基于多Agent理論和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的工控人機系統(tǒng)研究及應(yīng)用.pdf

1、現(xiàn)代工業(yè)正朝著大型化和復(fù)雜化方向發(fā)展，而傳統(tǒng)工業(yè)監(jiān)測和控制系統(tǒng)卻由此顯示出海量信息下人機交互功能的相對低效。這個瓶頸迫使研究者們?nèi)ヅで笸黄苽鹘y(tǒng)理論和技術(shù)的框架，結(jié)合知識工程、生物工程等其它相關(guān)學(xué)科去展開多層次和多目標的綜合研究，以求產(chǎn)生一些新構(gòu)思、新概念和新方法來設(shè)計工控人機界面，從而實現(xiàn)更為簡易、高效的人機交互，以適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展。 本文首先分析了現(xiàn)代工業(yè)監(jiān)測和控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢及其界面系統(tǒng)的屬性、特點和應(yīng)用發(fā)展要求。在

2、此基礎(chǔ)上，依托人機交互與人工智能、圖形圖像等領(lǐng)域的交叉研究成果，提出并創(chuàng)建了以多Agent系統(tǒng)(MAS)為后臺支撐，以虛擬信息空間為前臺交互界面的三維場景式工控人機界面體系，通過智能化、擬人化和個性化的交互模式，形象、直觀、高效地完成工業(yè)實時監(jiān)控任務(wù)。最后，通過兩個應(yīng)用實例，建立了本文提出的新型工控人機系統(tǒng)的基本框架，為現(xiàn)代工控人機系統(tǒng)的發(fā)展提供了一條可供參考的研究與實現(xiàn)途徑。 本文的研究沿著問題-理論-應(yīng)用這條主線展開，主要研

3、究成果體現(xiàn)在以下6個方面： 1)提出了基于MAS的工控界面框架體系。首先，提出工控界面Agent的組織結(jié)構(gòu)模型，并通過定義“普遍認同原則”和“可重復(fù)驗證原則”，建立工控界面Agent的思維推理模型。由此創(chuàng)建工控界面Agent實例和工控界面MAS基本框架。然后，提出基于本體論的知識共享模型和基于KQML及XML的通信模型，建立工控界面MAS的通信機制。最后，通過自適應(yīng)用戶建模，將用戶與整個工控界面MAS融為一體，構(gòu)成工控界面“泛M

4、AS框架體系”。 2)提出了基于粗糙集理論的Agent數(shù)值化模型建立方法。首先，給出了工控界面Agent的靜態(tài)和動態(tài)屬性的定義。然后，創(chuàng)新地運用粗糙集知識表達系統(tǒng)和知識分類方法，提出了建立工控界面Agent數(shù)值化模型的方法，并結(jié)合前文的Agent實例進行了驗證，將整個工控界面MAS置于一個可描述的統(tǒng)一框架下。從而為工控界面Agent結(jié)構(gòu)、屬性、狀態(tài)在計算機內(nèi)的數(shù)值化處理和多Agent之間協(xié)作的有效開展創(chuàng)造了條件。 3)提

5、出了基于粗糙集理論的工控界面MAS協(xié)作規(guī)則。首先建立了一般MAS開展協(xié)作的形式化模型，并把本文工控界面MAS的協(xié)作歸納為優(yōu)先級算子λ的確定問題。然后，創(chuàng)新地應(yīng)用粗糙集規(guī)則提取算法推導(dǎo)出工控界面MAS的協(xié)作規(guī)則。最后，通過引入置信系數(shù)ζ和響應(yīng)系數(shù)T，進一步歸納出優(yōu)化規(guī)則。 4)提出并創(chuàng)建了適用于工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域的三維場景式界面。首先，分析和建立了適用于工控界面的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。然后，采用幾何式虛擬環(huán)境構(gòu)建方法，并通過“光照預(yù)渲染”、“工

6、控場景樹模型集成架構(gòu)”等一系列降低計算機資源損耗的策略，分四個步驟創(chuàng)建了三維場景式工控界面。 5)在適用于工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域的三維交互界面中，提出并設(shè)計實現(xiàn)了基于模糊速度控制算法的智能漫游、基于循環(huán)距離檢測算法的碰撞檢測和基于空間矢量選取算法的虛擬鼠標操作等一系列適用于三維環(huán)境的低成本和高實時的交互方法。 6)對上述基于多Agent和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的工控人機系統(tǒng)進行標準化封裝，與通用工業(yè)自動化軟件形成無縫鏈接，并進一步實現(xiàn)了該系