基于多Agent理論和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的工控人機(jī)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(cè)和控制系統(tǒng)卻由此顯示出海量信息下人機(jī)交互功能的相對(duì)低效。這個(gè)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(shí)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(biāo)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(jì)工控人機(jī)界面，從而實(shí)現(xiàn)更為簡(jiǎn)易、高效的人機(jī)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(cè)和控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)及其界面系統(tǒng)的屬性、特點(diǎn)和應(yīng)用發(fā)展要求。在

2、此基礎(chǔ)上，依托人機(jī)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(tái)支撐，以虛擬信息空間為前臺(tái)交互界面的三維場(chǎng)景式工控人機(jī)界面體系，通過智能化、擬人化和個(gè)性化的交互模式，形象、直觀、高效地完成工業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)控任務(wù)。最后，通過兩個(gè)應(yīng)用實(shí)例，建立了本文提出的新型工控人機(jī)系統(tǒng)的基本框架，為現(xiàn)代工控人機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展提供了一條可供參考的研究與實(shí)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(gè)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(rèn)同原則”和“可重復(fù)驗(yàn)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(shí)例和工控界面MAS基本框架。然后，提出基于本體論的知識(shí)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(jī)制。最后，通過自適應(yīng)用戶建模，將用戶與整個(gè)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(dòng)態(tài)屬性的定義。然后，創(chuàng)新地運(yùn)用粗糙集知識(shí)表達(dá)系統(tǒng)和知識(shí)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(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證，將整個(gè)工控界面MAS置于一個(gè)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(jì)算機(jī)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(jí)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(jìn)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(chǎng)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(shí)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(chǎng)景樹模型集成架構(gòu)”等一系列降低計(jì)算機(jī)資源損耗的策略，分四個(gè)步驟創(chuàng)建了三維場(chǎng)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(jì)實(shí)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(cè)算法的碰撞檢測(cè)和基于空間矢量選取算法的虛擬鼠標(biāo)操作等一系列適用于三維環(huán)境的低成本和高實(shí)時(shí)的交互方法。 6)對(duì)上述基于多Agent和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的工控人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化封裝，與通用工業(yè)自動(dòng)化軟件形成無縫鏈接，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了該系