碩士答辯PPT最終

1、1基于Multi-Agent的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)研究導(dǎo)師： 黃友銳教授20112011級碩士研究生畢業(yè)級碩士研究生畢業(yè)論文答辯匯報論文答辯匯報學(xué)生： 王春玲專業(yè)： 控制理論與控制工程2231334內(nèi)容提綱內(nèi)容提綱635緒論緒論基于多基于多Agent的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于多基于多Agent的煤礦安全監(jiān)控仿真系統(tǒng)實現(xiàn)的煤礦安全監(jiān)控仿真系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)系統(tǒng)軟件實現(xiàn)系統(tǒng)軟件實現(xiàn)結(jié)論、展望及致謝結(jié)論、展望及致謝331緒緒 論論2334內(nèi)容提綱內(nèi)容提綱635系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)結(jié)論、展望及致謝結(jié)論、展望及致謝31緒緒 論論基于

2、多基于多Agent的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于多基于多Agent的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)仿真實現(xiàn)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)仿真實現(xiàn)4煤炭產(chǎn)量：煤炭產(chǎn)量：十二五末控制在十二五末控制在39億噸億噸中國工程院中國工程院國家能源發(fā)國家能源發(fā)展戰(zhàn)略展戰(zhàn)略20302050報報告提出告提出2050年煤炭年產(chǎn)量年煤炭年產(chǎn)量控制在控制在30億噸億噸1.1 研究背景及意義52014年，能源結(jié)構(gòu)將進一年，能源結(jié)構(gòu)將進一步優(yōu)化，煤炭消費比重降步優(yōu)化，煤炭消費比重降至至65%左右左右 2050年，煤炭消費比重仍年，煤炭消費比重仍將在將在50%以上以上 煤炭資源是我國未來較長時期內(nèi)能源消費的煤炭資源是我國未來較長時

3、期內(nèi)能源消費的主體主體，煤炭資源供應(yīng)是國，煤炭資源供應(yīng)是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要民經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)基礎(chǔ)，直接關(guān)系到國民經(jīng)濟高速穩(wěn)定發(fā)展，所以保證煤，直接關(guān)系到國民經(jīng)濟高速穩(wěn)定發(fā)展，所以保證煤炭安全高效生產(chǎn)至關(guān)重要。炭安全高效生產(chǎn)至關(guān)重要。煤炭消費所占比重煤炭消費所占比重6安全事故現(xiàn)狀安全事故現(xiàn)狀煤礦各類事故起數(shù)分布（2012）巷道頂板垮冒沖擊地壓沖擊地壓突水突水煤與瓦斯突出煤與瓦斯突出2012年我國年我國煤礦百萬噸死亡率首次降至煤礦百萬噸死亡率首次降至0.5以下達到以下達到0.374，但是事故仍然造成了，但是事故仍然造成了1300人左右的死亡。而人左右的死亡。而早在早在2000年，年，南非南非煤礦

4、百萬噸死亡率僅為煤礦百萬噸死亡率僅為 0.13，波蘭波蘭為為 0.26，美國美國近近十幾年來煤礦死亡人數(shù)甚至都在十幾年來煤礦死亡人數(shù)甚至都在30人人/年以下，可見中國煤礦年以下，可見中國煤礦安全形勢依舊十分嚴峻，煤礦企業(yè)由于建設(shè)年代、所屬企業(yè)性安全形勢依舊十分嚴峻，煤礦企業(yè)由于建設(shè)年代、所屬企業(yè)性質(zhì)不同，安全設(shè)施及系統(tǒng)水平參差不齊，井下傷亡時有發(fā)生。質(zhì)不同，安全設(shè)施及系統(tǒng)水平參差不齊，井下傷亡時有發(fā)生。 71.2煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀432120世紀世紀60年代，年代，空分制信號傳輸技術(shù)空分制信號傳輸技術(shù)的發(fā)展的發(fā)展，代表是，代表是CTT63/40系統(tǒng)系統(tǒng)頻分制的信號傳輸技術(shù)頻分制的信號傳輸

