CN101206476A - 基于多代理的重大危险源分布式监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于多代理的重大危险源分布式监控系统，该系统由通讯网络、两个或两个以上的多代理组组成，所述的多代理组之间通过通讯网络相连；所述的每个多代理组均包括监控代理、远程通信代理、特征提取代理、预警分析代理及人机界面代理，所述的监控代理、远程通信代理、特征提取代理、预警分析代理及人机界面代理之间均两两相连。本发明集智能化、集成化、协调化于一体，有利于复杂的监控系统的分解，将大而复杂的问题分解成许多较小的简单问题，使问题得以简化。

Description

基于多代理的重大危险源分布式监控系统

技术领域

本发明涉及安全生产及安全监督的技术领域，具体是指一种基于多代理的重大危险源分布式监控系统。

背景技术

科学技术的快速发展，给工业生产和人们的生活带来了巨大的变化，同时也给人类带来了更多的危险。20世纪70年代以来，工业生产中火灾、爆炸、毒物泄漏等重大恶性事故不断发生，预防工业危险在国际和国内都引起广泛重视。

重大危险源的概念起源于20世纪初工业高速发展的欧美，当时在工业生产中特别是化学品生产、储存、使用、运输过程中的重大火灾、爆炸、泄漏等重大事故频频发生。为有效预防重大事故的发生，1974年6月英国Flixborough爆炸事故发生后，英国卫生与安全委员会设立了重大危险咨询委员会(简称ACMH)，负责研究重大危险源的辨识评价技术与控制措施，开始系统地研究重大危险源的控制技术，1976年，ACMH首次提出了重大危险源标准，1979和1984年又对该标准进行了修改。1982年欧共体以ACMH的工作为基础颁布了《工业活动中重大事故危险法令》(82/501/EEC)，简称《塞韦索法令》(SEVESO Directive)，列出了180种物质及其临界量，1996年欧共体又对《塞韦索法令》进行了修订，新增了39种物质和临界量。

我国重大危险源控制的研究工作开始于20世纪90年代，并列入国家“八五”发展计划，1997年在北京、上海、天津、青岛、成都和深圳六大城市进行了重大危险源的普查试点，2000年颁布了GB18218-2000《重大危险源辨识》的国家标准。2004年国家安全生产监督管理局《关于开展重大危险源监督管理工作的指导意见》，对开展重大危险源监督管理工作提出指导意见。根据国家标准GB18218-2000，所谓的重大危险源是指长期或临时地加工、生产、处理、搬运、使用或贮存危险物质的数量超过临界量的生产装置、设施或场所。

目前，利用计算机技术对危险源进行监控，国内已开发有多个系统，如青岛石油化工厂汽油罐区和液化石油气罐区安全生产监控预警示范工程，可以实时监测液位、压力、可燃气体泄漏等参数，并设有两级报警及相应的预案功能，采用变送器与微机直接连接的系统结构；北京染料厂监测监控预警系统，能够对多种有毒有害气体进行有效的监测和预警，采用两级仪表的分布式监测结构，二次监测控制仪表通过一根信号线与厂安全办公室的计算机连接，并通过两级阈值进行报警；青岛石油分公司第一油库安全监控系统，系统由工控机、传感器和相应的软件组成，可以将储罐的温度、液位、可燃气体浓度以及视频信号等集中采集到工控机上，由工控机上的计算机管理软件进行数据处理，并设有油库安全阈值报警。

