基于多Agent的世博园区运营指挥系统研究.pdf

电 气 自 动 化 ) 2 0 1 0 年 第 3 2 卷第 3 期 计 算 机 技 术及 其 应 用 Co mp u t e r T e c h n olo g y & Ap p l ic a t io n s 基于多 A g e n t 的世博园区运营指挥系统研究 同济大学社区信息化与智能建筑研究中心( 上海) 王琳程大章 摘要： 为了体现“ 城市， 让生活更美好” 的世博主题， 实现“ 安全、 便捷、 和谐” 的世博运营目标， 建立一套能够达到信息实时、 功能联动的 世博园区运营指挥系统就显得尤为重要。本文主要研究利用多 A g e n t 技术的自治性和社会性， 将其融入到世博园区运营指挥系 统中， 从而建立个基于多 A g e n t 的系统集成模型， 以满足常态与应急态的运营指挥需求。 关键词： 上海世博会 多 A g e n t 运营指挥应急联动 【 中图分类号】 T P 1 8 2 ， T P 2 9 文献标识码】 A 文章编号 1 0 0 0 3 8 8 6 ( 2 0 1 0 ) 0 3 0 0 3 6 0 3 Th e Re s e a r c h o f W o r l d E x p o Op e r a t i o n Co mma n d S y s t e m Ba s e d O n Mu l t i - Ag e n t ( R e s e a r c h C e n t e r o f C o m m u n i t y I n f o r m a t i o n a n d I n t e l l i g e n t B u i l d i n g， T o n g i i U n i v e r s i t y , S h a n g h a i ， C h i n a ) Wa n g L i n C h e n g D a z h a n g Abs t r a c t ： I n o r d e r t o r e fle c t t h e t h e me o f t h e wo r l d Ex po - Be t t e r Ci t y ， Be t t e r L i f e ”，a c h i e v e t h e o p e r a t i o n a l o b j e c t i v e s o f t h e w o r l d E x p o - s a f e ， c o n v e n i e n t ，a n d h a r mo n y” ，i t i s p a r t i c ul a r l y i mp o r t a nt t o e s t a b l i s h a s e t o f t h e wo r l d Ex p o o pe r a t i o n c o mma n d s y s t e m，whi c h c o ul d g a i n r e a l t i me i n f o r ma t i o n a n d r e a l i z e f u n c t i o n al l i n k a g e T h i s p a p e r a d o p t s fl e x i b i l i t y an d a d a p t a b i l i t y o f t h e Mu l t i Ag e n t t e c h n o l o g y ，a n d p u t s i t i n t o t h e w o r l d E x p o o p e r a t i o n c o mman d s y s t e m，e s t ab l i s h i n g an i n t e g r a t i o n s y s t e m mo d e 1 T h e p u r p o s e i s t o me e t t h e n o r mal a n d t he e me r g e n c y s t a t e d e ma n d s o f t he o p e r a t i o n c o mma n d s y s t e m Ke ywo r d s ： S ha ng h a i W o r l d Ex p o mul t i - a g e nt o p e r a t i o n c o mma n d i n t e g r a t e d e me r g e n c y r e s po ns e 0 引言 2 0 1 0 年上海世博会是 一场 演绎城市 主题 的盛会 ， 是一个展示 多元文化的舞台。 