（电力系统及其自动化专业论文）基于agent技术的调度操作票研究.pdf

华北电力人学硕十学位论文 摘要 随着调度自动化以及人工智能的发展，基于人工智能技术的操作票专家系统研 究颇多，且取得了相当的成果。本文在对目前操作票系统研究现状进行总结和归纳 的基础上，将a g e n t 理论应用于调度操作票专家系统中，设计了基于a g e n t 技术 的智能调度操作票专家系统。 本文首先从个体a g e n t 的结构出发研究了多a g e n t 的体系结构、通信机制和合 作方式。设计了由知识库子系统、任务规划a g e n t 、推理a g e n t 、协调控制a g e n t 、 操作票管理a g e n t 和人机接口组成的m a s ( m u l t i a g e n ts y s t e m ) 系统。将a g e n t 技术 应用到知识库系统，提出了分布式结构的知识a g e n t ，有利于知识的维护，使系统 能够更高效的利用知识。提出基于设备类型的任务规划和基于合同网的协作策略， 并设计了标准的合同网消息格式和合同网协议会话策略，最后用实例对系统功能进 行了测试和说明。 关键词：操作票，a g e n t ，知识表示，任务分解，协作策略 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fd i s p a t c h i n ga u t o m a t i o na n da r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ，m u c h r e s e a r c ho fd i s p a t c h i n gs h e e te x p e r ts y s t e mb a s e do na r t i f i c i a li n t e l l i g e n c et e c h n o l o g yi s d o n ea n dc o n s i d e r a b l ea c h i e v e m e n t sh a sb e e na c h i e v e d o nt h eb a s i so fs u m m i n gu pt h e s t a t u so ft h ec u r r e n td i s p a t c h i n gs h e e te x p e r ts y s t e m ，t h ep a p e ra p p l i e dt h ea g e n tt h e o r y t ot h es y s t e m ，a n da n i n t e l l i g e n td i s p a t c h i n gs h e e te x p e r ts y s t e mb a s e do na g e n t t e c h n o l o g yi sd e s i g n e d f i r s t l yt h ep a p e rr e s e a r c h e dt h em u l t i - a g e n ta r c h i t e c t u r e ，c o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s m s a n dm o d eo fc o o p e r a t i o nf r o mt h es t r u c t u r eo ft h ei n d i v i d u a la g e n t am u l t i - a g e n t s y s t e mw h i c hi sc o m p o s e do fk n o w l e d g es u b s y s t e m ，t a s kp l a n n i n ga g e n t ，r e a s o n i n g a g e n t ，c o o r d i n a t i o na n dc o n t r o la g e n t ，d i s p a t c h i n gs h e e tm a n a g e m e n ta g e n ta n d m a n m a c h i n ei n t e r f a c ei sd e s i g n e d s e c o n d l ya p p l i e dt h ea g e n tt e c h n o l o g yt ot h e r e p o s i t o r ys u b s y s t e ma n dp r o p o s e dt h ed i s t r i b u t e ds t r u c t u r eo fk n o w l e d g ea g e n tw h i c h i sc o n d u c i v et ok n o w l e d g em a i n t e n a n c ea n dm a k i n gt h es y s t e mu s et h ek n o w l e d g em o r e e f f i