1基于Multi-Agent的煤礦安全監控系統研究導師：黃友銳教授2011級碩士研究生畢業論文答辯匯報學生：王春玲專業：控制理論與控制工程2231334內容提綱635緒論基于多Agent的煤礦安全監控系統結構基于多Agent的煤礦安全監控仿真系統實現系統的硬件實現系統軟件實現結論、展望及致謝331緒論2334內容提綱635系統的硬件實現系統的軟件實現結論、展望及致謝31緒論基于多Agent的煤礦安全監控系統結構基于多Agent的煤礦安全監控系統仿真實現4煤炭產量：十二五末控制在39億噸中國工程院《國家能源發展戰略2030～2050》報告提出2050年煤炭年產量控制在30億噸1.1

研究背景及意義52014年，能源結構將進一步優化，煤炭消費比重降至65%左右

2050年，煤炭消費比重仍將在50%以上煤炭資源是我國未來較長時期內能源消費的主體，煤炭資源供應是國民經濟發展的重要基礎，直接關系到國民經濟高速穩定發展，所以保證煤炭安全高效生產至關重要。煤炭消費所占比重6安全事故現狀煤礦各類事故起數分布（2012）巷道頂板垮冒沖擊地壓突水煤與瓦斯突出2012年我國煤礦百萬噸死亡率首次降至0.5以下達到0.374，但是事故仍然造成了1300人左右的死亡。而早在2000年，南非煤礦百萬噸死亡率僅為0.13，波蘭為0.26，美國近十幾年來煤礦死亡人數甚至都在30人/年以下，可見中國煤礦安全形勢依舊十分嚴峻，煤礦企業由于建設年代、所屬企業性質不同，安全設施及系統水平參差不齊，井下傷亡時有發生。71.2煤礦安全監控系統發展現狀432120世紀60年代，空分制信號傳輸技術的發展，代表是CTT63/40系統頻分制的信號傳輸技術的發展，代表是德國西門子公司的TST系統。利用時分制的信號傳輸方式的發展，以分布式微處理機為基礎,以開發性、集成性和網絡化為特征的第四代煤礦監控系統，美國MSA公司DAN6400系統和加拿大Senturion600型系統8我國于上世紀80年代先后從歐美國家引進了多種礦井安全監控系統，并成功應用于多個國有礦業集團中各大研究機構在這些系統的基礎上，繼續開發創新開發出了KJ2和KJ4系統隨著國內研發水平、電子技術、通信技術、計算機及制造工藝精度等的提高，滿足煤礦企業安全生產需求，各大煤礦設計院、研究院，礦業類院校及具有研發能力的煤炭企業，陸續開發出KJ90、KJ101、KJF2000等一批具有先進水平的監控系統目前，國內開發的煤礦監測監控系統可以對甲烷、風速、溫度煤塵等進行精確監測，完成數據傳輸，并快速反應，實現閉鎖及電力控制，這些系統裝備到國內大中型煤礦企業中，取得了較好的監測效果，為煤礦安全生產提供了有利保障。91.3

目前存在的問題對大量文獻資料的分析表明，安全監測現狀與煤礦安全高效生產需求存在較大差距，研究尚不足之處，主要存在以下幾個問題：問題1問題2問題3問題4煤礦井下傳感器由于設計、生產等技術水平不同，導致監測精度、抗干擾能力各不相同，同時不同環境因素的監測有不同的傳感器節點及網絡，其可靠性及性能有待改善。煤礦井下安全監控系統多采用有線傳輸，網絡布置復雜，在井下狹窄的生產環境中影響生產，并極易導致系統的破壞。現有煤礦安全監控系統主要采用請求/問答式的監控模式。煤礦安全事故發生后，現有煤礦安全監控系統無法提供足夠的救援信息。101.4

研究內容通過以上對現有煤礦監控系統的現狀和發展的分析，提出基于多Agent技術的監控系統，充分利用多Agent系統“能夠實時、動態、自主地與不斷變化著的外部環境進行交互”的性質，對井下環境進行監測并及時反應，采取有效措施避免災害事故的發生。建立基于多Agent理論的煤礦安全監控系統模型。1選取JADE仿真平臺與Eclipse開發平臺,開發基于Multi-Agent的原型煤礦安全監控仿真系統。2系統的硬件和軟件實現。311231334內容提綱635緒論基于多Agent的煤礦安全監控系統結構基于多Agent的煤礦安全監控仿真系統實現系統的硬件實現系統軟件實現結論、展望及致謝32基于多Agent煤礦安全監控系統結構122.1

Agent定義及特征

Agent就是在不同的環境中，能夠自主的、機靈的設計自己的行為目標，到達滿足我們設定的目標的計算機系統。131反應性。Agent對其所處的環境具有感知能力。2自治性。Agent運行過程中，能自行控制自身的行為其內部狀態也具有各自獨特的穩定結構，不受人為和其他智能體影響。3社會性。Agent與其他Agent構成一個多Agent系統，系統中的Agent之間是互相幫助、除了完成自己的任務外還幫助其他Agent完成一些任務。4主動性。Agent對環境的反應是積極的，有針對性的有目標的，自主的去實現目標。142.2

