 1本体的提出及其定义 本体论( o n t o l o g y ) 的概念最初起源于哲学领域，并在很长一段时期内都是哲 学研究的一个分支。古希腊哲学家亚里士多德( 崩s t o t i e ) 定义0 n t o l o g y 为“对世 界客观存在物的系统的描述，即存在论，也就是说o n t o i o g y 是客观存在的一个系 统的解释或说明，它关心的是客观现实的抽象本质1 1 9 j 。2 0 世纪9 0 年代，信息科学 的发展面临着种种新难题，特别是随着因特网的快速发展，如何管理和维护海量信 息并为用户提供有效的服务成为一项重要而迫切的研究内容。为适应这些要求， o n t o l o g y 作为一种能在语义和知识层次上描述信息系统概念的建模工具，从一产生 就引起了国外众多科研人员的关注，并在计算机的许多领域得到了广泛应用。 近年来，o n t o l o g y 这个哲学范畴，被人工智能界赋予了新的定义。1 9 9 1 年n e c h e s 等人最早给出o n t o l o g y 在舢中的定义：“给出构成相关领域词汇的基本术语和关 系，以及利用这些术语和关系构成的规定这些词汇外延规则的定义 。后来在信息 系统、知识系统等领域，随着越来越多的人研究0 n t o l o g y ，产生了不同的定义。1 9 9 3 年g m b e r 定义0 n t o l o g y 为“概念模型的明确的规范说明 。1 9 9 7 年b o r s t 进一步完 8 华北电力大学硕士学位论文 善为“共享概念模型的形式化规范说明 。s t u d e r 等人对上述两个定义进行了深入研 究，认为“0 n t o l o g y 是共享概念模型的明确的形式化规范说明”，这也是目前对 o n t o l o g y 概念的统一看法。 尽管定义有很多不同的方式，但是从内涵上来看，不同研究者对于o n t o l o g y 的 认识是统一的，都把它当作是领域内部不同主体( 人、机器、软件系统等) 之间进 行交流( 对话、互操作、共享等) 的一种语义基础，即由o n t o l o g y 提供一种共识。 2 2 2 本体研究的内容和作用 本体关注的内容，主要有以下两个方面： ( 1 ) o n t o l o g y 理论：o n t o l o g y 需要在理论上研究怎么合理地表示现实世界中 的客观和抽象知识，包括概念和概念分类、确定概念之间的关系类型以及o n t o i o g y 上的代数等。 ( 2 ) o n t o l o g y 工程：o n t o l o g y 作为通信、互操作和系统工程的基础，必须经 过精心的设计。o n t o l o g y 的创建过程需要一套完善的工程化的系统方法来支持，大 多o n t o l o g y 只是针对某个具体领域或应用而创建的。在实际应用中，当现实的知识 体系发生变化时，先前创建的o n t o l o g y 也要随之扩展、演化和更新。 本体的作用主要有以下几点： ( 1 ) 通信：本体能为不同个体之间的通讯提供共同的词汇。 ( 2 ) 互操作：本体可在不同的建模方法、语言和软件工具之间进行翻译和映 射，以实现不同系统之间的互操作和集成。 ( 3 ) 重用：本体的分析澄清了领域知识的结构，从而为知识表示打好基础。 本体可以重用，从而避免重复的领域知识分析。 ( 4 ) 知识获取和共享：当构造基于知识的系统时，用已有的本体作为起点和 基础来指导知识的获取，可以提高其速度和可靠性。同时统一的术语和概念使知识 共享成为可能。 2 2 3 本体的建模 o n t o l o g y 是一种组织知识的艺术，构造出的领域本体可以使计算机对该领域的 信息处理大为方便。建立本体模型的过程可分为非形式化和形式化两个阶段。在非 形式化阶段本体模型是用自然语言和图表来描述，如下文讨论的图2 4 就是用概念 图来表示本体，形成本体原型；在形式化阶段则通过知识表示语言( 如f 、r d f 和x m l 等) 把本体模型进行编码，形成便于人们交流的、无歧义的、可被计算机 软件识别和解释的本体。下面介绍两种常用的方法： 9 华北电力大学硕士学位论文 1 、p e n z 等人的分类法 p e r e z 等人归纳出5 个基本建模元语：即类( c l a s s ) 或概念( c o n c e p t ) 、关系 ( r e l a t i o n ) 、函数( f u n c t i o n ) 、公理( a x i o m ) 和实例( i n s t a n c e ) 。类或概念表示 对象的集合；关系表示领域中概念之间的交互作用；函数是一类特殊的关系，该关 系的前万一1 个元素可以惟一确定第万个元素；公理代表永真断言；实例代表元素， 从语义上讲它表示的就是对象。关系在o n t o l o g y 中非常重要，基本的关系共有4 种： p a n o f ( p ) 表达概念之间部分与整体的关系；尉n d o f ( k ) 表达概念之间的继承关 系，类似于面向对象中的父子类之间的关系；i n s t 距c e o f ( i ) 表达概念的实例与概 念之间的关系，类似于面向对象中的对象和类之间的关系；a t t r i b u t e o f ( a ) 表达 某个概念是另一个概念的属性。在实际建模过程中，概念之间的关系不仅限于这4 种关系，可以根据领域的具体情况定义相应的关系。图2 4 是一个简单的有向图( 概 念图) 来表示一个本体的实例( 双箭头表示的是同一概念) ： 电力设备 i 电力变压器 接线方式 a 型号 某厂生产的电力变压景 p 某厂生产的电力变压器l 上 型号 图2 - 4 本体的一个实例 ! 