c i e n t t h et a s kp l a n n i n gw h i c hb a s e do nt h et y p eo fe q u i p m e n ta n dt h ec o l l a b o r a t i o n s t r a t e g yw h i c hb a s e do nt h ec o n t r a c tn e ta r ep r o p o s e d ，t h es t a n d a r dc o n t r a c tn e t m e s s a g ef o r m a ta n dc o n v e r s a t i o ns t r a t e g ya r ed e s i g n e d f i n a l l y , t e s t e da n de x p l a i n e dt h e s y s t e mf u n c t i o nb ye x a m p l e s w ux i a o j u n ( e l e c t r i cp o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f l i uw e n y i n g k e yw o r d s ：d i s p a t c h i n gs h e e t ，a g e n t ，k n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o n ，t a s kd e c o m p o s i n g ， c o l l a b o r a t i o ns t r a t e g y 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于a g e n t 技术的调度操作 票研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工 作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：呈蝤日期：型：! ：! ! 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：导师签名： 日期：鲨垦：! ：! ! 华北电力人学硕士学位论文 1 1 课题背景及研究意义 第一章引言 操作票是电力系统日常检修、变更运行方式时倒闸操作的一项重要指令，执行 操作票制度是电力系统防止误操作的一项重要安全措施。随着我国电力工业的不断 发展，电力系统内输配电设备数量的不断增加，日常工作中需要进行的操作数量与 频度也逐年增大。在同常的运行工作中，为了有效地防止误操作事故的发生，确保 操作票管理工作统一、规范、标准，电力系统对操作票的填写有着极为严格的要求， 不仅要求每次操作票中的操作项、操作顺序准确无误，而且要求书写格式符合规范， 要求文字清晰、工整，术语规范化、标准化。有些单位甚至要求每份操作票不得有 3 处以上的书写修改。这些严格的规定使得在同常的操作中，仅填写操作票就占用 了运行人员很大的精力与时间。而在一些临时的倒闸操作过程中，为了尽快完成操 作，运行人员只得先在草稿上临时写个操作顺序先完成操作，待作业完成后再重新 抄写到正式的操作票上。这样做不但违反关于操作票的有关规定，增大了出现误操 作的机率，而且也使得原本为了确保安全及规范而制定的操作票的各种要求与规定 失去了实际意义。 因此，研制开发智能操作票专家系统，实现操作票的自动或半自动生成，提高 操作票正确率、缩短操作票拟定时间、减轻运行人员日常工作强度，已成为电力系 统运行管理人员的一项重要课题。 近年来人工智能( a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e a 1 ) 和分布式人工智能( d i s t r i b u t e d a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e d a i ) 的研究发展十分迅速，应用研究已经从理论研究阶段走向 实用化阶段，并在包括电力在内的各个生产领域中发挥着越来越重要的作用。其中 专家系统( e x p e r ts y s t e m - - e s ) 和人工神经网络( a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k - - a n n ) 作为人工智能的重要分支以及分布式人工智能系统中智能a g e n t 的理论、技术，特 别是多a g e n t 系统( m u l t i a g e n ts y s t e m - - m a s ) 的发展，在电力系统的各个研究领域 表现尤为活跃，不断为电力工业创造出巨大的经济效益。 本文在对目前操作票系统研究现状进行总结和归纳的基础上，提出将分布式人 工智能之多a g e n t 理论应用于操作票自动生成系统中，研究基于多a g e n t 的调度操 作票自动生成智能系统。