虽然这些系统的建成使用，对预防事故的发生具有重要的作用，但这些系统基本都是危险源现场的监控，对危险源的监控距离有限，缺乏远程监控能力，重大危险源加工、生产、处理、搬运、使用或贮存大量的危险物质，危险性很高，并且发生事故后的影响范围通常很大，无论是有毒有害气体泄漏扩散，还是发生火灾、爆炸事故，都会对较大地域范围内的人、财、物造成影响，因而远程监控对重大危险源的安全管理是非常重要的；另外，以上系统对事故缺乏预警分析能力，主要是通过预设的阈值来进行报警，而有无预测方法或模型是预警和报警的根本区别，通过预测分析对可能发生的事故提前发出警告，这对避免事故的发生具有重要作用；第三，以上系统在系统的开发、构建、对环境的适应性等方面也存在局限性。这些系统针对某一特定的危险源建立，根据具体的监控需求开发相应的软件系统，在需求变化时必须对监控软件作较大改动，通过计算机对不同的危险源进行监控，特别是通过网络进行远程监控，各种软硬件以及网络环境对监控系统的正常运行都有较大影响，以上系统在这些环境发生变化时也需要对软件系统进行修改，虽然通过良好的系统规划和软件开发可以部份弥补这方面缺陷，但总的来讲系统的适应较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种具有高度智能化、集成化、协调化的基于多代理的重大危险源分布式监控系统，该系统不仅有利于复杂监控系统的分解，还有利于复杂系统的抽象化及综合化。

本发明的目的通过下述技术方案实现：基于多代理的重大危险源分布式监控系统，由通讯网络、两个或两个以上的多代理组组成，所述的多代理组之间通过通讯网络相连，所述的每个多代理组均包括监控代理、远程通信代理、特征提取代理、预警分析代理及人机界面代理，所述的监控代理、远程通信代理、特征提取代理、预警分析代理及人机界面代理之间均两两相连。

所述的监控代理包括数据/规则模块、监控引擎、监测模块、动作/控制模块及通信接口，所述的监控引擎分别与数据/规则模块、监测模块、动作/控制模块及通信接口相连，所述的监测模块还与数据/规则模块相连。

所述的远程通信代理包括SNMP代理单元、SNMP管理单元、通信控制器、通信接口及MIB/数据/规则模块，所述的通信控制器分别与SNMP代理单元、SNMP管理单元、通信接口及MIB/数据/规则模块相连。

所述的特征提取代理包括监测数据输入模块、特征提取控制器、数据组织模块、特征提取模块、特征输出模块、特征提取知识/规则模块及通信接口，所述的特征提取控制器分别与监测数据输入模块、特征提取模块、特征输出模块及通信接口相连，所述监测数据输入模块还分别与通信接口及数据组织模块相连，所述特征提取模块还分别与数据组织模块及特征提取知识/规则模块相连，所述特征输出模块还分别与通信接口及特征提取知识/规则模块相连。

所述的预警分析代理包括数据输入模块、预警控制器、预警信息输出模块、预测模块、预警分析模块、通信接口及预警分析知识/规则模块，所述的数据输入模块分别与通信接口、预测模块、预警分析模块及预警控制器相连，所述的预警分析模块还分别与通信接口、预警信息输出模块及预警控制器相连，所述的预警信息输出模块分别与通信接口及预警分析知识/规则模块相连，所述的预测模块还分别与预警控制器及预警分析知识/规则模块相连，所述的预警控制器还与预警分析知识/规则模块。

所述的人机界面代理包括人机界面、模型、控制器及通信接口，所述的控制器分别与人机界面、模型及通信接口相连。

所述SNMP代理单元包括轮询监听模块、消息解释模块及应答/数据发送模块，所述的轮询监听模块、消息解释模块及应答/数据发送模块均与所述的通信控制器相连；所述的SNMP管理单元包括陷阱监听模块、消息解释模块及动作/控制模块，所述的陷阱监听模块、消息解释模块及动作/控制模块均与所述的通信控制器相连。

所述的特征提取知识/规则模块包括特征提取方法库模块、内部状态模块及特征数据模块，所述的特征提取方法库模块、内部状态模块及特征数据模块均分别与所述的特征提取模块和特征输出模块相连。

所述的预警分析知识/规则模块包括预测模型库模块、预警规则库模块、内部状态模块及分析结果模块，所述的预测模型库模块、预警规则库模块、内部状态模块及分析结果模块均分别与所述的预测模块、预警控制器及预警信息输出模块相连。

