面向agent技術(shù)在城軌交通自動監(jiān)控數(shù)字仿真中的應(yīng)用

1、面向agent技術(shù)在城軌交通自動監(jiān)控數(shù)字仿真中的應(yīng)用摘要:針對國產(chǎn)化軌道交通列車自動監(jiān)控(ats)系統(tǒng)建模、仿真方法存在的問題,研究采用agent技術(shù)進(jìn)展軌道交通ats系統(tǒng)全數(shù)字仿真的思路和實(shí)現(xiàn)方法.設(shè)計了基于多agent的系統(tǒng)體系構(gòu)造和語義描繪,建立了6類agent的構(gòu)造模型,并制定了它們的功能屬性和控制流程.采用時間步長法的進(jìn)程推進(jìn)機(jī)制和活動掃描法的仿真策略,在v+6.0開發(fā)環(huán)境下,實(shí)現(xiàn)了ats系統(tǒng)可視化仿真.該方法降低了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜度.系統(tǒng)具有可重用性和可擴(kuò)展性.關(guān)鍵詞:城市軌道交通;面向agent技術(shù);多agent系統(tǒng);自動監(jiān)控;數(shù)字仿真城市軌道交通具有運(yùn)能大、速度快、平安、準(zhǔn)時、乘

2、坐舒適、節(jié)約能源以及可以緩解地面交通擁擠和有利于環(huán)境保護(hù)等多方面的優(yōu)點(diǎn),因此它將在城市市內(nèi)交通中占有重要地位.隨著城市社會經(jīng)濟(jì)的開展和城市化進(jìn)程的加快,城市在交通問題上面臨著越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),采用自動化、智能化的快速軌道交通解決日益嚴(yán)重的城市交通問題已經(jīng)成為城市交通開展的大趨勢.根據(jù)城市軌道交通系統(tǒng)列車運(yùn)行的特征,既要保證列車運(yùn)行平安可靠,又要盡量縮短行車間隔時間和進(jìn)步軌道交通線路的輸送才能,列車運(yùn)行控制系統(tǒng)(autatitrainntrl,at)可以較好地到達(dá)上述目的.at系統(tǒng)由列車超速防護(hù)(autatitrainprtetin,atp)、列車自動駕駛(autatitrainperatin,

3、at)及列車自動監(jiān)控(autatitrainsupervisin,ats)3個子系統(tǒng)構(gòu)成1.ats子系統(tǒng)的功能主要是實(shí)現(xiàn)對列車運(yùn)行的監(jiān)視和控制2,輔助行車調(diào)度人員對全線列車運(yùn)行進(jìn)展管理.對ats系統(tǒng)進(jìn)展全數(shù)字可視化仿真,具有本錢低、高效率、操作方便、易觀測等顯著優(yōu)勢.1面向agent的ats數(shù)字仿真系統(tǒng)體系構(gòu)造的建立面向agent(a)的方法是繼面向數(shù)據(jù)流(df)3、面向數(shù)據(jù)構(gòu)造(ds)、面向?qū)ο?)之后成為新一代的軟件開發(fā)方法.面向agent的軟件系統(tǒng)具有自治性、協(xié)作性、反響性和主動性的根本特性.ats系統(tǒng)是一個龐大的系統(tǒng),采用面向?qū)ο蠓椒ń＿^程復(fù)雜4,同時考慮到ats系統(tǒng)仿真適于分布式仿

4、真,所以非常合適采用agent技術(shù)建模,因為軌道交通系統(tǒng)中對象的屬性隨時間的推移及事件的更新而發(fā)生有規(guī)可循的變化,鑒于ats系統(tǒng)具有這種智能化自動控制的特點(diǎn),所以ats全數(shù)字仿真合適采用agent技術(shù)實(shí)現(xiàn).在ats系統(tǒng)中涉及的因素很多,根據(jù)仿真對象的側(cè)重,作者抽象出6大類agent,即仿真控制中心agent(s-agent)、實(shí)體agent(entity-agent)、仿真環(huán)境agent(ve-agent)、系統(tǒng)agent(syste-agent)、人機(jī)界面agent(i-agent)、運(yùn)行圖agent(td-agent).其中,實(shí)體agent在仿真控制中心agent內(nèi)部,是線路agent(l

5、ine-agent)、信號機(jī)agent(signal-agent)、列車agent(train-agent)和車站agent(statin-agent)4個agent的統(tǒng)稱.系統(tǒng)的體系構(gòu)造被設(shè)計為3層構(gòu)造:控制層、狀態(tài)層和顯示層(見圖1).構(gòu)造中的每一個層次都代表不同的agent,每個agent都是一個高度自治的實(shí)體,具有各自的功能,解決一定的問題,當(dāng)問題需要協(xié)作解決時,它們之間通過消息傳遞和信息共享互相協(xié)作,互相配合,實(shí)現(xiàn)對軌道交通的監(jiān)控與管理.該系統(tǒng)由syste-agent存儲各個agent的狀態(tài)(未觸發(fā)或已觸發(fā))和系統(tǒng)時鐘.系統(tǒng)啟動時,首先由s-agent讀取數(shù)據(jù)庫,初始化ve-agen