该系统将不同设备类别、不同设备运行方式的推理机制视 为分布式的、并行的多a g e n t ，并由协调控制a g e n t 控制各个a g e n t ，自动完成对某 一操作任务的推理，并对所生成的操作序列进行推理解释，完成以人类自然语言表 示的、现场要求的标准格式的操作票，具备了较强的智能性。 华北电力人学硕士学位论文 1 2 操作票专家系统的研究现状综述 一张正常运行方式下的操作票就是根据给定的操作任务，遵循安全操作规程将 电网中相关的电气设备由当前状态切换到目标状态而形成的一系列操作步骤的有 序集合。整个操作步骤是领域内大量知识和经验的描述，难以建立精确的数学模型， 不能用传统的数值分析方法进行求解，而专家系统本身是一种弱求解方法，非常适 用于解决无法用数值方法定量分析的经验性和逻辑性强的问题。迄今为止，一些专 家和学者在这方面已进行了有益的探索和尝试，并取得了良好的经济效益和社会效 益。 国外的操作票专家系统较早的有日本的t a k a s h ia b e 等人开发的v i r g o 专家系 统。该系统自动生成有序的电气操作命令集，并且具有仿真功能。它采用知识描 述语言( k d l ) 实现，操作任务仅限于四种：停电、送电、并列和单独运行，所涉及 的电气设备类型限于三种：母线、线路和变压器，而且形成的操作票中不涉及保护 压板的投退。 国内对这项工作的研究始于2 0 世纪8 0 年代，国内一些高校和科研院所先后开 展了此方面的研究，开发了针对不同发电厂、变电站和各级调度中心的操作票专家 系统，具体可分为以下几类： 1 查询开票方式心1 此类系统把现场的典型操作票存储到数据库中，开发出对数据库内容进行管理 和维护的平台，对操作票进行分类存储、检索和输出。每张操作票的内容以文本形 式进行存储，操作人员通过选择检索方法，就能调出相应的历史票对其进行编辑、 修改，从而生成相应的操作指令，操作简单，运行人员容易掌握。数据库维护界面 友好，对于历史票的编辑功能强大，使用方便。但是，系统没有推理过程，无法判 断所存储文本的操作内容是否正确，不具有智能性。由于各地的历史票不可能完全 相同，因而此类系统不具有通用性。 2 子程序、模块方式阳1 此类系统将操作任务按照电压等级和设备类型进行分类，整个系统由多个子程 序构成，每个子程序对应一个操作任务，根据用户选择的操作任务运行相应的子程 序。系统推理机适应电网运行状态的能力取决于对实际问题考虑的完善程度，考虑 程度越完善，其适应性能就越好；反之，效果就越差。由于系统采用程序方法实现 操作指令的生成，用户无法进行维护，不能适应现场变化的要求，影响了现场的使 用，移植到其它应用对象重复工作量很大，因而系统通用性较差。 3 图形校核方式h 1 此类系统开发出一种图形化的用户界面，用户通过鼠标点击图中相应的电气元 件来完成开票过程，每点击一个元件即可自动生成一条相应的操作指令。若用户点 2 华北电力人学硕十学位论文 击元件的顺序违反了安全操作规程，则系统会自动报警并给出提示，而不生成这条 错误的操作指令。系统界面友好，图形功能强大，具备直观、逼真的操作效果。同 时，系统还具有较好的校核功能，适合于现场培训调度人员，是一种应用广泛的模 拟培训系统。但是，它不能自动推理出操作指令，因而不具有智能性。此外，由于 电力系统中一次设备的操作有很强的习惯性，因而此类系统也很难做到通用。 4 基于开关控制逻辑方式啼1 此类系统的开发者认为：操作票专家系统就是根据操作任务来实现将电气设备 由一种运行状态到另一种运行状态转换的计算机求解系统。状态转换需经过一系列 的倒闸操作完成。倒闸操作实质上是一个逻辑式顺序控制问题，每个元件的操作必 须遵循安全操作规程，而安全操作规程可用开关控制逻辑表示。该思想为规则表示 和推理机的实现方面提供了一种新的思路，但是程序实现有一定的困难。开关控制 逻辑理论的程序实现性和可用性，仍是一个有待探讨的问题。 5 基于产生式系统方式阳刮 此类系统的内核由数据库、知识库和推理机组成，以产生式作为知识的表示形 式。数据库存放所涉及的各设备的状态和推理过程中产生的中间结果；知识库存放 电气操作知识规则和电网结构知识；推理机依据对规则的分类与管理，完成与目标 任务的匹配，在求解空间中搜索出一个满足目标解的路径。这类系统需将网络拓扑 结构、设备运行状态以及网络操作知识用命题逻辑表示，开发难度较大，开发周期 长，这在一定程度上制约了系统的通用性和用户可维护性。 6 基于面向对象技术方式n 扣 此类系统将面向对象技术与专家系统相结合，将一次设备按照类型抽象成各种 类，如母线抽象为b u s 类，开关抽象为b r e a k e r 类，再找出母线、开关等各个类的共 同属性，如所属变电站名称、电压等级、编号等，从而抽象出了这些类的基本属性， 称为元件e l e m e n t 类。由于开关的种类不同，又从开关类中派生出线路开关、旁路 开关和变压器开关3 个子类。由于系统采用了软件领域的面向对象技术，因而图形 编辑界面的开发比较方便。但对于操作票专家系统来说，更主要的是实现操作票的 自动生成，而现有的面向对象专家系统只是把所有电气设备都抽象成类，这样的知 识表示没有完全发挥出面向对象技术的优良特性，并不完全适合推理的进行，开发 出的系统维护性很差。 