基于Multi-Agent的煤矿安全监控系统研究毕业论文
基于Multi-Agent的煤矿安全监控系统研究毕业论文
目录
摘要 ................................................................................................................................ I Abstract........................................................................................................................ III 1 绪论 . (1)
1.1研究背景及意义 (1)
1.2煤矿安全监控系统发展现状 (2)
1.3研究目标与研究内容 (3)
1.4论文组织安排 (4)
2基于多Agent的煤矿安全监控系统结构 (7)
2.1 Agent的定义与特征 (7)
2.2多Agent系统 (8)
2.2.1多Agent系统的组织结构 (8)
2.2.2多Agent系统的通信机制 (10)
2.3基于多Agent的煤矿安全监控系统结构 (12)
2.3.1基于多Agent的煤矿安全监控系统模型设计 (12)
2.3.2系统的工作流程 (15)
2.4 Agent间通信与协作 (16)
2.4.1协作交互算法 (17)
2.4.2通信语言 (18)
2.5本章小结 (22)
3 基于多Agent的煤矿安全监控仿真系统实现 (23)
3.1JADE 概述 (23)
3.2仿真系统的关键技术 (25)
3.2.1 代理类的继承和实现 (25)
3.2.2 行为类的继承和实现 (25)
3.2.3 Eclipse平台与JADE平台的集成 (28)
I
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3.2.4集成平台与数据库交互 (29)
3.3关键代码 (30)
3.4Agent间的通信实现 (32)
3.5仿真结果和分析 (33)
3.5.1系统运行界面 (33)
3.5.2仿真结果分析 (36)
3.6本章小结 (36)
4 系统的硬件实现 (37)
4.1管理Agent的硬件设计 (37)
4.2监测Agent硬件设计 (44)
4.3 本章小结 (49)
5 系统软件实现 (51)
5.1管理Agent的软件设计 (51)
5.1.1管理Agent的无线网络软件设计 (52)
5.1.2管理Agent的以太网软件设计 (54)
5.2监测Agent的软件实现 (61)
5.3 本章小结 (63)
6 总结与展望 (65)
6.1全文总结 (65)
6.2 进一步展望 (65)
参考文献 (67)
致谢 (71)
作者简介及读研期间主要科研成果 (73)
II
Contents
Contents
Abstrat(in Chinese) .......................................................................................................... I Abstract........................................................................................................................ III 1 Introduction . (1)
1.1 The research background and significance (1)
1.2 The development status of coal mine safety monitoring system (2)
1.3 Research targets and contents (3)
1.4 The struction of this paper (4)
2 Coal mine safety monitoring and control structure based on multi Agent (7)
2.1 The definition and characteristics of Agent (7)
2.2 Multi- Agent system (8)
2.2.1 The organizational structure of multi- Agent system (8)
2.2.2 The communication mechanism of multi Agent system (10)
2.3 Coal mine safety monitoring system structure based on multi Agent (12)
2.3.1 Design of coal mine safety monitoring system model based on MAS. 12