6、t、i-agent、系統(tǒng)時鐘比例和初始時間等.在系統(tǒng)按照系統(tǒng)時鐘掃描的一個周期內(nèi),系統(tǒng)事件按照時刻表被觸發(fā),ve-agent中存儲的設(shè)備環(huán)境狀態(tài)發(fā)生變化.該變化被相應(yīng)的entity-agent感知,entity-agent將感知的結(jié)果反映給s-agent,經(jīng)s-agent整合與處理,制定出監(jiān)控策略,下放到ve-agent.改變相應(yīng)設(shè)備狀態(tài),ve-agent再將這些變化與i-agent進(jìn)展通信,i-agent將改變了的設(shè)備重新顯示.td-agent通過ve-agent獲取時刻表信息,并將調(diào)整的列車方案通過ve-agent傳送至s-agent.s-agent是一個智能的知識系統(tǒng),其內(nèi)部的entit

7、y-agent的各個設(shè)備間可實(shí)時進(jìn)展數(shù)據(jù)通訊,s-agent主要負(fù)責(zé)區(qū)段運(yùn)行監(jiān)控任務(wù),實(shí)時進(jìn)展監(jiān)控策略的調(diào)整.各層agent的詳細(xì)功能如下:1仿真控制中心agent.s-agent的職責(zé)是負(fù)責(zé)將列車運(yùn)行方案(列車運(yùn)行圖信息)以及突發(fā)情況下的列車運(yùn)行變更方案實(shí)時下到達(dá)仿真環(huán)境agent,并對反響的信息作出處理,即列車運(yùn)行控制.2仿真環(huán)境agent.ve-agent通過在輸入、輸出通信器總線上偵聽,可以獲取模擬盤上設(shè)備的狀態(tài)(道岔的定、反位等),把這些區(qū)段占用、空閑狀態(tài),線路、車站的構(gòu)成,列車群的運(yùn)行等信息發(fā)送到環(huán)境模型中,控制列車的運(yùn)行方向.向s-agent提供軌道電路占用情況,列車方案的調(diào)整信

8、息,并將處理s-agent的列控編碼輸出寫入仿真環(huán)境中.3底層控制agent.底層控制agent包括線路agent、列車agent、信號機(jī)agent、車站agent.分別接收來自ve-agent的軌道電路控制信息、列車信息、信號機(jī)信息和車站信息,它們并不直接對這些狀態(tài)信息作出處理,而是將其實(shí)時通知給s-agent,由其作出決策.4人機(jī)界面agent.通過i-agent的控制界面,設(shè)置設(shè)備運(yùn)行環(huán)境模型中的線路設(shè)備狀態(tài),實(shí)現(xiàn)特定環(huán)境的仿真.通過i-agent提供的監(jiān)視控制界面,可以觀察列車在線路上運(yùn)行的完好仿真過程.實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制功能,包括初始化條件的選擇、模型的選擇、系統(tǒng)啟動和停頓等功能以及電務(wù)維

9、護(hù)檢測信息的接收和查詢等.各種條件和故障的設(shè)置:軌道電路、信號機(jī)、道岔等設(shè)備的故障設(shè)置;線路斷軌、區(qū)控中心故障等的設(shè)置及測試結(jié)果數(shù)據(jù)的報表輸出.5運(yùn)行圖agent.運(yùn)行圖agent提供用戶操作界面進(jìn)展列車運(yùn)行圖的編制,提供列車運(yùn)行圖繪制修改工具;調(diào)整列車運(yùn)行方案,通過ve-agent向s-agent設(shè)備下達(dá)控制命令.6系統(tǒng)agent.系統(tǒng)agent實(shí)時顯示各個agent子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及協(xié)調(diào)各個agent子系統(tǒng)的系統(tǒng)時鐘,使agent保持同步.2agent的構(gòu)造模型和語義表達(dá)59在本系統(tǒng)中,有兩種構(gòu)造的agent,其中s-agent是混合式agent,這里稱為agenti;entity-agen