1 3 本文所做的主要工作 在对目前操作票系统和a g e n t 以及多a g e n t 理论知识研究的基础上，提出将多 a g e n t 技术应用于操作票专家系统中，研究基于a g e n t 技术的调度操作票专家系统。 由于m a s 具有相互通信、协同配合并共同完成任务的特点，使专家系统知识的调 华北电力人学硕十学位论文 用更快速、维护更简单，特别是采用a g e n t 技术的分布式推理机制使得任务的分解 和协作求解成为可能，有利于复杂任务的快速和准确求解。 本文做的工作主要在以下几个方面： ( 1 ) 研究基于m a s 的调度操作票专家系统的体系结构。对于多a g e n t 系统， 最重要的一个特点就是它们之间可以通过互相的协作交流，实现功能和知识层次上 的共享，以共同完成一个更高层次更大规模的任务。因此设计多a g e n t 系统体系结 构是建立多a g e n t 系统的关键。 ( 2 ) 研究基于m a s 的知识库系统。知识库是系统运行的基础，由于数据库大和 电网结构不断变化等因素，提高知识的通用性和可维护性是建立知识库系统的首要 问题。 ( 3 ) 研究基于m a s 的调度操作任务的分解、分配和协作求解的新方法。 ( 4 ) 研究设计多种开票方式相结合的操作票开票系统，提高系统的智能性和实 用性。 4 华北i 色力大学硕十学位论文 第二章a g e n t 技术与发展 2 1 a g e n t 概念及其特性 a g e n t 的概念最早可追溯到1 9 7 7 年c a r lh e w i t t 的“v i e w i n gc o n t r o ls t r u c t u r e sa s p a s s i n gm e s s a g e ”一文中提出的并发对象模型的概念。该文定义了一个具有自兼容 性、交互性和并发处理的对象a c t o r 。该对象具有封闭的内在状态，并可与同类 对象进行信息发送和反馈。a g e n t 一词最早可见与m m i n s k y 在1 9 8 6 年出版的 “s o c i e t yo f m i n d 一书。m m i n s k y 引入了“s o c i e t y ”和“s o c i a lb e h a v i o r ”的概念。 个体存在于社会中，社会中的个体在有矛盾的前提下通过协商或者竞争的方法得到 问题的求解，这些个体就是a g e n t 。m m i n s k y 在1 9 9 4 对a g e n t 的概念做了进一步 的说明。指出，a g e n t 是具有特别技能的个体；对于计算机而言，a g e n t 是指“一些 能帮你完成特定任务的机器，而你无需知道它是如何工作的黑箱”，揭示了a g e n t 所应具有的两重属性：社会性和智能性n 2 刊。 不同领域学者对a g e n t 的各种属性的重要性看法不同，因此，关于a g e n t 的确 切定义至今尚未达成一致。目前受比较多人承认的a g e n t 定义是w o o l d r i d g e 和 j e n n i n g s 在1 9 9 5 年提出的关于a g e n t 的概念，他们将其分为弱a g e n t 和强a g e n t n 引： ( 1 ) a g e n t 的弱定义：a g e n t 是一个基于软件( 在更多情况下) 或硬件的计算机 系统，它拥有以下特性：自治性、社会性、反应性和预动性。a g e n t 的弱定义是一 个具有上述特性的像u n i x 这样的软件程序，它的运用相当广泛( 不仅仅运用于人工 智能) ，如：主流计算机科学、人机界面、面向对象并发程序设计、软件工程和软件 机器人。 ( 2 ) a g e n t 的强定义：在弱定义的特性基础上，还要包括一些人类特性。例如， 人工智能研究人员使用一些精神特性来刻画a g e n t ，如知识、信念、意图、义务、情 感等人类精神状态。另外，研究人员还使a g e n t 具有视觉等人类属性。a g e n t 的强 定义使用于人工智能以及与智能有关的系统。 a g e n t 主要有以下几种属性n 5 1 ： ( 1 ) 代理性( a c t i n go nb e h a l f o f o t h e r s ) ：具有代表他人的能力，即它们都代 表用户工作而不是代表自身。这是a g e n t 的第一基本特征。另外，a g e n t 可以把其 他资源包装起来，引导并代替用户对这些资源进行访问，成为便于通达这些资源的 枢纽和中介。 ( 2 ) 自治性( a u t o n o m y ) ：a g e n t 应该是一个独立自主的计算实体，具有不同 程度的自治能力，即部分或彻底地不受用户干预而自行工作。它应能在无法事先建 模、动态变化的信息环境中独立规划复杂的操作步骤，解决实际问题；在没有用户 华北电力大学硕十学位论文 参与的情况下，独立发现和索取符合用户需求的资源与服务。 ( 3 ) 主动性( a c t i v i t y ) a g e n t 能遵循承诺采取主动行动，表现出面向目标的 行为。例如，i n t e r n e t 上的a g e n t 可以漫游全网，为用户搜集信息，并将信息主动提 交给用户。 ( 4 ) 反应性( a c t i n go nb e h a l fo fo t h e r s ) a g e n t 能感知所处的环境，并对相 关事件做出适当反应。 ( 5 ) 社会性( a c t i n go nb e h a l fo fo t h e r s ) ：a g e n t 具有一定程度的社会性，即 它们可以跟a g e n t 的用户、资源以及其他a g e n t 进行通信交流。 ( 6 ) 智能性( i n t e l l i g e n c e ) ：a g e n t 具有一定层次上的智能，包括从预定义规则 到自学习人工智能推理机等一系列的能力。例如，理解用户用自然语言表达的对信 息资源和计算机资源的需求；帮助用户在一定程度上克服信息内容的语言障碍；捕 捉用户的偏好与兴趣；推测用户的意图并为其代劳。 2 2a g e n t 的结构研究 a g e n t 的结构是指a g e n t 的组成方式。下面主要讨论a g e n t 的基本结构和基于 a g e n t 属性分类的反应a g e n t 、慎思a g e n t 及混合a g e n t 的结构n 6 。 ( 1 ) a g e n t 的基本结构 a g e n t 的基本结构如图2 1 所示。在该图中，a g e n t 首先通过传感器感知外界环 境；然后通过信息融合模块对感知到的不同的外界信息进行融合，再通过信息处理 模块对融合后的外界信息进行加工并形成规划或策略；最后通过作用决策模块控制 效应器作用于外界环境。 i 广一 ： l 传 u 感 图2 1a g e n t 的基本结构 图2 2 反应a g e n t 的基本结构 ( 2 ) 反应a g e n t 的结构 反应a g e n t ( r e a c t i v ea g e n t ) 是一种不含任何内部状态，仅简单地对外界刺激产 生响应地a g e n t 。反应a g e n t 的结构如图2 2 所示，它采用“感知一动作”的工作模 6 华北电力人学硕十学位论文 式，即当传感器感知到外界环境信息后，立即由世界现状模块形成当前世界状态， 并由作用决策模块根据当自 世界状态和“条件一作用规则及时做出决策，随即交 效应器执行。 ( 3 ) 慎思a g e n t 的结构 慎思a g e n t ( d e l i b e r a t i v ea g e n t ) 也称认知a g e n t ( c o g n i t i v ea g e n t ) ，是一种具有自己 的内部状态和知识库，能根据环境和目标进行推理、规划等操作的a g e n t 。对慎思 a g e n t ，又可根据a g e n t 的思维方式将其分为抽象思维a g e n t 和形象思维a g e n t 。其 中，抽象思维a g e n t 主要由于抽象概念和符号推理进行思维，与符号主义相联系。 形象思维a g e n t 主要基于形象材料进行整体直觉思维，与联结主义相联系。慎思 a g e n t 的基本结构如图2 3 所示。a g e n t 的基本过程是先通过传感器接收外界环境信 息，并根据内部状态进行信息融合；然后在知识库支持下制定规划，在目标引导下 形成动作序列；最后由效应器作用于外部环境。 ：广 慎思a g e n t ： ( 4 ) 混合a g e n t 的结构 混合a g e n t ( h y b r i da g e n t ) 是一种组合a g e n t ，其内部包含有多种相对独立且可并 行执行的a g e n t 。下面以由反应a g e n t 和认知a g e n t 组合形成的混合a g e n t 为例， 来讨论其基本结构。图2 4 为这种混合a g e n t 的结构图。 图2 4混合a g e n t 的基本结构 在这种结构中，a g e n t 包含了感知、动作、反应、建模、规划、通信、决策等 7 华北电力大学硕+ 学位论文 模块。a g e n t 通过感知模块获得外界环境信息，并对环境信息进行抽象，如果感知 到的是简单或紧急情况，则直接送反应模块，由反应模块做出决定，效应器模块立 即执行。这是一种典型的反应a g e n t 结构。如果感知到的是一般情况，则该信息被 送到建模模块进行分析，建模模块根据自身的模型和感知到的信息做出短期情况预 测，然后在决策模块的协调下由规划模块做出中短期行动计划，并交给效应器模块 执行。 2 3m a s 的概念及其特性 多智能a g e n t 系统是指由多个可执行网络计算a g e n t 组成的集合。通常，每个 a g e n t 被认为是一个物理的或者抽象的实体。在网络与分布式环境下，每个a g e n t 是独立自主的，能作用于自身和环境，能操纵环境的部分表示，能对环境的变化做 出反映，更重要的是能与其他a g e n t 通信、交互，彼此协同工作，完成共同的任务。 因此多a g e n t 被定义为：能进行问题求解，能随环境改变而修改自己的行为，并能 通过网络与其他a g e n t 进行通信、交互、协作、协同完成求解同一问题的分布式智 能系统。这样的系统能模拟人类社会团体、大型组织机构的群体工作，并运用他们 解决问题的工作方式，解决共同关心的复杂问题。 