基于多agent系統(tǒng)的光纖瓦斯傳感監(jiān)測研究

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1、武漢理工大學(xué)碩十學(xué)位論文1．1煤礦監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀第1章緒論煤礦監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，在國內(nèi)起步于80年代初期，至今已得到廣泛的發(fā)展和應(yīng)用11J。計算機(jī)化的在線監(jiān)測系統(tǒng)是將現(xiàn)場的模擬量信號或已加工成數(shù)字量的信號直接用信號電纜輸?shù)揭杂嬎銠C(jī)為中心的監(jiān)測系統(tǒng)，對機(jī)器的參數(shù)進(jìn)行連續(xù)性的集中監(jiān)測【2J。隨著新材料技術(shù)、電子傳感技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)、控制技術(shù)、微計算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)從其通訊方式上劃分，先后經(jīng)歷了三個階段：第一階段是每個傳感器需一對傳輸線連接到地面的星型結(jié)構(gòu)；第二階段是在一對傳輸線上實現(xiàn)多路頻率分割的載波傳輸；第三階段是目前應(yīng)用最多

2、的中心站和分站之間的半雙工時分總線方式。此外，還有中心站和分站之間的星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、環(huán)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但這兩者也分別因使用電纜多和抗故障能力差的缺點，被逐步淘汰。目前國內(nèi)主要使用自主研發(fā)的多種KJ系列的煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。目前煤礦監(jiān)測系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)大部分都是白中心站計算機(jī)向下，由接口裝置、信號傳輸總線、井下分站和各類傳感器、斷電儀等組成，中心站計算機(jī)和各分站呈集散型積木結(jié)構(gòu)13J。系統(tǒng)采用巡檢方式完成，即中心站計算機(jī)順序向各分站發(fā)出命令，分站接到指令后，響應(yīng)中斷，接受中心站下發(fā)的配置文件或執(zhí)行控制輸出命令，并分時把該站監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳，中心站計算機(jī)對這些數(shù)據(jù)分析、處理、存檔。系

3、統(tǒng)主要存在兩方面的不足：一是由于硬件結(jié)構(gòu)本身的差異，軟件的修改和維護(hù)要靠專門的軟件人員遵循其特有的控制算法通過編程從底層實現(xiàn)，極為不便【4】；二是這種中心站計算機(jī)向下的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)自身就存在不足之處，當(dāng)被管設(shè)備數(shù)目增多，樹形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層次增加，集中式管理的反應(yīng)時間就會越來越長，導(dǎo)致中心站計算機(jī)負(fù)載過重，網(wǎng)絡(luò)開銷過大。2課題來源及研究意義本課題來源于武漢市科技攻關(guān)項目：煤礦瓦斯氣體光纖傳感器。光纖傳感武漢理T大學(xué)碩：卜學(xué)位論文技術(shù)在國際上是七十年代后期迅速發(fā)展起來的新技術(shù)。由于光纖傳感器具有體積小、重量輕、電絕緣性好、無電火花、安全、抗電磁干擾、靈敏度高、便于利用現(xiàn)有光通信

4、技術(shù)組成遙測網(wǎng)等優(yōu)點，對傳統(tǒng)的傳感器能起到擴(kuò)展、提高的作用，在很多情況下能完成傳統(tǒng)的傳感器很難甚至不能完成的任務(wù)。光纖氣體傳感技術(shù)是光纖傳感器技術(shù)的一個重要應(yīng)用分支。近年來，它在環(huán)境監(jiān)測、電力系統(tǒng)以及油田、礦井、輻射區(qū)的安全保護(hù)等方面的應(yīng)用受到廣泛重視，在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境中對易燃易爆氣體的監(jiān)測更能顯示其優(yōu)越性。本文主要任務(wù)是結(jié)合這種新型瓦斯光纖氣體傳感器，著重解決當(dāng)前煤礦安全監(jiān)測中系統(tǒng)軟件維護(hù)難，中心站計算機(jī)負(fù)載過重，網(wǎng)絡(luò)開銷過大的問題。為了解決這些問題，本文引入一個新的概念——智能代理(Agent)。這個概念起源于20世紀(jì)70年代，是一個新的研究和開發(fā)領(lǐng)域，其內(nèi)容涉

5、及到人工智能、信息檢索、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)挖掘、自然語言處理等領(lǐng)域的理論和技術(shù)，主要是人工智能(AI，ArtificialIntelligence)方面的研究。隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及基于網(wǎng)絡(luò)的分布式計算技術(shù)的發(fā)展，智能代理(Agent)技術(shù)研究逐漸成為人工智能領(lǐng)域的一個新的研究熱點，也成為分布式人工智能(DistributedArtificialIntel1igence，DAI)的重要研究方向。Agent擁有自主性，社會性，反應(yīng)性，智能性等特征，非常適合于解決復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)信息智能化管理。多Agent的協(xié)同工作，如設(shè)備Agent和上層管理服務(wù)Agent協(xié)同工作，使得軟

6、件和硬件本身的差異相分離，大大降低了軟件維護(hù)和修改的難度；同時Agent在分布式網(wǎng)絡(luò)信息智能化管理方面的優(yōu)越性在很大程度上提高了聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測的實時性和可靠性，因此，本文提出了基于MAS的光纖瓦斯傳感監(jiān)測模型。通過傳感器多點測量信息數(shù)據(jù)初步融合，多種傳感器的協(xié)同工作和信息共享，得到較精確的甲烷濃度分布信息，為煤礦瓦斯監(jiān)測提供了新的思路。1．3論文的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排全文主要包含如下六個部分，各部分內(nèi)容安排如下：第i章緒論，介紹本課題的來源及意義，目前瓦斯監(jiān)測的發(fā)展現(xiàn)狀以及本課題主要研究的內(nèi)容。第2章主要介紹了紅外光譜吸收型光纖氣體傳感器的原理及研究方法。2武漢理．[人學(xué)碩

7、士學(xué)位論文第3章Agent與多Agent系統(tǒng)，詳細(xì)介紹Agent技術(shù)以及多Agent系統(tǒng)。第4章系統(tǒng)運行平臺的介紹，詳細(xì)介紹了本課題研究所用的Agent平臺JADE系統(tǒng)。第5章基于MAS的光纖瓦斯傳感監(jiān)測模型實現(xiàn)，包括傳感器中各Agent的設(shè)計，數(shù)據(jù)融合處理，瓦斯監(jiān)測MAS體系結(jié)構(gòu)闡述，系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)模型分析等。第6章對光纖瓦斯傳感器和溫度傳感器協(xié)同工作的可行性進(jìn)行了實驗分析。第7章對整個論文的工作做出了總結(jié)，并對后續(xù)的工作進(jìn)行了簡要的描述。3武漢理工大學(xué)碩十學(xué)位論文第2章紅外光譜吸收型光纖氣體傳感器的原理方法研究2．1光纖傳感器定義光纖傳感器從本質(zhì)上看是一種器件