2.3.2 The working flow of the system (15)
2.4 Communication and cooperation among Agent (16)
2.4.1 Collaborative interaction algorithm (17)
2.4.2 Communication language (18)
2.5 Chapter summary (22)
3 Implementation of the coalmine safety monitoring simulation system based on MAS (23)
3.1 JADE summary (23)
3.2 The key techniques of simulation system (25)
3.2.1 the implementation of the proxy class (25)
3.2.2 implementation inheritance behavior class (25)
3.2.3 Integrated Eclipse platform and JADE platform (28)
3.2.4 Integrated platform and database interaction (29)
3.3 Key code (30)
3.4 The realization of communication among Agent (32)
3.5 The simulation results and analysis (33)
3.5.1 The system interface (33)
III
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3.5.2 The analysis of simulation results (36)
3.6 Chapter summary (36)
4 The realization of hardware system (37)
4.1 The hardware design of management Agent (37)
4.2 The hardware design of monitor Agent (44)
4.3 Chapter summary (49)
5 The realization of system software (51)
5.1 The software design of management Agent (51)
5.1.1 Wireless network software design of management Agent (52)
5.1.2 Ethernet software design of management Agent (54)
5.2 The software design of monitor Agent (61)
5.3 Chapter summary (63)
6 Summary and prosprct (65)
6.1 Full summary (65)
6.2 Work prosprct (65)
Reference (67)
Acknowledgements (71)
Author introduction and main scientific research achievements (73)
IV
1绪论
1 绪论
1.1研究背景及意义
“贫油富煤少气”是我国化石能源结构基本现状，煤炭是我国的支柱能源，并且将长期支撑我国国民经济建设和社会、经济、文化发展，关系到国计民生具有较高的战略地位[1-2]。矿井生产安全不仅直接关系到井下人员人身安全，而且对社会稳定及当地经济发展具有重要影响[3-4]。目前我国煤炭生产以井工开采的方式为主，生产环境复杂、条件恶劣，而井下作业人员多、施工空间小、劳动密集，所以保障矿井生产安全尤为重要[5]。经过国家多年来对煤矿安全的投入，煤炭行业的安全状况有了明显的改善，但是我国煤矿企业由于建设年代、所属企业性质不同，安全设施及系统水平参差不齐，井下伤亡时有发生。2012年我国煤矿百万吨死亡率首次降至0.5以下达到0.374，但是事故仍然造成了1300人左右的死亡。而早在2000年，南非煤矿百万吨死亡率仅为0.13，波兰为0.26，美国近十几年来煤矿死亡人数甚至都在30人/年以下，可见中国煤矿安全形势依旧十分严峻[6-8]。煤矿安全事故频繁发生，夺取了无数采矿工人的宝贵生命，也摧毁了无数幸福的家庭。由于矿难导致的企业与工人家庭的纠纷也层出不穷，给社会的稳定和谐带来不安定因素，与我国和谐社会的目标相违背也严重影响中国的国际形象和地位[9]。矿难造成的巨大经济损失，更是煤炭企业、社会经济发展的不可承受之重。我国处于亚洲板块东部边缘，长期的地质板块运动导致煤层赋存条件复杂多变、地质构造较发育。煤层由于沉积年代不同，自然发火期、瓦斯含量、顶底板条件、地温、地压等条件各不相同，致使煤矿生产环境复杂多变，安全问题频繁发生。所以更加科学、系统、完善的矿井安全监测系统，对于改善我国煤炭安全生产落后现状，具有极其重要的作用。所以如何将新技术、新工艺、先进的安全监测系统等应用到煤矿安全管理系统中，预防并减少各种安全事故的发生，是当前煤炭工业亟需解决的问题[10-11]。