多智能体中的各个a g e n t 除了具备以上所述的特性以外，当他们协同起来共同 完成任务时还具备如下特性： ( 1 ) 系统中的每个a g e n t 都拥有解决问题的不完全信息或能力。 原因在于若仅一个a g e n t 就具备解决问题的完全能力，则多a g e n t 系统的存在 便失去了意义，而就大部分实际运用环境而言，也不可能存在能够解决全部问题的 单个a g e n t ，这也是多a g e n t 系统应运而生的原因之一； ( 2 ) 不存在系统全局控制。 一般情况下，多a g e n t 系统中的各a g e n t 地位是平等的，每一个a g e n t 都没有 特殊权利对全系统进行管理指挥，同时这也从另一方面印证了第一点； ( 3 ) 系统数据是分散的。 在人们处理问题的时候，往往希望数据或信息是分类、分时处理好的，但在处 理过程中不但会消耗较多系统资源，还有可能造成数据的遗漏、错误等。而在多 a g e n t 系统中，不仅保持了数据的“原滋原味”，还通过各a g e n t 分别对数据进行处 理，减少了系统总的运算量，这也是多a g e n t 系统优于其他解决方法的地方； ( 4 ) 计算是异步的。 多a g e n t 系统的各a g e n t 可以在不同时间甚至不同空间进行各自的计算，它们 需要的仅仅是解决问题统一的步调，而不是统一的运算过程，这也是多a g e n t 系统 照应第三点得到的特性。 8 华北电力人学硕士学位论文 2 4m a s 的通信技术 建立多a g e n t 系统的目的在于解决由单个a g e n t 难以处理的复杂问题，即任务 在时间或空间上的复杂性超越了个体的能力，仅依靠个体行为的实现是不可能、不 经济、不完整或不精确的。在解决过程中，协作成为必不可少的行为，而a g e n t 通 信是多a g e n t 协作的核心技术，一直是国内外学者研究的焦点。 从a g e n t 之间相互关系的角度看，通信的作用有：( 1 ) 预测：当a g e n ta 由通 信得知a g e n tb 的意识状态后可以推断a g e n tb 的行动，尤其是当a g e n ta 得知a g e n t b 的意图后，可以更直接地了解a g e n tb 将进行的活动。( 2 ) 控制：将a g e n ta 的规划 中应由a g e n tb 完成的活动意图传给a g e n tb ，a g e n tb 若接受，则其行动将受到a g e n t a 规划的制约，a g e n ta 在特定行动上控制了a g e n tb 。 2 4 1 多a g e n t 系统的通信机制 研究智能a g e n t 通信机制的重要先导之一是黑板模型n 7 埔1 ，它是传统的人工智 能系统的扩展，通过使用合适的结构支持分布式问题求解。在多a g e n t 系统中黑板 提供公共工作区，a g e n t 可以互相交互信息、知识和数据。a g e n t 可以在任何时刻访 问黑板，获取新的信息。它一般只选取对当前工作需要和预测将要需要的信息。在 黑板系统中a g e n t 之间不发生直接通信。每个a g e n t 独立完成所求解的问题。黑板 可以用在任务共享和结果共享系统中。各个a g e n t 在访问黑板时要从大量的信息中 决定需要的内容。先进的黑板概念是在黑板中为各个a g e n t 提供不同的区域。 ( 1 ) 黑板模型 黑板结构最早是在h e a r s a y - i i 语音理解( s p e e c hu n d e r s t a n d i n g ) 系统中提出 的。该系统是由f h a y e s r o t h ，v r l e s s e r ，l d e r m a n 等人研制的。随着科技的发 展，黑板结构得到了广泛的应用。 黑板系统是模拟一组( 围着黑板有一组人讨论一个问题) 人类专家，对于同一 个问题或者是一个问题的各个方面，每人手中有一些形状各异的拼板，初始时让部 分人把拼板拼在黑板上，然后，每人根据手中所持的拼板判断是否与黑板上的连接， 任意两个人之间不交流信息，每个人的判断是自驱动的。黑板结构如图2 5 所示： 9 华北电力人学硕十学位论文 黑板知识源 图2 5黑板结构 在上述模型中可看出黑板模型的如下特点：由“知识源+ 黑板+ 控制”组成； 知识源适用无层次、次数的限制；知识源是自驱动求解的，即由知识源自身根据黑 板的动态信息的变换来决定是否参与求解活动。 黑板黑板的目的是保存计算状态或问题求解状态的公共数据( 所有初始、 中间状念和最终结果) ，以层次方式组织全局动态数据库。这些数据由知识源产生。 知识源使用黑板上的数据进行相互问的间接交互。黑板上的数据可以是输入数据、 部分解、选择对象和最后的解，还包括激活知识源的控制数据等。 知识源 将领域知识划分为若干相互独立的知识集，每一知识集完成一种特 定的任务，这种知识集称为知识源。 控制动态选择和激活适用的知识源，使之适时响应黑板的变化。 ( 2 ) 分区黑板结构 对黑板进行分层分区，使信息申请者和发布者缩小了信息搜索的空间，可提高 信息访问的效率，同时，黑板控制器可以监视黑板上的信息的变化，动态选择和激 活适当的知识源或信息提供者，使系统在最短的时问内获得最有希望的解，从而提 高系统的实时反应能力。 