10、t,ve-agent,syste-agent,i-agent,td-agent是反響式agent,被統(tǒng)稱為agentii.agenti的構(gòu)造定義為:部分?jǐn)?shù)據(jù)、知識庫、處理過程、處理機(jī)和通信器等,如圖2所示.agentii是不包含符號表示,并且不使用復(fù)雜的符號推理的主體.它僅根據(jù)當(dāng)前環(huán)境狀態(tài)和功能模塊作出相應(yīng)的反響.agent的構(gòu)造定義為:感知器、行為器、功能模塊和通信器.在詳細(xì)實(shí)現(xiàn)中,agent主要由感知模塊、通信模塊、處理模塊、知識庫、信念庫和數(shù)據(jù)庫組成.感知模塊負(fù)責(zé)感知環(huán)境中與問題有關(guān)的信息.它表示agent感知才能,當(dāng)觸發(fā)條件滿足時激活.通信模塊負(fù)責(zé)與其它agent之間可靠的數(shù)據(jù)通信,這

11、里采用端-端基于消息的通信方式.處理模塊是一個推理機(jī)模塊,它使agent具有智能化,可以進(jìn)展復(fù)雜的知識處理.知識庫是指導(dǎo)多agent協(xié)同工作的核心,也是所有智能活動的根據(jù).數(shù)據(jù)庫存放系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù).信念庫存放調(diào)度員的偏好信息,如運(yùn)行圖人工調(diào)整時的參考量等.它與數(shù)據(jù)庫及知識庫的區(qū)別在于存放的數(shù)據(jù)是針對詳細(xì)決策人員的,其大部分信息都是在用戶使用系統(tǒng)過程中形成的偏好信息.agent的語義描繪采用數(shù)理邏輯的范式表達(dá):aid,目的,感知器,通信機(jī)制,信息處理器,效應(yīng)器,知識庫,數(shù)據(jù)庫,信念庫其中各因素又可進(jìn)一步用巴科斯范式(bakus-naurfr,bnf)給出其語義描繪為:agent=aid目的感知器

12、通信機(jī)制效應(yīng)器信息處理器知識庫數(shù)據(jù)庫信念庫aid=agent名目的=任務(wù)表感知器=激活條件信息流通信機(jī)制=通信原語(通信內(nèi)容)通信原語=and|require|aept|rejet|infratin|anel通信內(nèi)容=發(fā)送者接收者時間信息流效應(yīng)器=信息處理名(信息處理描繪)信息處理模塊=控制器類比匹配機(jī)制內(nèi)部執(zhí)行機(jī)制推理機(jī)制控制器=控制命令類比匹配機(jī)制=映射機(jī)制匹配度計算方法內(nèi)部執(zhí)行機(jī)制=內(nèi)部執(zhí)行動作推理機(jī)制=推理規(guī)那么數(shù)據(jù)庫=數(shù)據(jù)庫文件信念庫=數(shù)據(jù)庫文件3系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案系統(tǒng)由仿真數(shù)據(jù)庫為仿真現(xiàn)場提供各種數(shù)據(jù).仿真核心軟件根據(jù)站場及列車信息,按照列車運(yùn)行與信號控制邏輯規(guī)那么模擬出列車的運(yùn)行情況

13、,給以圖像顯示,提供逼真、穩(wěn)定的仿真環(huán)境.仿真數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用sqlserver2000開發(fā),系統(tǒng)核心軟件通過ad對其進(jìn)展訪問.數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)由靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)組成,由數(shù)據(jù)庫管理員系統(tǒng)管理.其中靜態(tài)數(shù)據(jù)由描繪信號點(diǎn)邏輯關(guān)系和時刻表數(shù)據(jù)構(gòu)成.動態(tài)數(shù)據(jù)由系統(tǒng)運(yùn)行后不斷變化的列車信息、信號點(diǎn)狀態(tài)等構(gòu)成.數(shù)據(jù)庫管理員具有一般數(shù)據(jù)庫的維護(hù)管理功能,如數(shù)據(jù)查詢、增加、刪除、修改和報表輸出等.數(shù)據(jù)庫表包括列車時刻表(分為車次信息、車站信息、線路信息等)、信號機(jī)、仿真線路(分為無岔區(qū)段、單動道岔區(qū)段等)、列車(群)等設(shè)備信息和圖形信息.本仿真系統(tǒng)由前面所劃分的6個agent子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫構(gòu)成.ats仿真系統(tǒng)是一

14、個as(多agent系統(tǒng)),可以更好地解決分布式系統(tǒng)的協(xié)作問題,包括各agent之間的通信方式、編碼規(guī)那么、通信過程和詳細(xì)的d接口實(shí)現(xiàn).agent之間通信協(xié)作的必要條件是每個agent要有標(biāo)準(zhǔn)的通信接口,通信接口之間交互的信息流要按照標(biāo)準(zhǔn)的格式組織,即按照一定的編碼規(guī)那么(相當(dāng)于通信協(xié)議)進(jìn)展通信.系統(tǒng)中詳細(xì)定義了這些編碼規(guī)那么.實(shí)現(xiàn)6個agent通信是通過有6個d接口,iline,itrain,isignal,istatin,isyste,intify.下面舉例說明線路接口的定義.interfaeisiline:iunknnhresultgetline(inintlineid,utd_lin