为了有效掌控井下环境，煤矿井巷、硐室、工作面等地点安置了种类、数量众多的传感器节点，包括瓦斯、CO浓度检测传感器、风速、温度测量传感器等[12] [13]。然而，多种监测系统网络往往相互独立，在井下狭小的环境占据大量空间，为生产带来诸多不便；同时由于井下环境复杂、条件恶劣，单一传感器受到温度、湿度、粉尘等的影响可能出现失效或探测不精确，使系统无法对真实条件做出反应，严重时甚至导致灾难的发生。现有系统的请求/问答式监测系统传输了大量无效数据，增加了网络结构，降低了系统安全性和可靠性[14-15]。为了能够更好解决
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上述问题，本文将Agent (智能代理)技术引入煤矿安全监控领域。
Agent技术起源于20世纪70年代，涉及到众多领域的内容，包括人工智能、信息检索、计算机网络、数据库、数据挖掘、自然语言处理等理论和技术，其核心是对人工智能(Al，ArtifiCialIntelligence)的研究[16]。计算机网络和基于网络分布式计算技术的迅猛发展，带动了Agent技术的研究和应用，使之成为人工智能领域研究的前沿领域及重点拓展方向[17-18]。Agent是一种在某一环境感知环境中成分或条件变化，可以灵活、自主地产生反应进行在预定设计目标下计算的实体或程序[19]。而在同一环境中进行多种因素和变量的监测，就需要引入多Agent系统技术，其不但要求Agent自身的自主性、智能性，还要求Agent之间能够智能和自组织的交流。多Agent理论产生之后，凭借其自主性、智能性的特点，迅速在各领域得到广泛应用[20]。然而，多Agent技术在煤矿安全监控系统中的应用仍在空白，因而填补这一空白，将对煤矿安全监控领域的发展具有非常重要的意义。
本文的研究内容就是在多Agent理论和技术的基础上，设计一套煤矿安全监控系统，包括人机界面Agent、主控Agent、管理Agent和监测Agent[21]。为煤矿井下的生产环境提供集成度高、质量可靠的监控系统，提高煤矿综合管理环境及生产安全率，为取得良好经济效益和社会效益打下坚实基础。
1.2煤矿安全监控系统发展现状
由于欧美国家在计算机、电气自动化、控制技术等方面科学技术的发展，使得其能在煤矿安全监控系统领域走在世界前列。自20世纪60年代，初代煤矿安全监控系统问世，半个世纪以来已经产生了四代[22]。初代检测系统得益于空分制信号传输技术的发展，法国作为传统的工业强国研制出了CTT63/40系统，成为了这代系统的典型之作[23]；随后二战后的西德在继承了其德国先进电气通信技术的基础上，采用了频分制的信号传输技术大大简化了数据传输线路，研制了二代监控系统，使TST系统的良好口碑成就了西德西门子公司[24]；第三代产品利用时分制的信号传输方式，采用这一技术进一步简化了系统结构、提高了抗干扰性能，英、美、西德在此领域皆有长足的发展并取得了较高成就[25]；第四代产品的时分制的传输模式使系统具有开放性、集成性和网络化特征，美国MSA公司DAN6400系统和加拿大Senturion 600 型系统是这代系统的最高水平[26]。我国于上世纪80年代先后从欧美国家引进了多种矿井安全监控系统，并成功在多个国有矿业集团中得到应用[27]。引进并应用的同时，各大研究机构在这些系统的基础上，继续开发创新开发出了KJ2和KJ4系统；随着国内研发水平、电子技术、通信技术、计
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1绪论
算机及制造工艺、精度等的提高，满足煤矿企业安全生产需求，各大煤矿设计院、研究院，矿业类院校及具有研发能力的煤炭企业，陆续开发出KJ90、KJ101、KJF2000等一批具有先进水平的监控系统[28]。这些系统装备到国内大中型煤矿企业中，取得了较好的监测效果，为煤矿安全生产提供了有利保障。目前，国内开发的煤矿监测监控系统可以对甲烷、风速、温度、煤尘等进行精确监测，能完成监测结果的及时传输，使监控控制系统快速反应，实现闭锁及电力控制；对于生产设备的运行状态进行监控，及时发现并处理设备故障；使用互联网连接煤矿监测系统及省、市煤矿安全检查部门，实现矿井生产安全监测的透明、即时监测[29]。当前，国内自主研发的安全监测监控系统较多，但用途各异集成性较差，各研发生产单位技术水平良莠不齐，监测精度及可靠性也存在较大差异，综述安全监测现状与煤矿安全高效生产需求存在较大差距，主要问题体现在以下四个方面：
(1)煤矿井下传感器由于设计、生产等技术水平不同，导致监测精度、抗干扰能力各不相同，同时不同环境因素的监测有不同的传感器节点及网络，其可靠性及性能有待改善。