分区黑板结构具有以下优点：各智能体能按需共享黑板上的信息，有利于求解 事先无法确定问题求解顺序的复杂问题：支持各智能体相对独立，不仅可保证系统 的开放性，还利于不同人员独立地设计、测试与系统更新：求解问题时，可根据需 要动态选择和激活适当的智能体，选用最优信息和最合适的解题方法，使黑板具有 主动性和优化解决问题方案的能力：适宜于并行处理，各智能体在黑板上相对独立 地进行知识处理活动，可提供系统的实时处理能力。 l o 华北电力大学硕士学位论文 2 4 2a g e n t 通信语言 目前比较著名的a g e n t 通信语言有知识查询与操纵语言( k q m l ) 和在它基础上 经过改进形成的f i p a 开发的a c l 语言。这两种语言采用消息的方式在a g e n t 之间 传递知识，进行通信。 当前，基于共享信息表示k i f ( k n o w l e d g ei n t e r c h a n g ef o r m a t ) 的消息通信格式 k q m l ( k n o w l e d g eq u e r ya n dm a n i p u l a t i o nl a n g u a g e ) 语言正在被广泛使用和广泛接 受，已经成为主流通信方式和事实标准。k q m l 定义了a g e n t 之间交换消息的标准 语法，为多a g e n t 系统通信和协同提供了一种通用框架。在结构上，k q m l 是一种 层次结构型语言，可分为三层：内容层、通信层和消息层。 内容层( c o n t e n tl a y e r ) ：是消息所包含的真正内容，用程序自己的表示语言来 表示。k q m l 可以采用任何形式的表示语言，以a s c i i 字符串或二进制形式都可以。 值得指出的是，对于k q m l 语言的实现来说，并不需要关心消息中内容部分的具体 含义。 通信层( c o m m u n i c a t i o nl a y e r ) ：通信层描述的是通信协议与通信双方有关的一 组属性参数，例如发送方和接受方的身份、与此次通信相关的惟一的标识等。 消息层( m e s s a g el a y e r ) ：消息层构成了k q m l 语言的核心。它确定了可以与使 用k q m l 语言的a g e n t 进行交流的类型。消息层的基本功能是确定传送消息所使用 的协议，并由发送方提供一个与内涵相关的行为原语，用于指明消息中的内涵为确 认、询问、命令或是其它已知的原语类型。因为内涵对于k q m l 是透明的，所以在 消息层也包含对内涵进行描述的可选参数，例如所用的语言、采用的o n t o l o g y 等。 这些属性参数可以让k q m l 语言的具体实现在内涵是透明的情况下，仍能够正确地 分析和传送消息。 k q m l 的语法非常简单，是基于平衡的括号表。表的开始为行为原语的名称， 其余部分为一组以“：关键字值形式出现的参数表。 k q m l 中定义了一组含义明确的、预留的行为原语。这些预留的行为原语并非 是k q m l 具体实现中必须实现的最小子集，它可以根据需要选择实现或添加新的原 语，但是通常要求选择实现的预留原语应满足k q m l 标准的要求。习惯上，一条 k q m l 行为原语也称为一条消息，例如，a g e n ta 想发送一个行为表达式到a g e n tb ， 询问b a r ( x ，y ) 是否为真，则其行为原语可表示为： ( a s k i f ：s e n d e ra ：r e c e i v e rb ：i n r e p l y t o i d 0 ：r e p l y w i t h i dl 发送者 接收者 对前条消息应答的标记 对本条消息应答的标记 华北电力人学硕士学位论文 ：l a n g u a g ep r o l o g ：o n t o l o g yq u e r y ( t f ) ：c o n t e n t ( b a r ( x ，”) c o n t e n t 中内容信息表示语言的名称 c o n t e n t 中内容信息使用的实体集名称 有关行为原语表达内容的信息 ) 其中，a s k i f 为k q m l 的一条用于询问是否为真的预留的行为原语名字，s e n d e r 、 r e c e i v e r 、i n r e p l y t o 、r e p l y w i t h 、l a n g u a g e 、o n t o l o g y 、c o n t e n t 为k q m l 预留的行 为原语的参数。参数c o n t e n t 的值是一个表达式，它必须符合参数l a n g u a g e 所指定 的语言的语法，其中的常量必须在参数o n t o l o g y 指定的概念关系中有定义。由于 a g e n t 之间多采用异步方式通信，所以利用参数i n - r e p l y t o 和参数r e p l y w i t h 来匹配 发出的询问和收到的回答。