所述的人机界面包括普通视图及GIS(Geographic Information System地理信息系统)空间视图，所述的普通视图及GIS空间视图均与所述的控制器相连；所述的模型包括用户模型及系统模型，所述的用户模型及系统模型均与所述的控制器相连。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)本发明集智能化、集成化、协调化于一体，有利于复杂的监控系统的分解，将大而复杂的问题分解成许多较小的简单问题，使问题得以简化；

(2)本发明具有较强的自我控制特点，并具有良好的封装性及模块性；

(3)基于计算机网络进行远程监控，监控距离大大提高，并且任何能够连入相应网络的计算机都可对其重大危险源进行监控，而不必在特定的监控室或需要特定监控设备才能进行监控，方便各类管理人员进行安全管理；

(4)具有动态预测预警分析功能，系统通过预警分析代理提供基于Kalman(卡尔曼)滤波的动态预测方法，以及基于模糊集理论的动态风险评估等方法，对影响潜在事故发生的安全状态以及重大危险源的风险程度进行预测和预警，以避免事故的发生；

(5)系统具有较强的适应性，多代理组之间通过网络进行通信和协商，可以自行确定许多系统和环境参数，如网络流量情况、连接的多代理组数、重大危险源的监控参数等，从而对代理和多代理组的运行作出调整。

附图说明

图1是本发明的整体连接结构示意图；

图2是本发明的监控代理结构示意图；

图3是本发明的远程通信代理结构示意图；

图4是本发明的特征提取代理结构示意图；

图5是本发明的预警分析代理结构示意图；

图6是本发明的人机界面代理结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，本发明由两个或两个以上的多代理组(MAG)通过通信网络相互连接组成，以实现大范围的分布式监控。所谓的多代理组是指由多个自主的代理(Agent)通过相互协作，共同完成某些完整但又是局部的目标或任务的较为紧密的合作团队。每个多代理组均包括一个并且只有一个组间通信代理，同时还包括多个任务代理，系统中多代理组的数量可以根据具体的要求进行增加。根据重大危险源监控的要求，本发明中的每个多代理组均包括5个代理，分别是监控代理、特征提取代理、预警分析代理、远程通信代理及人机界面代理。所述的监控代理、远程通信代理、特征提取代理、预警分析代理及人机界面代理之间均两两相连，以便通过人机对话，对这些代理进行控制。每两个多代理组之间还通过通信网络相互连接，因此根据具体的情况，本系统就可以很方便增加或减少某个多代理组。

其中，监控代理负责与监控对象(危险源)交互，通过传感器，如温度传感器、浓度传感器、压力传感器等从危险源获得监测数据，并基于如传感器的监测值达到预设的阈值等一些简单的规则自动控制相应的设备；特征提取代理和预警分析代理，对监控代理所采集的数据进行分析，以分析预测是否将会有事故发生，并将分析的结果通知其它代理；人机界面代理是系统与用户之间的接口，根据用户模型向用户提供危险源信息、监测数据和分析结果，并接受用户的操作指令；远程通信代理是多代理组之间进行通信的唯一接口，它基于计算机网络进行通信，不同多代理组之间传递指令和数据都通过远程通信代理来完成。通过远程通信代理，多个多代理组就可以组成分布的监控系统。这5个代理分工合作，它们在功能上互补，具有共同的目标，即对危险源的安全状态进行监控。多个分布的多代理组构成危险源监控的多代理系统(MAS)。

多代理组内的各个代理自主运行，各自具有一定自组织能力(推理、规划、学习等)，代理之间通过协商与协作共同完成全局的监控目标，多代理组系统(MAS)的特点体现在每个代理的自组织能力和代理之间的协同能力两个方面。通过任务分解，每个代理都只从事部分任务，完成某一细分目标，这使每个代理的开发相对比较容易，也使系统的组成更为灵活。