15、e*line);獲取一條線路的簡化屬性hresultgetsiline(inintlineid,utd_siline*siline);獲取一條線路的屬性hresultgetlinearray(ut,inint*psizeinut,ut,size_is(*psizeinut)d_lineline);獲取一組線路的簡化屬性hresultgetlinearraybyid(ut,inint*psizeinut,ut,in,size_is(*psizeinut)d_lineline;根據(jù)線路id獲取其簡化屬性hresultsettepspeed(inintdevid,inflattepspeed);設(shè)置

16、臨時線速;在本系統(tǒng)仿真中,實(shí)現(xiàn)了可視化的數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)顯示.前者的可視化通過輔助繪圖工具atsdra實(shí)現(xiàn),后者可視化表達(dá)在i-agent和td-agent圖形界面.在程序?qū)崿F(xiàn)時,借助了f的gdi功能.利用計算機(jī)初步實(shí)現(xiàn)了ats根本功能,驗證了系統(tǒng)設(shè)計的正確性.實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)功能有:1仿真列車控制中心(s)對全線控制范圍內(nèi)的列車運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)展監(jiān)視;2實(shí)現(xiàn)由控制中心時刻表或人工控制車站聯(lián)鎖設(shè)備,排列進(jìn)路,開放信號,可人工設(shè)置設(shè)備運(yùn)行環(huán)境模型中的線路設(shè)備狀態(tài),實(shí)現(xiàn)特定環(huán)境的仿真;3實(shí)現(xiàn)列車的跟蹤及車次號碼顯示;4系統(tǒng)工作狀態(tài)、進(jìn)路狀態(tài)、軌道占用、車次信息、道岔位置,故障報警等信息在控制中心顯示裝置(i)上

17、顯示;5列車運(yùn)行方案自動下達(dá);6列車運(yùn)行圖的編輯和生成;7對列車運(yùn)行圖(行車方案)進(jìn)展人工調(diào)整.系統(tǒng)的編程環(huán)境為in98/2000/nt,開發(fā)平臺采用v+6.0.實(shí)現(xiàn)agent的技術(shù)根底是計算機(jī)的進(jìn)程與線程技術(shù).4結(jié)論本仿真系統(tǒng)采用agent技術(shù)進(jìn)展模型的建立和系統(tǒng)模塊的設(shè)計,使得系統(tǒng)中各個實(shí)體對象(agent)具有高度自治性,可以對外界刺激自動作出反響,使得系統(tǒng)具有智能性.as系統(tǒng)采用功能分解方式對仿真任務(wù)進(jìn)展劃分,將系統(tǒng)不同功能分配給不同的agent.各agent之間以標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)展通信,并互相協(xié)作完成ats系統(tǒng)任務(wù).每個agent可以存在于網(wǎng)絡(luò)中任何位置,客戶無需知道被調(diào)用對象的位置和實(shí)現(xiàn)

18、細(xì)節(jié),可以通過發(fā)送消息來調(diào)用對象所擁有的方法,具有靈敏性的優(yōu)點(diǎn).系統(tǒng)具有良好的可重用性和可擴(kuò)展(晉級)性.本仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了北京一號線上,仿真列車在線路上運(yùn)行的全過程.基于監(jiān)控系統(tǒng)的需要,作者采用可視化界面顯現(xiàn)列車運(yùn)行全過程,具有友好的人機(jī)交互界面功能,使得調(diào)度人員易于觀察和控制.基于agent的軌道交通控制與仿真的研究是一個嶄新的研究領(lǐng)域,是計算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)在交通領(lǐng)域的最新應(yīng)用,是運(yùn)用當(dāng)今最新的科技成果解決軌道交通問題的內(nèi)在要求.參考文獻(xiàn):1孫有望,李云清.城市軌道交通概論.北京:中國鐵道出版社,2000.sunyuang,liyunqing.nspetusfurbanguidedtr

19、ansprt.beijing:hinarailaypublishinghuse,2000.(inhinese)2孫章,何宗華,徐金祥.城市軌道交通概論.北京:中國鐵道出版社,2000.sunzhang,heznghua,xujinxiang.nspetusfurbanguidedtransprt.beijing:hinarailaypublishinghuse,2000.(inhinese)3凌云,王勛,費(fèi)玉蓮.智能技術(shù)與信息處理.北京:科學(xué)出版社,2022.lingyun,angxun,feiyulian.artifialtehnlgyandinfratinpressing.beijing:sienepress,2022.(inhinese)4palui,pesentlr.anbjet-rientedapprahtdisrete-events