(2)煤矿井下安全监控系统多采用有线传输，网络布置复杂，在井下狭窄的生产环境中影响生产，并极易导致系统的破坏。
(3)现有煤矿安全监控系统主要采用请求/问答式的监控模式，只能实现监控信息的的简单采集和报警，其在事故预警、应急救援的决策支持和信息保障功能性差，不具有智能监控和选择性传输能力。
(4)煤矿安全事故发生后，现有煤矿安全监控系统无法提供足够的救援信息，包括井下各类人员的数量、分布、位置，及事故发生地的地质结构等信息。
随着国民经济快速发展，国家对煤矿生产安全要求的不断提高，现有煤矿井下安全监控系统存在的种种不足之处，日益受到安全监督管理部门乃至整个社会的重视。设计一套可以满足煤矿安全生产需求，具有自主性、智能性、高集成性、高可靠性的井下综合监控系统，对于推进矿井安全生产建设十分重要，而多Agent 技术为新型煤矿安全监控系统的产生提供了新的技术支持。
1.3研究目标与研究内容
通过以上对现有煤矿监控系统的现状和发展的分析，提出基于多Agent技术的监控系统，充分利用多Agent系统“能够实时、动态、自主地与不断变化着的外部环境进行交互”的性质，对井下环境进行监测并及时反应，采取有效措施避免灾害事故的发生。所以本文的主要研究内容为：
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1、建立基于多Agent理论的煤矿安全监控系统模型
采用多Agent理论及技术，结合煤矿井下特殊的温度、湿度、空间等环境特点，建立基于多Agent理论的煤矿安全控制系统。本系统中的Agent具有多个类型负责多种任务，每个Agent都具有学习、记忆等智能属性，通过它们之间的交互协作来共同完成煤矿安全监控的任务。
2、监控系统内部的通信协调机制的确定
多Agent系统中的各Agent之间具有交互、协调性，这是智能体技术最具特色的地方，也是本系统的最大优势。通过多个Agent之间的协商交互等对传感器节点采集的数据进行分析处理，实现对杂问题的优化。其中Agent的交互语言是交互协调的关键，本文选用FIPI-ACL通信语言建立它们之间的通信协调及交互。
3、系统的硬件和软件实现
整个多Agent的煤矿安全监控系统的，硬件方面主要包括芯片的选择和几大功能模块如无线网络模块、以太网模块、传感器模块的设计，以及独立模块设计和模块与模块之间的通信设计，软件方面的实现主要是和硬件部分相吻合的，主要的是实现不同模块之间的通信，即监测Agent和管理Agent的无线通信以及管理Agent和主控Agent之间的以太网通信。通过硬件和软件的结合，系统采用模块化设计，可以有效地提高数据传输的实时性和可靠性，从而提高了煤矿安全监控系统的及时性和准确性。
1.4论文组织安排
本文主要分为六章，具体内容安排如下：
第一章绪论主要介绍本课题研究背景及意义，对国内外研究现状煤矿安全监测系统进行总结，提出研究思路及内容，并对本文主要章节进行介绍。
第二章基于多Agent的煤矿安全监控结构。对Agent的定义和特点及多Agent系统的组织结构、通信机制和协作机制进行阐述，在Agent的理论基础上设计了基于多Agent的煤矿安全监控系统模型，并详细阐述了系统的工作流程及多Agent之间通信语言和交互算法。
第三章基于多Agent的煤矿安全监控仿真系统实现。对前面设计的多Agent煤矿安全监控系统模型在JADE平台进行实现。
第四章系统的硬件设计与实现。首先分析了多Agent系统中管理Agent、监测Agent功能。然后依据管理Agent、监测Agent功能需求，依次进行了管理Agent、监测Agent的硬件设计，包括微处理器的选择、无线网络模块、以太网模块、环
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1绪论
境信息采集模块、电源模块几个各模块之间的相互通信的设计。
第五章系统的软件设计与实现。在第四章的基础上，从软件的方面对主体Agent进行设计与实现。因为通信、协作能力是多Agent系统的主要特征，从无线网络和以太网入手，介绍了主体Agent的软件设计流程及相关程序。
第六章总结与研究展望。对本文研究进行总结，并提出了研究仍存在的不足和今后的研究方向。
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2基于多Agent 的煤矿安全监控系统结构
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2基于多Agent 的煤矿安全监控系统结构
2.1 Agent 的定义与特征
现在，Agent 一词在各大行业的新领域中得到广泛使用，但由于其涉及的内容丰富，在定义的确定中存在较大争议，仍没有一个统一而规范的概念。出现上述的原因是因为不用学科、不同领域内都会出现Agent 技术，像人工智能领域、分布式计算领域、网络领域、数据库领域等等[30-31]。因此我们可以从多个方面对Agent 进行下定义，以此来研究Agent 的特点。我觉得Agent 可以定义为：Agent 就是在不同的环境中，能够自主的、机灵的设计自己的行为目标，到达满足我们设定的目标的计算机系统。