利用分布的多个代理组可以灵活地构成危险源分布式监控系统，所述的每个多代理组可以直接对危险源进行监控，也可以通过通讯网络对异地的多代理组进行远程控制。

如图2所示，监控代理直接与危险源进行交互，采集各种反映安全状态信息的参数数据，通过传感器感知危险源的安全状态，基于一些简单的规则(如传感器的监测值达到预设的阈值)自动对危险源进行控制，并通过通信接口与多代理组内的其他代理进行通信，把监测数据提供给其他代理。监控代理由数据/规则模块、监控引擎、监测模块、动作/控制模块及通信接口组成。监控引擎分别与数据/规则模块、监测模块、动作/控制模块及通信接口相连。通信接口用于同多代理组内的其他代理的通信接口相连，以便将多代理组内的其他代理相互连接起来，以实现数据及控制命令的传输。监测模块还与数据/规则模块相连，监测模块及动作/控制模块均还与危险源相连，对于不同的危险源，监测模块和动作/控制模块会有所不同，监测模块通过各种传感器采集危险源的安全状态数据，动作/控制模块通过特定的安全设备来影响环境参数，如通风设备、喷淋设备等，控制过程的实现是通过一个控制继电器完成的，监控代理发送信号控制继电器触点的断开和闭合，从而控制被控设备运行和停止。

如图3所示，该远程通信代理包括MIB/数据/规则模块、通信控制器、通信接口及SNMP(简单网络管理协议)，该SNMP采用传统的Client/Server模型，其体系结构分为SNMP管理单元和SNMP代理单元，SNMP管理单元作为Client，是整个网络管理的控制中心；SNMP代理是Server，每个支持SNMP的网络设备都包含一个代理，它随时记录网络设备的各种情况，SNMP管理单元通过SNMP协议查询或修改SNMP代理所记录的信息完成对网络设备的管理。通信控制器分别与MIB/数据/规则模块、SNMP代理单元、SNMP管理单元及通信接口相连。其中，SNMP代理单元由轮询监听模块、消息解释模块及应答/数据发送模块构成，且轮询监听模块、消息解释模块及应答/数据发送模块均同通信控制器相连；SNMP管理单元由陷阱监听模块、消息解释模块及动作/控制模块组成，且陷阱监听模块、消息解释模块及动作/控制模块也均同通信控制器相连。

其中，MIB/数据/规则模块中的MIB定义为基于SNMP进行危险源管理所需的管理信息库，数据为表示处理和暂存远程监控中传送的监测数据，规则为表示远程数据传输通信和协商的规则。

如图4所示，特征提取代理包括特征提取控制器、监测数据输入模块、数据组织模块、特征提取模块、特征输出模块、通信接口及特征提取知识/规则模块。特征提取控制器分别与监测数据输入模块、通信接口、特征提取模块及特征输出模块相连，监测数据输入模块则还分别与通信接口及数据组织模块相连，数据组织模块与特征提取模块相连；特征输出模块还与通信接口相连。所述的特征提取知识/规则模块还包括特征提取方法库模块、内部状态模块及特征数据模块，且特征提取方法库模块、内部状态模块及特征数据模块均分别与特征提取模块及特征输出模块相连。

特征提取代理对监控代理所采集的历史数据进行分析，提取出反映状态参数变化的特征，为预警分析代理提供预警的参考依据。通信接口用于与其它代理的通信接口相连，以进行协商通信，以及各代理之间的数据交换。特征提取代理主要跟监控代理和预警分析代理进行通信，特征提取控制器根据与其它代理的通信协商结果，控制监测数据的输入和特征数据的输出。监测数据输入模块主要负责监控数据的输入，特征输出模块则主要负责特征数据的输出。不同的特征提取方法构成特征提取方法库，根据不同的安全状态参数，采用不同的特征提取方法，进行特征提取。利用代理技术把特征提取方法封装成一个能够相对独立运行的软件实体，它能自行对目标数据进行特征提取，并对需要这些特征的其它软件实体提供服务。

由于特征提取模块是根据大量的监测数据进行分析，需要监测数据有一定的积累，同时，对大量数据进行分析，计算机也要消耗一定的资源(如CPU、内存等)，花费一定的时间，因而不宜频繁地进行各状态参数的特征提取。特征提取模块的执行频率由特征提取控制器控制，特征提取控制器控制特征提取过程以一个较大的周期定期运行，例如1天运行一次，对这个周期范围内的实时监测数据进行分析，并确定新的特征值，这样，通过不断进行特征提取分析，并对特征值进行更新，特征提取代理具有了一定的学习能力，随着时间的推移，该特征值会反映出状态参数在正常情况下的变化特征。