一s f 】p z 9 - 1 2 0 伽o ，l l o 2 、m i k eu s c h o i d 硒n g 的骨架法 骨架法提供了开发本体的指导方针，建立本体的方法如图2 5 所示【2 0 】： 确定本体应用 的目的和范围 本体的建立 符合 本体的分析 不符合 检验 本体的表示 本体的评价 图2 5 骨架法流程图 ( 1 ) 确定本体应用的目的和范围：这是建立本体的第一步，以文档的形式说 明开发本体的目的和领域，明确为什么要开发本体，预期本体的用途和最终用户。 ( 2 ) 本体的分析：这个过程一般需要该领域专家的参与，定义本体所有术语 的意思及其之间的关系。这一阶段是本体开发的重点。 ( 3 ) 本体的表示：一般用语意模型来表示本体。 ( 4 ) 本体的评价和检验：建立本体的基本标准是清晰性、一致性、完整性和 可扩展性。清晰性就是本体中的术语应被无歧义地定义：一致性是术语之间关系逻 1 0 华北电力大学硕士学位论文 辑上应当一致；完整性是指本体中的概念及其关系应当是完整的，应包含该领域的 所有概念；可扩展性则是指在该领域不断发展时能加入新的概念。 ( 5 ) 本体的建立：对所建的本体按以上的标准进行检验，符合要求的可以以 文件的形式存放，否则转到( 2 ) ，重新进行分析、表示和评价检验。 2 3ie c6 19 7 0cim 2 3 1le c6 19 7 0 标准和clm 简介 国际电工委员会( i n t e m a t i o n a le l e c t r o t e c h n i c a lc o m m i s s i o n ，i e c ) 是一个全球 性的标准化组织，其目的是讨论和制定电工与电子领域内的各种标准，促成国际间 的合作。c6 1 9 7 0 系列标准是由m c 第5 7 技术委员会第1 3 工作组发布的定义e m s 应用程序接口( a p p l i c a t i 佃p r o 酉锄i n t e r f a c e ，时i ) 的标准。此标准的提出是基于 美国e p r i 的控制中心应用接口c c a p i 的研究项目。 c6 1 9 7 0 系列标准由5 个主要部分组成【2 1 l ：分别是导则和基本要求、术语、 公共信息模型( c o m m o ni n f 0 加a t i o nm o d e l ，c i m ) 和两个级别的组件接口规范 ( c o m p o n e n ti n t e r f a c es p e c i f i c a t i o n ，c i s ) 。其目的和意义在于：1 ) 便于来自不同 厂家的e m s 内部各应用的集成；2 ) 便于e m s 与调度中心内部其它系统的互联；3 ) 便于不同调度中心e m s 之间的模型交换。 公共信息模型c i m 为e m s 的量测、网络连接和设备特性等应用组件提供了详 细的模型，给出了电力系统复杂的逻辑视图。c i m 是一个抽象的模型，采用面向对 象的方法来定义，并使用统一建模语言( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ，u m l ) 对类、 属性以及它们之间的关系进行了描述。c i m ( i e c6 1 9 7 0p a n3 x x ) 包括3 0 1 一公共 信息模型基础；3 0 2 一财务和发电计划；3 0 3 一s q 蛆a 三个部分。3 0 1 定义了c i m 基本软件包的集合，提供了e m s 信息物理方面的逻辑视图：3 0 2 定义了财务和能量 计划( 交易计划) 的逻辑视图；3 0 3 定义了s c a d a 逻辑视图。 c i m 是e m s a p i 构架的一部分。用c i m 规定即用对象的类、属性、关系来表 示电力系统的资源，使独立开发的e m s 应用、系统和关系电力系统运行的其它系 统之间的集成简单化。需要指出的是，c i m 不是数据库，而仅仅是数据模型。遵从 c i m 意味着公用接口的数据表示符合c i m 的3 方面要求：1 ) 语义：命名和数据的 意义；2 ) 词法：数据类型；3 ) 关系：根据c i m 与其他部分的关系，可以找到与此 相关的数据。由于c i m 覆盖了电力系统的大部分领域，对于应用来说，只需要实现 所关注的领域的c l m 模型。同时随着电力系统出现新的设备，在新设备的c i m 标 准出来之前，c i m 可以自己扩展【2 2 1 。 2 3 2cim 的基本结构 华北电力大学硕士学位论文 c l m 是i e c6 1 9 7 0 系列规范的基础，它表示了在电力公共企业中的所有主要对 象，特别是那些与运行有关的对象。c l m 应用被定义成很多包，每一个包中包含一 个或多个类图，用图形表示该包中的所有类和它们之间的关系。包的选择是为了使 模型更易于设计、理解和查看。公共信息模型是由一整套包所组成，模型元件的对 象实体可以具有跨包的关联，每一个应用可以使用几个包所表示的信息。 对e m s 应用而言，就是类与对象以通用的方式对电力系统中需要表示的模型 进行建模。类是对现实世界中发现的对象的描述，例如变压器、发电机和负荷等， 它们都是e m s 中整个电力系统模型的一部分。整个e m s 应用中的c i m 分为下面几 个包，同时再将包分成组，以此作为一个单独的标准文件【2 1 1 。 l 、i e c6 1 9 7 0 - p a r t3 0 l ( 1 ) 核心( c o r c ) 包：这个包包含1 4 个类，包含核心电力系统资源和导电设 备实体，这些实体被所有的应用程序及这些实体的公共集合所共享。并不是所有的 应用程序需要所有的c o r e 实体。 ( 2 ) 域( d o m a i n ) 包：域包包含1 2 2 个类，是量与单位的数据字典，定义了 可能被其他任何包中任何类使用的属性的数据类型。此包包含原始数据类型的定 义，包括测量单位和允许值。 ( 3 ) 发电( g