基于Agent的礦用瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的研究

徐 星

（陽泉煤業(yè)集團(tuán)（股份）有限公司二礦安監(jiān)處， 山西 陽泉 045000）

引言

現(xiàn)有的井下瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)，通常采用傳統(tǒng)請求響應(yīng)方式的工作模式，這種系統(tǒng)存在應(yīng)答響應(yīng)時(shí)間長、網(wǎng)絡(luò)流量信息過大導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)擁塞及網(wǎng)絡(luò)帶寬被過度占用等缺點(diǎn)[1-2]。Agent是一種具有自主學(xué)習(xí)的智能體[3]，能夠快速、實(shí)時(shí)地處理多維信息，本文將Agent技術(shù)應(yīng)用到瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)中，以期改進(jìn)現(xiàn)有系統(tǒng)存在的不足。在瓦斯數(shù)據(jù)采集過程中，Agent可根據(jù)要求在監(jiān)測系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)來回移動，對瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)某一測量點(diǎn)的瓦斯?jié)舛瘸^安全值時(shí)，該檢測系統(tǒng)會將報(bào)警信息傳送至地面監(jiān)控中心，通知工作人員采取應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行處理。

1 礦井瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)模型

地面監(jiān)控系統(tǒng)主站、基站、數(shù)據(jù)采集以及Agent構(gòu)成了礦井瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖l所示。數(shù)據(jù)采集裝置通過無線網(wǎng)絡(luò)與基站進(jìn)行連接，Agent對傳感器檢測到的瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)進(jìn)行融合，將其處理后發(fā)送至基站，該數(shù)據(jù)再通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)降孛姹O(jiān)測主站，以此來實(shí)現(xiàn)井下瓦斯?jié)舛鹊脑诰€監(jiān)測。

1）地面監(jiān)測主站。負(fù)責(zé)建立Agent、制定監(jiān)測路徑、實(shí)現(xiàn)探測信息的資源共享，并對瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)的采集進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和在線信息處理。

2）基站。地下巷道作為數(shù)據(jù)采集裝置與監(jiān)控主站的連接樞紐，具有復(fù)雜性，需要多方面測試。因此，為了便于分區(qū)管理和控制，需要安裝大量的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，建立多個(gè)地下基站。

3）數(shù)據(jù)采集裝置。主要是通過傳感器對瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行檢測，傳感器一般安裝在掘進(jìn)工作面、回風(fēng)巷等瓦斯容易積聚的環(huán)境中。

圖1 礦井瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成

2 基于Agent的瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)收集

Agent是一種軟件實(shí)體，其可以攜帶代碼和代替人或其他程序完成一些工作，其具有智能化、移動性、實(shí)時(shí)性和數(shù)據(jù)處理速度快等優(yōu)點(diǎn)。Agent在對瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行檢測過程中，自身始終處于封閉的保存狀態(tài)，遵循系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的路徑進(jìn)行傳遞，從當(dāng)前設(shè)備傳遞到下一個(gè)設(shè)備，在每個(gè)設(shè)備上執(zhí)行相同的工作。本文利用Agent技術(shù)來構(gòu)建整個(gè)礦井瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)，并將Agent計(jì)算模式應(yīng)用于地面監(jiān)測主站。傳統(tǒng)的請求響應(yīng)計(jì)算模型和基于Agent的計(jì)算模型分別如圖2和下頁圖3所示。

圖2 傳統(tǒng)請求響應(yīng)計(jì)算模型

從圖2和下頁圖3中可以看出，傳統(tǒng)請求響應(yīng)模式下的瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)，是將傳感器在不同位置收集到的瓦斯相關(guān)信息統(tǒng)一傳輸至基站進(jìn)行融合處理，而后提取數(shù)據(jù)；在基于Agent模式的瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)中，傳感器采集到的信息將保存在本地，Agent按照設(shè)定好的路徑對不同位置的信息進(jìn)行融合處理，當(dāng)融合數(shù)據(jù)滿足要求后攜帶融合的數(shù)據(jù)返回基站。