5、技術(shù)的發(fā)展，代表是的發(fā)展，代表是德國德國西門子公司的西門子公司的TST系統(tǒng)。系統(tǒng)。利用利用時分制的信號傳輸方式時分制的信號傳輸方式的發(fā)展，的發(fā)展，以分布式微處理機為基礎(chǔ)以分布式微處理機為基礎(chǔ),以開發(fā)性、集成性和以開發(fā)性、集成性和網(wǎng)絡(luò)化為特征的第四代煤礦監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化為特征的第四代煤礦監(jiān)控系統(tǒng)，美國美國MSA公司公司DAN6400系統(tǒng)和加拿大系統(tǒng)和加拿大Senturion600型系統(tǒng)型系統(tǒng)8我國于上世紀我國于上世紀80年代先后從歐美國家年代先后從歐美國家引進了多種礦井安全監(jiān)控引進了多種礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于多個國有礦業(yè)集團中，并成功應(yīng)用于多個國有礦業(yè)集團中各大研究機構(gòu)在這些系統(tǒng)的基礎(chǔ)

6、上，繼續(xù)開發(fā)創(chuàng)新各大研究機構(gòu)在這些系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)開發(fā)創(chuàng)新開發(fā)出了開發(fā)出了KJ2和和KJ4系統(tǒng)系統(tǒng)隨著國內(nèi)研發(fā)水平、電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機及制造工藝隨著國內(nèi)研發(fā)水平、電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機及制造工藝精度等的提高，滿足煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)需求，各大煤礦設(shè)計院、研精度等的提高，滿足煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)需求，各大煤礦設(shè)計院、研究院，礦業(yè)類院校及具有研發(fā)能力的煤炭企業(yè)，陸續(xù)開發(fā)出究院，礦業(yè)類院校及具有研發(fā)能力的煤炭企業(yè)，陸續(xù)開發(fā)出KJ90、KJ101、KJF2000等一批具有先進水平的監(jiān)控系統(tǒng)等一批具有先進水平的監(jiān)控系統(tǒng)目前，國內(nèi)開發(fā)的煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)可以對甲烷、風(fēng)速、溫度目前，國內(nèi)開發(fā)的煤礦監(jiān)測監(jiān)

7、控系統(tǒng)可以對甲烷、風(fēng)速、溫度煤塵等進行精確監(jiān)測，完成數(shù)據(jù)傳輸，并快速反應(yīng)，實現(xiàn)閉鎖及電煤塵等進行精確監(jiān)測，完成數(shù)據(jù)傳輸，并快速反應(yīng)，實現(xiàn)閉鎖及電力控制，這些系統(tǒng)裝備到國內(nèi)大中型煤礦企業(yè)中，取得了較好的監(jiān)力控制，這些系統(tǒng)裝備到國內(nèi)大中型煤礦企業(yè)中，取得了較好的監(jiān)測效果，為煤礦安全生產(chǎn)提供了有利保障。測效果，為煤礦安全生產(chǎn)提供了有利保障。91.3 目前存在的問題對大量文獻資料的分析表明，安全監(jiān)測現(xiàn)狀與煤礦安全對大量文獻資料的分析表明，安全監(jiān)測現(xiàn)狀與煤礦安全高效生產(chǎn)需求存在較大差距，研究尚不足之處，主要存在高效生產(chǎn)需求存在較大差距，研究尚不足之處，主要存在以下幾個問題：以下幾個問題：問題問題1 問題