2 4 0 多个 参展 国家或国际组织 、 7 0 0 0 多万 国内外 游客参观、 2 万多场各种类 型的文化娱乐和论 坛活动 ， 这种极高密 度的人流和活动， 无疑会增加公共安全问题发生的可能性， 发生各 类突发事件所造成的损失也会大于其他活动。 因此， 建立一套能够 快速响应、 高效联动、 协调有序的世博园区运营指挥系统以应对突 发事件的发生， 就能为世博会的成功举办提供一道安全保护屏障。 多 A g e n t 系统( M u l t i A g e n t S y s t e m ， M A S ) 作 为分布式人工智能 的一个研究分支， 可以为复杂庞大的系统提供更快速的问题求解。 在多 A g e n t 系统 中， 各个 A g e n t 既具有独 自解决 问题 的能力 ， 同时 也 可以一起协作共 同来完成 问题 的求解 ， 也就是所谓的 自治性和 社会性 。 鉴于 M A S所具备的功能和特点， 将其应用于世博园区运营指 挥系统 ， 对于推动运 营指挥系统向智能化 、 集成化方向发展有一定 的理论意义 和现实意义。 1 世博园区运营指挥系统 世博园区运营指挥系统是承担世博会运营管理的载体，支撑 对世博会运营管理工作 “ 纵向指挥有力、 横向协调顺畅” 的业务要 求， 其应具备“ 常异结合“ 的特点： 在常态情况下， 运营指挥系统主 要负责园区内安全防范、 设施管理、 交通组织和活动保障的日常运 行和管理 ； 一旦发生公共 突发事件时( 异态情况 ) ， 该系统将成为园 区的应急联动指挥平 台， 负责调用应急处 置所需的相关 资源 ， 开展 36 J E J e c t d c a I Au t o ma r io n 综合应 急处置工作。 2 多 A g e n t 技术 目前对 A g e n t 尚无统一 的定义 ， 一般认为 A g e n t 是处在一定的 环境下能够连续不断 的感应到环境 的变化 ，并能够灵活 自主地对 环境做 出反应的计算机系统。 对于复杂的问题和系统 ， 单个 A g e n t 是无法独自承担的， 根据 “ 分而治之” 策略 ， 可由多个 A g e n t 共同协作完成 ， 即构成多 A g e n t 系 统( MA S ) 。 而 M A S就是来协调一组 自治的A g e n t 共同完成某些任务 或者 目标。 这些 A g e n t 在物理上是松散耦合的， 甚至是异构的 ， 它们 具有单独解决问题的能力 ， 也可以组织在一起共同解决问题 。 3 基于多 A g e n t 的世博园区运营指挥系统设计 结合多 A g e n t 的技术特点以及世博园区运 营指挥系统的功能 要求 ， 设计一个基于多 A g e n t 的世博 园区运营指挥 系统模型。 该模 型把每一个子系统设立成一个 A g e n t ， 由A g e n t 代表子系统进行系 统间的交流和协作。 在常态的情况下， 子系统 A g e n t 负责各自系统 的日常管理和运行 ； 当发生紧急情况需要共同处理时 ， 各个子系统 A g e n t 就 自动协作， 统一部署， 实现系统的应急联动功能。 3 1 系统的体系结构 设计多 A g e n t 系统结构的主要工作就是设计子系统模块，并 使这些模块能够按照 A g e n t 的理念和方式进行交互和协作，从而 形成一个有机的整体， 完成更加复杂的功能。 图 1 所示的是基于多 A g e n t 的世博园区运营指挥系统的体系结构。 该结构根据 A g e n t 在 系统中所承担的角色 ， 将其划分在不同的区域 中。尽管每个 A g e n t 计 算 机 技 术及 其应 用 Co mp u t e r T e c h n o lo g y Ap p ti c a t i o n s ： 厂 、 决 策 獬 区 匡 圈 ： 摊 区 圈 匦 圈 图 1 基于多 Ag e n t 的世 博园区运营指挥系统体 系结构 所扮演的角色不同， 也有着不同的目标和能力， 但是它们之间都是 可以通过局域网或者总线的方式连结在一起的，是一个无论是在 物理上还是在逻辑上都有着紧密联系的集合。 在该体系结构中每个子系统 用 A g e n t 进行封装 ，也就是说不 改变子系统 内原有 的连接方式而是采用 A g e n t 的方式进行数据访 问和通信 ， 经过封装后的系统不仅集成能力有 了进一步 的提升 ， 而 且对 突发事件的响应速度和处置能力也有 了进一步的提高 。 3 1 1 功能 区 ( 1 ) 安保系统 A g e n t ： 负责处置园区的安全防范， 预防入侵、 盗 窃、 破坏以及爆炸等治安事故。其主要包含闭路电视监控系统、 出 入E l 控制系统、 防盗报警系统、 电子巡更系统、 周界保安系统等。 ( 2 ) 交通系统 A g e n t ： 负责维持 园区内外正常的交通运行 ， 顺 畅 高效地输送前来参观的大量游客。其主要包括停车诱导系统、停 车场管理系统 、 园区内交通运行管理 系统 、 园区外交通运行管理系 统 、 交通指挥调度 系统等 。 ( 3 )设施管理系统 A g e n t ：负责园区内设施设备的管理及运 行。其主要包括基础设施管理系统、 消防控制系统、 通信与网络系 统、 广播音响系统、 信息发布系统等。 ( 4 ) 活动保障系统 A g e n t ： 负责对园区内各项活动进行综合管 理 ， 除演出等活动管理外 ， 还提供后勤保障， 如医疗救护、 气象检 测、 食品餐饮管理等。 3 1 2 决策指挥 区 ( 1 ) 通信 A g e n t ： 负责系统内A g e n t 之间信息的传递以及命令 的传达， 在完成信息传递的同时， 也可实现信息的共享。 ( 2 ) 协调 A g e n t ： 由于该 系统涉及到 多个子 系统 ， 每个 自主的 子系统 A g e n t 又都有着各 自的 目标 、 资源和意图 ， 在共同解决 问题 时势必会 出现矛盾和冲突。 因此 ， 在 系统 中设置一个协调 A g e n t 对 冲突进行裁决 。 ( 3 ) 决策 A g e n t ： 是系统的“ 大脑” ， 全面负责运营指挥中心的 日常运营工作 。 针对世博会期间可能出现 的各种情况 ， 制定大量的 应急预案， 以提供问题解决的最优方案。 当出现突发事件时， 由它 进行统一部署 和规划 ， 最大化地发挥每一个子系统 A g e n t 的功能 ， 将突发事件所造成的损害降到最低。 3 1 3界 面 区 人机交互 A g e n t ： 在管理者和系统之间搭建 了一个交互平台。 其主要功能就是显示整个系统的各类信息、接受管理者的指令并 解释执行。 人机交互 A g e n t 包含了可视化指挥系统、 电视电话会议 系统等辅助 系统 。 另外 ， 人机交互 A g e n t 还与城市应急指挥 系统相 电气 自动化 2 0 1 0年第 3 2卷 第 3期 衔接 ， 其 目的就是发生重大突发事件时 ， 可以快速调用城市资源进 行处置， 形成一个“ 你中有我、 我中有你” 、 “ 条块结合” 的整体。 3 2 系统中主要 Ag e n t 的结构 3 2 1功能区 Ag e n t 功能区A g e n t 按照功能的规划执行日常的预定行为 ，负责处 理内外部突发事件。其结构图如图 2所示。 图 2 功能区 A g e n t 内部结构 由于某些突发事件需要 多个 A g e n t 共同协作 ，因此功能区 A g e n t 需要具备向其他 A g e n t 发送和接受消息的能力。 另外， 由于其 又内含子系统，因此还能够接受和处理子系统的信息。对于 日常 的预定行为， 以外界环境的变化为触发条件， 一旦触发条件符合一 定 的规则后 ， A g e n t 直接调用相应 的规则来指导动作 ， 而不需要进 行推理 。对于超出预设行为而相对较 为复杂 的情况 ， A g e n t 通过状 态库将环境的新信息和自身内部状态融合在一起产生当前状态的 描述，调用知识库存放的控制策略及控制参数的约束条件进行规 划 ， 最终 由推理机生成作用决策指导行为。 3 2 2 协调 A g e n t 协调 A g e n t 的内部结构如图 3 所示。其中，信念是功能区 A g e n t 当前的状况以及要达到某种目的可能采取的行为；愿望是功 能区 A g e n t 为实现其 目标而希望得到的资源配置和响应；解释器 是连接信念、愿望、意图和推理机的桥梁，负责信息的转换和更 新。 推理机是为了消除 A g e n t 之间的冲突所进行的推理活动 ， 是对 冲突的仲裁 ，推理 结果形成 意图，最 终作用 于行为 。 3 2 3 决策 Ag e n t 决 策 A g e n t 是 系统 的核 心部 分 ， 也是最具智能 的部 分 ，而其 内部结构 也 是最 为复 杂 的 ， 如图 4所示。任务 分解模块主要 是将 图 3 协调 A g e n t 内部结构 所要进行的任务进行自动的分解， 提取其主要特征。 C B R ( C a s e B a s e d R e a s o n i n g ， 基于案例推理) 模块根据任务的特点， 从案例 预案库中 检索与之情况相近的案例 ， 作为决策 的参考 。决策模块就是最终行 为的确定 ， 决定每个 A g e n t 的功能 以及在任务中所承担的工作。 学习 模块就是获取经验， 并对知识库、 数据库等进行及时的更新。 3 3系统的运行机制 3 3 1 常态情况 ( 下转第8 5页) Ele c t r i c a J Au t o ma t i o n J 3 7