地面監(jiān)控主站負(fù)責(zé)發(fā)布Agent，按照預(yù)先設(shè)定好的路徑及策略將其發(fā)送給各傳感器，同時(shí)對Agent反饋的信息進(jìn)行處理，處理結(jié)果以曲線或表格的形式顯示在地面監(jiān)控主站的顯示屏上。在每個(gè)傳感器上安裝Agent的運(yùn)行環(huán)境及常駐代理（SA），以便于接受Agent并提供本地資源的訪問權(quán)限，從而可以完成與傳感器的數(shù)據(jù)交互，并攜帶數(shù)據(jù)后返回。傳感器檢測到的井下瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)不再直接匯總到地面監(jiān)控主站，而是通過系統(tǒng)中Agent的傳輸和訪問直接完成對瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)的收集，這種方式提升了監(jiān)測瓦斯?jié)舛鹊墓ぷ餍省＞唧w工作流程如圖4所示。

圖3 基于Agent的計(jì)算模式

3 Agent技術(shù)優(yōu)勢分析

3.1 瓦斯?jié)舛瘸薅ㄎ?/h3>

圖3中如果MA在傳遞過程中檢測到某個(gè)傳感器監(jiān)控的瓦斯?jié)舛瘸^標(biāo)準(zhǔn)值，則立即反饋至地面監(jiān)測主站，發(fā)出警告，并告知瓦斯超標(biāo)地點(diǎn)數(shù)據(jù)信息。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間

在傳統(tǒng)請求響應(yīng)模式下的瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)中，基站需要按照一定順序向每個(gè)傳感器發(fā)送請求，響應(yīng)時(shí)間是基站向第一個(gè)傳感器發(fā)送請求信息，直至所有傳感器完成應(yīng)答的總時(shí)間，假定每個(gè)傳感器接收請求和完成應(yīng)答時(shí)間相同，則響應(yīng)時(shí)間為：

式中：t1為傳感器收集瓦斯?jié)舛刃畔⒌臅r(shí)間；t2為傳感器接收請求和完成應(yīng)答的時(shí)間，s；τ為延時(shí)時(shí)間，s。

在基于Agent的礦井瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)中（如圖4所示），響應(yīng)時(shí)間為基站向第一個(gè)傳感器傳送Agent之后，包含Agent在每個(gè)傳感器間的傳遞，直至最后一個(gè)傳感器完成應(yīng)答并將結(jié)果反饋回基站的時(shí)間，假定每次Agent融合SA數(shù)據(jù)的時(shí)間相等，且Agent在傳感器間傳遞的時(shí)間也相等，則響應(yīng)時(shí)間為：

式中：ts為Agent融合SA數(shù)據(jù)的時(shí)間，s；tm為Agent在每個(gè)傳感器間的傳遞時(shí)間，s。

圖4 監(jiān)測系統(tǒng)流程示意圖

從式（1）和式（2）的分析中可知：t1是一個(gè)數(shù)值較大的時(shí)間量，而在基于Agent的瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)中，由本地SA收集瓦斯數(shù)據(jù)，t1這個(gè)時(shí)間量不存在，所以其系統(tǒng)的整個(gè)響應(yīng)時(shí)間大幅降低。

3.3 監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)流量

傳統(tǒng)請求應(yīng)答模式下的瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)中數(shù)據(jù)流量Q為：

式中：q1為傳感器收集瓦斯?jié)舛刃畔⒘髁浚琸b/s；q2為傳感器接收請求和完成應(yīng)答的流量，kb/s。

在基于Agent的礦井瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流量Q為：

其中：qi為Agent收集每個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)流量，kb/s；qag為自身存儲的數(shù)據(jù)流量，kb/s。

由式（3）和式（4）分析中可知，增加傳感器的數(shù)量，移動Agent監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流量要大幅小于傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流量。

4 結(jié)論

將Agent技術(shù)應(yīng)用于礦井瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)中，系統(tǒng)具有應(yīng)答快速、快速定位和可靠性高等特點(diǎn)。基于Agent技術(shù)的礦井瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)，其適用性及可靠性得以增強(qiáng)，其響應(yīng)時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)帶寬得到相應(yīng)減小，為井下瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測提供了一種有效的測量手段，在礦井領(lǐng)域中具備很高的應(yīng)用價(jià)值。