如图5所示，预警分析代理包括通信接口、数据输入模块、预测模块、预警控制器、预警分析模块、预警信息输出模块及预警分析知识/规则模块。其中，预警分析知识/规则模块包括预测模型库模块、预警规则库模块、内部状态模块及分析结果模块。所述的预警分析模块分别与数据输入模块、通信接口、预警信息输出模块及预警控制器相连。所述的数据输入模块还分别与通信接口、预测模块及预警控制器相连，所述的预测模块也与预警控制器相连；预警信息输出模块与通信接口模块相连。所述的预测模型库模块、预警规则库模块、内部状态模块及分析结果模块均分别与预测模块、预警控制器及预警信息输出模块相连。

预警分析代理对监控代理采集的实时数据进行预测分析，判断危险源是否已经发生或将要发生事故。预测模型库模块用于预测分析的方法，用户可扩充该模型库，根据需要为系统添加配置不同的预测方法，如指数平滑法、灰色预测法、线性回归法、以及神经网络等方法。预警规则库模块中定义了如何进行预警判断的方法，本系统主要采用两种方法，一是阈值判断，二是特征比较。所谓的阈值判断是指给不同的监控参数预先定义适当的阈值，当监测值或预测值达到阈值时，认为系统发生了异常；所谓的特征比较是指根据特征提取代理的结果，预警分析代理对实时监测和预测的数据作相同的特征分析，利用数据变化的特征进行比较分析，从而判断系统是否发生异常。同样，预警规则库模块也可以进行扩充，以便于系统能采用更好的预警判断方法。

当预警分析代理判断系统发生了异常，它需要发出警示信息，在人机界面代理中的模型下，它只需把警示信息通过通信接口通知同一多代理组内的人机界面代理、监控代理和远程通信代理。则人机界面代理通过声、光等信号向用户发出警告；监控代理根据相应的控制规则对危险源进行控制；远程通信代理负责向远程管理系统(其它MAG)发送警示信息。

通常预测和预警分析模块的频率应与监代理的数据采集频率相同，以进行实时的预警分析，不过预警分析代理与监控代理各自自主、异步运行，有时为了运行效率和系统性能，也可以使预测和预警分析的频率小于数据采集的频率，其结果是得到预警信号的时间会有所滞后。

如图6所示，在危险源监控系统中，人机界面代理是整个监控系统与用户之间的接口，它的一个主要作用是向用户显示危险源的各种数据，包括实时监测数据和历史监测数据，以及危险源发生异常时显示相应的警示信息；另一个作用是接受用户的操作指令，对监控系统以及危险源的设施进行控制。人机界面代理包括人机界面、模型、控制器及通信接口。所述的控制器分别与人机界面、模型及通信接口相连。人机界面包括普通视图及GIS空间视图，且普通视图及GIS空间视图均与控制器相连。所述的模型包括用户模型及系统模型，且用户模型及系统模型均与控制器相连。

人机界面是提供给用户的信息显示形式，如基于Windows系统的各种窗口或对话框。由于把GIS引入到代理中，相应的显示形式可分成两类，一类是基于GIS的空间视图，能够利用地图来显示信息和引导操作；另一类是普通的非空间视图，如显示实时监控数据的曲线图界面。用户模型用于处理用户信息，根据不同的用户可以对显示界面进行调整和控制，从而使界面具有个性化特性；系统模型用于处理与系统有关的信息，根据不同的系统信息也可以对显示界面进行控制，相对用户模型，系统模型较为稳定，它反映了系统的结构和主要功能建立后基本保持不变，系统模型也包括与GIS显示或操作相关的数据。通信接口使人机界面代理与系统中其它代理通信，各种监控数据通过通信接口从系统中其它代理获得，用户的操作指令也通过通信接口传给其它代理。