Agent 的结构如图1所示，通过传感器像人的五官一样感受外界环境，效应器像人的肢体一样作用于外界环境，达到自主智能的效果。
其他Agent
图1 Agent 的内部结构示意图
Fig1 the internal structure of the Agent 以图1的结构为例，利用多种传感器收集相应矿井巷道环境的信息，诸如瓦斯浓度、CO 浓度、温湿度和风速等参数，传感器采集到的环境信息按照知识库和反应库之前定过的标准进行对比分析，将处理后的信息通过效应器作用于环境或者其他Agent 。一旦煤矿井下坏境信息超限，效应器立刻利用声光报警器，发出声光报警。Agent 应该还具有通信功能，例如Agent 与其他Agent 、Agent 与各基站、Agent 与主站的通信功能。这一基本功能是Agent 之间进行协商、合作、反应的重要前提，在多Agent 系统中极为关键。
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通常，Agent具备以下特性：
1、反应性：Agent对自身所在环境具有感知能力，包括物理环境，可以通过及时的分析和处理对环境中变化因素做出即使的反应。
2、自治性：Agent运行过程中，能自行控制自身的行为、其内部状态也具有各自独特的稳定结构，不受人为和其他智能体影响[32]。
3、社会性：Agent与其他Agent构成一个多Agent系统，系统中的Agent之间是互相帮助、除了完成自己的任务外还帮助其他Agent完成一些任务[33]。
4、主动性：Agent对环境的反应是积极的，有针对性的，有目标的，自主的去实现目标[34]。
2.2多Agent系统
从2.1节我们知道单个Agent具有反应性、自治性、社会性和主动性等优点，但是在面对一项很巨大的任务时，凭借单个Agent的能力还是解决不了巨大的问题，这个时候多Agent系统就应运而生。系统内的单个Agent是独立自主的，但是它们不能独立完整的整个复杂的任务，Agent之间互相协调、互相合作共同完成一项单个Agent无法完成的任务[35]。
2.2.1多Agent系统的组织构成
多Agent系统的组织构成主要包括Agent之间的通信和控制模式，不同的组织结构，组织结构内Agent表现的属性也是不相同的，比如Agent的自适应性、自主性、一致性、协调模式和通信方式等[36]。选择什么样的组织结构不但决定了多Agent系统中Agent 之间的协作与控制关系，也决定了系统中信息的交互和存储方式。通常情况下，按照多Agent组中各Agent成员间相互组织与控制关系可将组织结构分为集中式、分布式和混合式三种，对于我们目前的现实的系统来看，所有的多Agent系统的组织结构都是分布式[37]。
(l)集中式结构
集中式结构的多个Agent，必然存在一个可掌控全局的单个特定Agent，对其余的Agent实施管理和指挥。这个多Agent组成一个整体，称为一个单元，多Agent 系统由多个单元组成，也必然存在一个可掌控全局的特定单元，对其他单元进行管理，如图2所示为一个集中式多Agent单元[38]。
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2基于多Agent的煤矿安全监控系统结构
图2 集中式Agent 体系结构
Fig2 centralized Agent architecture
(2)分布式结构
各Agent单元之间和单元内各Agent均采用此结构，无论是Agent 单元还是单个Agent间是平等互助的关系，并在某一机制下学习合作。分布式结构中通常需要借助中介服务机构服务于Agent 成员。这种结构的Agent之间没有从属关系，协调互助完成任务，适于松散协调的的工作方式。分布式结构如下图3所示[39]。
图3 分布式Agent 体系结构
Fig3 distributed Agent architecture
(3)混合式结构
混合式由集中式和分布式结构混合而成，结合了两种结构的特点。在结构中能够设置管理Agent对部分Agent强化控制，但总的分布形式是分布式的。混合结构既可以克服分布式结构中Agent“自我中心”导致的协作冲突，又避免了集中式结构Agent不善于自主灵活控制的问题。它集两种结构优点于一体，又最大程度克服两种结构的缺点，是大多数Agent系统优先选择的结构模式，结构体系如下图4所示[40]。
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图4混合式Agent 体系结构
Fig4 the hybrid Agent architecture
2.2.2多Agent 系统的通信机制
在多Agent 系统中，Agent 之间的交互和协作，不但要求Agent 具有用于描述Agent 协作的意图和内容通信语言，还需要相应的方式以便用Agent 通信语言所描述的消息从一个Agent 传递到另外一个Agent ，从而实现Agent 之间的交互。Agent 之间通信方式有以下三种：黑板模式、消息传递模式和邮箱模式。