8、問題2問題問題3問題問題4煤礦井下傳感煤礦井下傳感器由于設(shè)計、器由于設(shè)計、生產(chǎn)等技術(shù)水生產(chǎn)等技術(shù)水平不同，導(dǎo)致平不同，導(dǎo)致監(jiān)測精度、抗監(jiān)測精度、抗干擾能力各不干擾能力各不相同，同時不相同，同時不同環(huán)境因素的同環(huán)境因素的監(jiān)測有不同的監(jiān)測有不同的傳感器節(jié)點及傳感器節(jié)點及網(wǎng)絡(luò)，其可靠網(wǎng)絡(luò)，其可靠性及性能有待性及性能有待改善改善。煤礦井下安全煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)多采監(jiān)控系統(tǒng)多采用有線傳輸，用有線傳輸，網(wǎng)絡(luò)布置復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)布置復(fù)雜，在井下狹窄，在井下狹窄的生產(chǎn)環(huán)境中的生產(chǎn)環(huán)境中影響生產(chǎn)，并影響生產(chǎn)，并極易導(dǎo)致系統(tǒng)極易導(dǎo)致系統(tǒng)的破壞。的破壞?，F(xiàn) 有 煤 礦 安現(xiàn) 有 煤 礦 安全 監(jiān) 控 系 統(tǒng)全 監(jiān) 控 系

9、 統(tǒng)主 要 采 用 請主 要 采 用 請求求/問答式的問答式的監(jiān)控模式。監(jiān)控模式。煤礦安全事煤礦安全事故發(fā)生后，故發(fā)生后，現(xiàn)有煤礦安現(xiàn)有煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)全監(jiān)控系統(tǒng)無法提供足無法提供足夠的救援信夠的救援信息。息。101.4 研究內(nèi)容通過以上對現(xiàn)有煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展的分析，提出基于多Agent技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)，充分利用多Agent系統(tǒng)“能夠?qū)崟r、動態(tài)、自主地與不斷變化著的外部環(huán)境進行交互”的性質(zhì)，對井下環(huán)境進行監(jiān)測并及時反應(yīng)，采取有效措施避免災(zāi)害事故的發(fā)生。建立基于多Agent理論的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)模型。1選取JADE仿真平臺與Eclipse開發(fā)平臺,開發(fā)基于Multi-Agent的原型煤礦安

10、全監(jiān)控仿真系統(tǒng)。2系統(tǒng)的硬件和軟件實現(xiàn)。311231334內(nèi)容提綱內(nèi)容提綱635緒緒 論論基于多基于多Agent的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于多基于多Agent的煤礦安全監(jiān)控仿真系統(tǒng)實現(xiàn)的煤礦安全監(jiān)控仿真系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)系統(tǒng)軟件實現(xiàn)系統(tǒng)軟件實現(xiàn)結(jié)論、展望及致謝結(jié)論、展望及致謝32基于多基于多Agent煤礦安全監(jiān)控煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)122.1 Agent定義及特征 Agent就是在不同的環(huán)境中，能夠自主的、機靈的設(shè)計自己的行為目標，到達滿足我們設(shè)定的目標的計算機系統(tǒng)。131Agent對其所處的環(huán)境具有感知能力。對其所處的環(huán)境具有感知能力。2Agen

11、t運行過程中，能自行控制自身的行為運行過程中，能自行控制自身的行為其內(nèi)部狀態(tài)也具有各自獨特的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不受人為和其內(nèi)部狀態(tài)也具有各自獨特的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不受人為和其他智能體影響。其他智能體影響。3Agent與其他與其他Agent構(gòu)成一個多構(gòu)成一個多Agent系統(tǒng)，系統(tǒng)，系統(tǒng)中的系統(tǒng)中的Agent之間是互相幫助、除了完成自己的任之間是互相幫助、除了完成自己的任務(wù)外還幫助其他務(wù)外還幫助其他Agent完成一些任務(wù)。完成一些任務(wù)。4。Agent對環(huán)境的反應(yīng)是積極的，有針對性的對環(huán)境的反應(yīng)是積極的，有針對性的有目標的，自主的去實現(xiàn)目標。有目標的，自主的去實現(xiàn)目標。142.2 多Agent系統(tǒng)多Agent系統(tǒng)