多Agent系統多Agent系統：一個松散耦合的Agent網絡，這些Agent通過交互、協作進行問題求解（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的煤礦安全監控系統結構162.4系統的工作流程172.5Agent間通信與協作Agent協作交互算法如下如：18Agent協作交互語言如下如：1931緒論2334內容提綱635系統的硬件實現系統的軟件實現結論、展望及致謝基于多Agent的煤礦安全監控系統結構基于多Agent的煤礦安全監控系統仿真實現33基于多Agent煤礦安全監控仿真系統實現203.1

JADE概述JADE實質上就是一個軟件開發框架，符合FIPA準則的智能應用程序，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平臺的集成創建Agent類文件導入JADE庫文件；Eclipse下新建一個JavaProject下載安裝Jade創建Agent類文件運行223.3仿真結果23231334內容提綱635緒論基于多Agent的煤礦安全監控系統結構基于多Agent的煤礦安全監控仿真系統實現系統的硬件實現系統軟件實現結論、展望及致謝34系統的硬件實現24在整個多Agent系統中，無線網絡的組網是由管理Agent完成的；同時在整個系統中發揮著傳遞者的作用，既和下級監測Agent通信還和上級主控Agent進行交互，在整個系統中起著關鍵的作用，因此多Agent系統能否正常穩定的工作與管理Agent有密不可分的關系。4.1管理Agent的硬件設計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ATmega128L單片機作為整個系統的微處理器，完成信息的采集與處理和監測Agent、主控Agent的通信。4.1.1管理Agent的MCU264.1.2無線網絡模塊整個模塊中以CC2530為中心主芯片，CC2530加上射頻前端，再加上天線就構成了完整的無線通信模塊。274.1.3無線網絡模塊與MCU連接ATmega128L處理器通過SPI接口訪問CC2530內部寄存器和存儲器。ATmega128L向SI接收發送一個字節的地址信息，當地址的最高位為1時，對RAM操作，當代地址的最高位為0時，對寄存器操作，訪問寄存器和RAM的地址信息是不同的，當地址信息的最高位為0，第6位為1時，CC2530對ATmega128L指定的地址寄存器讀數據，當地址信息的最高位為0，第6位為0時，CC2530對ATmega128L指定的地址寄存器寫數據，讀寫的數據都是16位。284.1.4以太網管理Agent的以太網模塊可以進行監測Agent和主控Agent的相互聯系，并且在其監控區域內是唯一的連接途徑。

29監測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監測Agent的硬件設計30231334內容提綱635緒論基于多Agent的煤礦安全監控系統結構基于多Agent的煤礦安全監控仿真系統實現系統的硬件實現系統軟件實現結論、展望及致謝35系統的軟件實現315.1管理Agent的軟件設計325.1.1無線網絡軟件設計335.1.2以太網軟件設計層次協議應用層無傳輸層UDP（用戶數據協議）網絡層IP（網際協議）鏈路層ARP（地址解析協議）4字節1字節1字節4字節長度可變4字節長度可變管理Agent的ID號數據包長度數據包類別對象1的ID號對象1的數據…對象n的ID號對象n的數據345.2監測Agent的軟件設計35231334內容提綱635緒論基于多Agent的煤礦安全監控系統結構基于多Agent的煤礦安全監控仿真系統實現系統的硬件實現系統軟件實現結論、展望及致謝36結論、不足及致謝366.1主要結論結論致謝設計了一個多Agent的智能煤礦安全監控模型，系統構建了多種類型的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控任務，并提高系統的執行效率和響應速度。12本文選取仿真平臺與Eclipse開發平臺集成，開發了基于Multi-Agent的原型煤礦安全監控仿真系統，并證明了該監測方法的有效性。3系統中主要的管理Agent和監測Agent通過硬件和軟件的結合，系統采用模塊化設計，可以有效地提高數據傳輸的實時性和可靠性，從而提高了煤礦安全監控系統的及時性和準確性376.2不足之處結論致謝(1)多Agent的煤礦安全監控系統仿真系統主要是實現各種Agent的通信與交互，能體現一些Agent的特性，但是沒有充分的體現煤礦復雜環境下Agent的學習性。后期將著中從復雜多變的煤礦環境下Agent如何體現他們的智能型來研究。(2)多Agent的軟硬件實現部分，管理Agent和主控Agent之間采用的TCP/IP傳輸時，數據傳輸層采用的是UDP協議，并不安全可靠，接下來將從整個系統的安全性能方面來深入研究386.3讀研期間主要科研成果結論致謝[1]《基于移動Agent的煤礦瓦斯監測系統設計》[2]《基于移動Agent的煤礦瓦斯監測系統研究

與實現》[3]《ModelingandSimulationResearchof

VirtualEnvironmentSystemofComplexCoalmineUsingMulti-Agent》[4]基于移動Agent的煤礦瓦斯信息監測系統[5]多Agent的煤礦巷道風量信息監控系統[6]一種多Agent的煤礦井下溫度監測系統396.4致謝結論致謝

“鶴發銀絲映日月，丹心熱血沃新花”，一位好老師，勝讀十年書。值此論文完成之際，向黃友銳導師三年來對我的教誨和關心致以崇高的敬意和衷心的感謝。本文是在黃老師的嚴格要求和細心指導下完成的。從論文選題、資料收集、實驗、論文撰寫、初審以及最后的修改定稿，每