(1)消息传递(Message passing)模式
消息传递通信方式如下图5所示，信息的传递通道是Agent 通信的基础，必须最先建立。通到两端的Agent 可以发送也可以接收消息，所以消息传递具有双向性和对等性。
注：
通信通道消息
图5 消息传递通信方式
Fig5 message passing communication
2基于多Agent 的煤矿安全监控系统结构
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(2)黑板(Blackboard)模式
下图6即为黑板通信方式，进行信息传递的一组多个Agent 有一个共享区域黑板，这组中所有Agent 都能够向该区域写入或读取信息，实现Agent 之间的通信。 黑 板
Agent 1
Agent 2Agent 3Agent 4
图6 黑板通信方式
Fig6 the blackboard communication
(3)邮箱方式
邮箱通信方式的Agent 之间，需要建立多个Agent 共有的邮件传输通道。消息传输时，需要先将消息打包成邮件，由发送消息的Agent 向接收消息的Agent 邮箱中发送。作为接收消息的Agent 可以随时访问自己的邮箱，处理邮件查看传输的消息，实现个Agent 之间的通信。
表1几种典型通信方式的比较
Tab1 comparison of several typical communication modes
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2.3基于多Agent的煤矿安全监控系统结构
煤矿安全监控系统本身具有分布性，由三个在数据、控制及资源方面都具有独立性的子监控系统构成。现阶段的煤矿安全监控系统经历了几十年的发展，在网络布置、硬件设计制造、软件开发等方面得到了长足的积累，为引入多Agent 技术建立的安全监测系统提供了良好的基础。良好的技术基础使现有系统通过较小的改进就能够封装成一个Agent，在它们的有机组合及协调合作实现对整个煤矿生产安全的监控。其次Agent具有自治性和社会性等独特性质，这些特性为其能够实现复杂、庞大的监控系统提供了有力保障。当前煤矿井下监测系统由于传感器种类众多，系统布置复杂，因此异构性极强，因此Agent技术恰好是解决这一问题的强有力工具。与此同时，Agent的智能性也是煤矿安全监测系统迫切需要的，系统自主处理冗余信息，作出正确决策，有利于减少操作人员工作强度，更加迅速地对突发情况作出反应。所以，Agent技术成功应用于煤矿安全监控系统，可能够充分利用Agent的各种特点，满足煤矿安全的监控要求。
2.3.1基于多Agent的煤矿安全监控系统模型设计
本章基于上节多Agent技术及理论的分析，对多Agent的煤矿安全监控系统设计进行探讨。本系统按照监控系统级别可分为人机界面Agent、主控Agent、管理Agent和监测Agent。这种基于多Agent的煤矿监控系统与现有的煤矿井下监控系统是相匹配的，各Agent通过互相协同帮助共同完成来自监控系统的需求。各Agent 的具体功能如下。
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2基于多Agent的煤矿安全监控系统结构
监测Agent 1监测Agent n
图7 多Agent煤矿安全监控系统模型
Fig7 coal mine safety monitoring system model of multi -Agent 人机界面Agent是用户与煤矿安全监控系统进行交互的接口，为用户提供对监控系统监控和管理的接口，协助用户与整个监控系统的交互。用户通过人机界面Agent为多Agent的煤矿安全监控系统提供任务，它接收用户的请求，将任务发送给主控Agent，最后主控Agent将执行的结果反馈给人机界面Agent，人机界面Agent的作用是人机界面Agent的主要功能是对各类信息的输入和显示、收集来自操作人员对系统发布的命令，根据操作人员需要，按照预先设定的路线执行监控任务，交给主控Agent执行。如：在本平台中人机界面Agent应具有用户查询煤矿危险信息，危险信息单打印，统计分析，危险信息处理功能。
主控Agent实际上是一台PC机，负责对整个煤矿安全监控区域内的所有Agent 进行监测和控制，同时建立数据库。主控Agent主要用于对井下环境信息（瓦斯，CO、温度、压力）进行远程监控；实现网络传输和网络资源的共享；它主要有俩
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个功能：一方面接收系统的任务，另一方面对来自各管理Agent的信息进行分析处理，将处理后的结果反馈给人机界面Agent，通过人机界面Agent反馈给用户，一旦出现危险，及时将危险信息发送给相应的管理人员，完成对煤矿监控系统的实时监控。