12、：一個松散耦合的Agent網(wǎng)絡(luò)，這些Agent通過交互、協(xié)作進行問題求解（所解問題一般是單個Agent能力或知識所不及的）。152.3基于多Agent的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)162.4系統(tǒng)的工作流程172.5Agent間通信與協(xié)作Agent 協(xié)作交互算法如下如：18Agent 協(xié)作交互語言如下如：1931緒緒 論論2334內(nèi)容提綱內(nèi)容提綱635系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)結(jié)論、展望及致謝結(jié)論、展望及致謝基于多基于多Agent的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于多基于多Agent的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)仿真實現(xiàn)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)仿真實現(xiàn)33基于多基于多Agent煤

13、礦安全煤礦安全監(jiān)控仿真系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)控仿真系統(tǒng)實現(xiàn)203.1 JADE 概述JADE實質(zhì)上就是一個軟件開發(fā)框架，符合FIPA準則的智能應(yīng)用程序，可以理解為一個Agent中間件，通過它處理消息傳輸、消息編碼、消息解析以及Agent生存周期等問題。213.2 Eclipse平臺與JADE平臺的集成創(chuàng)建Agent類文件導(dǎo)入JADE庫文件；Eclipse下新建一個Java Project下載安裝Jade創(chuàng)建Agent類文件運行223.3 仿真結(jié)果23231334內(nèi)容提綱內(nèi)容提綱635緒緒 論論基于多基于多Agent的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于多基于多Agent的煤礦安全監(jiān)控仿真系統(tǒng)實現(xiàn)

14、的煤礦安全監(jiān)控仿真系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)系統(tǒng)軟件實現(xiàn)系統(tǒng)軟件實現(xiàn)結(jié)論、展望及致謝結(jié)論、展望及致謝34系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)24在整個多Agent系統(tǒng)中，無線網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)是由管理Agent完成的；同時在整個系統(tǒng)中發(fā)揮著傳遞者的作用，既和下級監(jiān)測Agent通信還和上級主控Agent進行交互，在整個系統(tǒng)中起著關(guān)鍵的作用，因此多Agent系統(tǒng)能否正常穩(wěn)定的工作與管理Agent有密不可分的關(guān)系。4.1管理管理Agent的硬件設(shè)計的硬件設(shè)計25MCU是整個管理Agent的大腦器件，管理Agent的性能取決于MCU的選擇和使用，綜合考慮管理Agent的性能和功能，本文選擇RVR公司的ATm

15、ega128L單片機作為整個系統(tǒng)的微處理器，完成信息的采集與處理和監(jiān)測Agent、主控Agent的通信。4.1.1管理管理Agent的的MCU264.1.2無線網(wǎng)絡(luò)模塊無線網(wǎng)絡(luò)模塊整個模塊中以CC2530為中心主芯片，CC2530加上射頻前端，再加上天線就構(gòu)成了完整的無線通信模塊。274.1.3無線網(wǎng)絡(luò)模塊與無線網(wǎng)絡(luò)模塊與MCU連接連接ATmega128L處理器通過SPI接口訪問CC2530內(nèi)部寄存器和存儲器。ATmega128L向SI接收發(fā)送一個字節(jié)的地址信息，當(dāng)?shù)刂返淖罡呶粸?時，對RAM操作，當(dāng)代地址的最高位為0時，對寄存器操作，訪問寄存器和RAM的地址信息是不同的，當(dāng)?shù)刂沸畔⒌淖罡呶粸?/p>

16、0，第6位為1時，CC2530對ATmega128L指定的地址寄存器讀數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)刂沸畔⒌淖罡呶粸?，第6位為0時，CC2530對ATmega128L指定的地址寄存器寫數(shù)據(jù)，讀寫的數(shù)據(jù)都是16位。284.1.4以太網(wǎng)以太網(wǎng)管理Agent的以太網(wǎng)模塊可以進行監(jiān)測Agent和主控Agent的相互聯(lián)系，并且在其監(jiān)控區(qū)域內(nèi)是唯一的連接途徑。 29監(jiān)測Agent由電源模塊、存儲器模塊、傳感器模塊、無線模塊和JTAG接口模塊組成。4.2監(jiān)測監(jiān)測Agent的硬件設(shè)計的硬件設(shè)計30231334內(nèi)容提綱內(nèi)容提綱635緒緒 論論基于多基于多Agent的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于多基于多Agent