o n t o l o g y ( 实体抽象) 是一个重要的概念，一个o n t o l o g y 是 指存在于交互的a g e n t 之间的或a g e n t 中的概念与概念之间的关系的一种描述。在 k q m l 中，o n t o l o g y 参数指的是c o n t e n t 参数使用的实体集( 如术语定义集) 的名称。 常用的预留的行为原语通常可以被分为以下几类： 基本询问原语( 如e v a l u a t e ，a s k i f , a s k i n ，a s k o n e ，a s k a l l ，a s k a b o u t ) 简单询问回答原语( 如r e p l y , s o r r y ) 多重询问回答原语( 如s t r e a m i n ，s t r e a m a 1 1 ) 通用信息原语( 如t e l l ，a c h i e v e ，c a n c e l ，u n t e l l ，u n a c h i e v e ) 发生器原语( 如s t a n d b y , r e a d y , n e x t ，r e s t ，d i s c a r d ，g e n e r a t o r ) 能力定义原语( 如a d v e r t i s e ，s u b s c r i b e ，m o n i t o r , i m p o r t ，e x p o r t ) 网络原语( 如r e g i s t e r , u n - r e g i s t e r ，f o r w a r d ，b r o a d - c a s e ，r o u t e ) 现在，还没有为基本的k q m l 行为原语或与之相关的协议定义出正式的语义。 一个发展中的语义模型假定一个使用k q m l 的a g e n t 有一个虚拟知识库，这知识库 由两部分组成：信息库( 信念) 和目标库( 意图) 。基本行为原语按照它们对这两个库的 影响而定义。比如，t e l l ( s ) 表示发送a g e n t 向接受a g e n t 声明句子s 在它的虚拟 信念库中，a c h i e v e ( s ) 表示发送a g e n t 向接受a g e n t 请求将s 添加到它自己的目 标库中。当一个a g e n t 接受到一个k q m l 消息时，控制它产生适当响应的协议也被 定义出了。 2 5m a s 的合作技术 多a g e n t 系统可以看成是一个由一群自主并自私的a g e n t 所构成的一个社会。 在这个社会中，每个a g e n t 都有自己的利益和目标，并且它们的利益有可能存在冲 突，目标也有可能不一致。但是，正像人类社会中具有不同利益的人为了实现各自 的目标又需要进行合作一样，多a g e n t 系统也是如此。本节主要讨论多a g e n t 合作 中的协调、协作与协商问题。 1 2 华北电力大学硕十学位论文 2 5 1 多a g e n t 的协调 协调问题是多a g e n t 合作中的一个主要问题。所谓协调是指对a g e n t 之间的相 互作用和a g e n t 动作之间的内部依赖关系的管理。它描述的是一种动态行为，反映 的是一种相互作用的性质。协调中有两个最基本的成分，一个是“有限资源的分配”， 另一个是“中间结果的通信。例如，当多个a g e n t 都需要使用某一共享资源时，涉 及到的是有限资源的分配问题；当一个a g e n t 需要另一个a g e n t 的输出作为其输入 时，则涉及到的是中间结果的通信问题。下面讨论两种常用的a g e n t 协调的方法。 1 、基于部分全局规划的协调 部分全局规划( p a r t i a lg l o b a lp l a n n i n g ，p g p ) 是指将一个a g e n t 组的动作和相 互作用进行组合所形成的数据结构。该数据结构是通过a g e n t 之间交换信息而合作 生成的。基于部分全局规划的协调的基本原理：在由多个a g e n t 构成的分布式系统 中，为了达到关于某个问题求解过程的共同结论，合作的a g e n t 之间需要交换各自 规划信息。所谓规划是部分的，是指系统不能产生整个问题的规划。所谓规划是全 局的，是指a g e n t 通过局部规划的交换与合作，可以得到一个关于问题求解全局视 图，进而形成全局规划。 2 、基于社会规范的协调 基于社会规范的协调是一种以每个a g e n t 都必须遵循的社会规范为基础的协调 方法。社会规范可以对a g e n t 社会中各a g e n t 的行为加以限制，以过滤掉某些有冲 突的意图和行为，保证其他a g e n t 必须的行为方式，从而确保a g e n t 自身行为的可 能性，以实现整个a g e n t 社会行为的协调。 在基于社会规范的协调方法中，一个很重要的问题是社会规范如何产生，即在 a g e n t 社会中用什么样的方法来制定社会规范。实际上，常用的制定社会规范的方 法有两种，一种是离线设计，另一种是动态生成。所谓离线设计是指a g e n t 系统运 行前所进行的规范设计，其最大优点是简单，缺点是动态性差。所谓动态生成是指 规范通过程序来建立。 2 5 2 多a g e n t 的协