管理Agent位于各终端监测Agent和主控Agent之间，在整个系统中的作用是组织协调控制的功能，同时是井下安全监控与地面监控中心之间的传输枢纽，一方面完成无线网络的组建、运行、维护，对监控区域内的监测Agent进行控制，完成对井下环境信息的采集与处理，另一方面利用以太网技术与主控Agent进行通信，把处理后的信息传给主控Agent。煤矿安全监控系统能否实现煤矿井下环境信息的实时采集取决于管理Agent能否有效地工作，管理Agent在煤矿安全监控中起到了决定的作用。
监测Agent接收到管理Agent的请求后，执行来自主控Agent的监控任务，然后将采集的煤矿井下环境信息发送给管理Agent，完成对瓦斯浓度、CO含量、温湿度和风速等信息的实时监控。监测Agent有以下几种，分别是瓦斯Agent、CO Agent、温度Agent、风速Agent，它们的作用是用于对煤矿井下危险环境信息进行实时监控。监测Agent一方面完成煤矿生产过程中对危险源的信息进行实时采集、检测和处理，另一方面是进行初步分析和预测，并对生产过程可能发生的危险做出判断，并向管理Agent进行汇报。
本文提出的多Agent的煤矿安全监控系统的突出特点很多，为了便于直观的观察，列表如下。
表2 多Agent的煤矿安全监控系统突出特点
Tab2 coal mine safety monitoring system features of Multi- Agent
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2基于多Agent 的煤矿安全监控系统结构
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2.3.2 系统的工作流程
系统的流程图如下图8所述。
完成任务协
作
与
交
互
图8 多Agent 的煤矿安全监控系统工作过程
Fig8 coal mine safety monitoring system for the working process of multi Agent
the working process of coal mine safety monitoring system of multi Agent 整个系统的工作过程可以详细的描述如下。
Setp1 用户通过人机界面Agent 向主控Agent 发布对煤矿井下环境信息进行监控的请求信息，发布的信息具有一定的格式，便于检索和浏览；
Setp2 人机界面Agent 了解用户偏好，并详细描述用户需求，并将描述的需求信息转发给主控Agent 。
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Setp3主控Agent对用户需求进行任务分析，确定系统其他Agent的任务并激活完成任务所涉及的Agent，并负责整个多Agent系统的资源分配。
Setp4主控Agent分解任务后，通过查询其控制的管理Agent是否有完成分解以后的子任务的能力。
Setp5当主控Agent发现其控制的管理Agent不具备完成用户的任务的能力，则反馈给用户，无法完成任务。
Setp6当主控Agent发现其控制的管理Agent能完成任务，则将任务分配给适合的管理Agent。
Setp7启动系统，
Setp8管理Agent召集自己管理的监测Agent，
Setp9管理Agent将自己的任务进行分解，再根据监测Agent与任务的匹配度，将分解后的子任务分配给适合的监测Agent来完成，监测Agent通过互动机制与其管理Agent进行协作来完成自己的任务，实现信息和资源的共享。
Setp10当某个管理Agent（例如：管理Agent2）发生故障时，主控Agent首先根据检测到的故障信息做出相应的诊断决策，然后将管理Agent的控制权限转交给其它管理Agent或者进行任务的重新分配，从而使整个系统仍能正常执行。这样就实现了依靠各Agent之间的协作来提高整个系统的可靠性，而不是通过单个Agent的可靠性的冗余。
Setp11监测Agent完成来自管理Agent的分配任务后，将自己采集到的煤矿井下信息（例如瓦斯信息）反馈给自己控制的管理Agent，
Setp12管理Agent将来自自己控制的监测Agent的信息进行融合处理，将处理后的干净、准确、简化的信息通过工业以太网发送给主控Agent，同时查询知识库的知识，当发现自己管辖区域煤矿环境危险时（例如：瓦斯超限）时，立即报警，并将危险信息反馈给主控Agent，由主控通知相关工作人员处理。。
Setp13主控Agent将来自自己控制的管理Agent的信息进行融合处理，处理后反馈给人机交互Agent，同时根据知识库的知识进行判断，当发现煤矿环境危险时，立即报警，并通知相关工作人员处理。
Setp14人机交互Agent将监控到的煤矿井下复杂的环境信息反馈个用户或者相关管理人员。
2.4 Agent间通信与协作
在多Agent系统中，因为各Agent之间由于其结构和行为的相关性，他们之间
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