17、的煤礦安全監(jiān)控仿真系統(tǒng)實現(xiàn)的煤礦安全監(jiān)控仿真系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)系統(tǒng)軟件實現(xiàn)系統(tǒng)軟件實現(xiàn)結(jié)論、展望及致謝結(jié)論、展望及致謝35系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)31 5.1 管理管理Agent的軟件設(shè)計的軟件設(shè)計32 5.1.1 無線網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計無線網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計33 5.1.2 以太網(wǎng)軟件設(shè)計以太網(wǎng)軟件設(shè)計層次協(xié)議應(yīng)用層無傳輸層UDP（用戶數(shù)據(jù)協(xié)議）網(wǎng)絡(luò)層IP（網(wǎng)際協(xié)議）鏈路層ARP（地址解析協(xié)議）4字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)4字節(jié)長度可變4字節(jié)長度可變管理Agent的ID號數(shù)據(jù)包長度數(shù)據(jù)包類別對象1的ID號對象1的數(shù)據(jù)對象n的ID號對象n的數(shù)據(jù)34 5.2 監(jiān)測監(jiān)測Agent的軟件設(shè)計的軟件設(shè)

18、計35231334內(nèi)容提綱內(nèi)容提綱635緒緒 論論基于多基于多Agent的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于多基于多Agent的煤礦安全監(jiān)控仿真系統(tǒng)實現(xiàn)的煤礦安全監(jiān)控仿真系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)系統(tǒng)軟件實現(xiàn)系統(tǒng)軟件實現(xiàn)結(jié)論、展望及致謝結(jié)論、展望及致謝36結(jié)論、不足及致謝結(jié)論、不足及致謝36 6.1 主要結(jié)論主要結(jié)論結(jié)論結(jié)論致謝致謝設(shè)計了一個多Agent的智能煤礦安全監(jiān)控模型，系統(tǒng)構(gòu)建了多種類型的Agent，每個Agent通過Agent通信語言進行通信與信息交互、相互配合，共同完成煤礦安全監(jiān)控任務(wù)，并提高系統(tǒng)的執(zhí)行效率和響應(yīng)速度。1 12 2本文選取仿真平臺與Eclips

19、e開發(fā)平臺集成，開發(fā)了基于Multi-Agent的原型煤礦安全監(jiān)控仿真系統(tǒng)，并證明了該監(jiān)測方法的有效性。3 3系統(tǒng)中主要的管理Agent和監(jiān)測Agent通過硬件和軟件的結(jié)合，系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，可以有效地提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和可靠性，從而提高了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的及時性和準確性37 6.2 不足之處不足之處結(jié)論結(jié)論致謝致謝 (1)多Agent的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)仿真系統(tǒng)主要是實現(xiàn)各種Agent的通信與交互，能體現(xiàn)一些Agent的特性，但是沒有充分的體現(xiàn)煤礦復(fù)雜環(huán)境下Agent的學(xué)習(xí)性。后期將著中從復(fù)雜多變的煤礦環(huán)境下Agent如何體現(xiàn)他們的智能型來研究。 (2)多Agent的軟硬件實現(xiàn)部分，管理Agent和主控Agent之間采用的TCP/IP傳輸時，數(shù)據(jù)傳輸層采用的是UDP協(xié)議，并不安全可靠，接下來將從整個系統(tǒng)的安全性能方面來深入研究38 6.3 讀研期間主要科研成果讀研期間主要科研成果結(jié)論結(jié)論致謝致謝1基于移動Agent的煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計2基于移動Agent的煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)研究 與實現(xiàn)3Modeling and Simulation Research of Virtual Environment System of Complex Coalmine Using Multi-Agent4基于移動Agent的煤礦瓦斯信息監(jiān)測系統(tǒng)5多A