碩士答辯PPT最終版匯編

1基于Multi-Agent的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)研究導師：黃友銳教授2011級碩士研究生畢業(yè)論文答辯匯報學生：王春玲專業(yè)：控制理論與控制工程2231334內(nèi)容提綱635緒論基于多Agent的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于多Agent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)軟件實現(xiàn)結(jié)論、展望及致謝331緒論2334內(nèi)容提綱635系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)結(jié)論、展望及致謝31緒論基于多Agent的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于多Agent的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)仿真實現(xiàn)4煤炭產(chǎn)量：十二五末控制在39億噸中國工程院《國家能源發(fā)展戰(zhàn)略2030～2050》報告提出2050年煤炭年產(chǎn)量控制在30億噸1.1

研究背景及意義52014年，能源結(jié)構(gòu)將進一步優(yōu)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(nèi)能源消費的主體，煤炭資源供應是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)，直接關(guān)系到國民經(jīng)濟高速穩(wěn)定發(fā)展，所以保證煤炭安全高效生產(chǎn)至關(guān)重要。煤炭消費所占比重6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(shù)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(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。71.2煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀432120世紀60年代，空分制信號傳輸技術(shù)的發(fā)展，代表是CTT63/40系統(tǒng)頻分制的信號傳輸技術(shù)的發(fā)展，代表是德國西門子公司的TST系統(tǒng)。利用時分制的信號傳輸方式的發(fā)展，以分布式微處理機為基礎(chǔ),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)，美國MSA公司DAN6400系統(tǒng)和加拿大Senturion600型系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)，并成功應用于多個國有礦業(yè)集團中各大研究機構(gòu)在這些系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)開發(fā)創(chuàng)新開發(fā)出了KJ2和KJ4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KJ90、KJ101、KJF2000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，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)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：問題1問題2問題3問題4煤礦井下傳感器由于設(shè)計、生產(chǎn)等技術(shù)水平不同，導致監(jiān)測精度、抗干擾能力各不相同，同時不同環(huán)境因素的監(jiān)測有不同的傳感器節(jié)點及網(wǎng)絡(luò)，其可靠性及性能有待改善。煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)多采用有線傳輸，網(wǎng)絡(luò)布置復雜，在井下狹窄的生產(chǎn)環(huán)境中影響生產(chǎn)，并極易導致系統(tǒng)的破壞?，F(xiàn)有煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)主要采用請求/問答式的監(jiān)控模式。煤礦安全事故發(fā)生后，現(xiàn)有煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)無法提供足夠的救援信息。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，采取有效措施避免災害事故的發(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635緒論基于多Agent的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于多Agent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)軟件實現(xiàn)結(jié)論、展望及致謝32基于多Agent煤礦安全監(jiān)控系統(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)。131反應性。Agent對其所處的環(huán)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(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。3社會性。Agent與其他Agent構(gòu)成一個多Agent系統(tǒng)，系統(tǒng)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(huán)境的反應是積極的，有針對性的有目標的，自主的去實現(xiàn)目標。142.2

多Agent系統(tǒng)多Agent系統(tǒng)：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緒論2334內(nèi)容提綱635系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)結(jié)論、展望及致謝基于多Agent的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于多Agent的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)仿真實現(xiàn)33基于多Agent煤礦安全監(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類文件導入JADE庫文件；Eclipse下新建一個JavaProject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635緒論基于多Agent的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于多Agent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)軟件實現(xiàn)結(jié)論、展望及致謝34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Agent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ATmega128L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Agent的MCU264.1.2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MCU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?shù)刂返淖罡呶粸?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?shù)刂沸畔⒌淖罡呶粸?，第6位為1時，CC2530對ATmega128L指定的地址寄存器讀數(shù)據(jù)，當?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)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Agent的硬件設(shè)計30231334內(nèi)容提綱635緒論基于多Agent的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于多Agent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)軟件實現(xiàn)結(jié)論、展望及致謝35系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)315.1管理Agent的軟件設(shè)計325.1.1無線網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計335.1.2以太網(wǎng)軟件設(shè)計層次協(xié)議應用層無傳輸層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)345.2監(jiān)測Agent的軟件設(shè)計35231334內(nèi)容提綱635緒論基于多Agent的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于多Agent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)軟件實現(xiàn)結(jié)論、展望及致謝36結(jié)論、不足及致謝366.1主要結(jié)論結(jié)論致謝設(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，并提高系統(tǒng)的執(zhí)行效率和響應速度。12本文選取仿真平臺與Eclipse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376.2不足之處結(jié)論致謝(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)煤礦復雜環(huán)境下Agent的學習性。后期將著中從復雜多變的煤礦環(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386.3讀研期間主要科研成果結(jié)論致謝[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)》[3]《ModelingandSimulationResearchof

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

“鶴發(fā)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(guān)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