重大危险源监控系统的人机界面代理主要具备以下功能：重大危险源信息的管理、监控数据的实时显示、安全设备的控制操作、事故后果的模拟分析、以及基于空间关系的查询检索等。

如上所述，便可较好地实现本发明。

Claims (10)

1.基于多代理的重大危险源分布式监控系统，其特征在于，由通讯网络、两个或两个以上的多代理组组成，所述的多代理组之间通过通讯网络相连，所述的每个多代理组均包括监控代理、远程通信代理、特征提取代理、预警分析代理及人机界面代理，所述的监控代理、远程通信代理、特征提取代理、预警分析代理及人机界面代理之间均两两相连。

2.根据权利要求1所述的基于多代理的重大危险源分布式监控系统，其特征在于，所述的监控代理包括数据/规则模块、监控引擎、监测模块、动作/控制模块及通信接口，所述的监控引擎分别与数据/规则模块、监测模块、动作/控制模块及通信接口相连，所述的监测模块还与数据/规则模块相连。

3.根据权利要求1所述的基于多代理的重大危险源分布式监控系统，其特征在于，所述的远程通信代理包括SNMP代理单元、SNMP管理单元、通信控制器、通信接口及MIB/数据/规则模块，所述的通信控制器分别与SNMP代理单元、SNMP管理单元、通信接口及MIB/数据/规则模块相连。

4.根据权利要求1所述的基于多代理的重大危险源分布式监控系统，其特征在于，所述的特征提取代理包括监测数据输入模块、特征提取控制器、数据组织模块、特征提取模块、特征输出模块、特征提取知识/规则模块及通信接口，所述的特征提取控制器分别与监测数据输入模块、特征提取模块、特征输出模块及通信接口相连，所述监测数据输入模块还分别与通信接口及数据组织模块相连，所述特征提取模块还分别与数据组织模块及特征提取知识/规则模块相连，所述特征输出模块还分别与通信接口及特征提取知识/规则模块相连。

5.根据权利要求1所述的基于多代理的重大危险源分布式监控系统，其特征在于，所述的预警分析代理包括数据输入模块、预警控制器、预警信息输出模块、预测模块、预警分析模块、通信接口及预警分析知识/规则模块，所述的数据输入模块分别与通信接口、预测模块、预警分析模块及预警控制器相连，所述的预警分析模块还分别与通信接口、预警信息输出模块及预警控制器相连，所述的预警信息输出模块分别与通信接口及预警分析知识/规则模块相连，所述的预测模块还分别与预警控制器及预警分析知识/规则模块相连，所述的预警控制器还与预警分析知识/规则模块。

6.根据权利要求1所述的基于多代理的重大危险源分布式监控系统，其特征在于，所述的人机界面代理包括人机界面、模型、控制器及通信接口，所述的控制器分别与人机界面、模型及通信接口相连。

7.根据权利要求3所述的基于多代理的重大危险源分布式监控系统，其特征在于，所述SNMP代理单元包括轮询监听模块、消息解释模块及应答/数据发送模块，所述的轮询监听模块、消息解释模块及应答/数据发送模块均与所述的通信控制器相连；所述的SNMP管理单元包括陷阱监听模块、消息解释模块及动作/控制模块，所述的陷阱监听模块、消息解释模块及动作/控制模块均与所述的通信控制器相连。

8.根据权利要求4所述的基于多代理的重大危险源分布式监控系统，其特征在于，所述的特征提取知识/规则模块包括特征提取方法库模块、内部状态模块及特征数据模块，所述的特征提取方法库模块、内部状态模块及特征数据模块均分别与所述的特征提取模块和特征输出模块相连。

9.根据权利要求5所述的基于多代理的重大危险源分布式监控系统，其特征在于，所述的预警分析知识/规则模块包括预测模型库模块、预警规则库模块、内部状态模块及分析结果模块，所述的预测模型库模块、预警规则库模块、内部状态模块及分析结果模块均分别与所述的预测模块、预警控制器及预警信息输出模块相连。

10.根据权利要求6所述的基于多代理的重大危险源分布式监控系统，其特征在于，所述的人机界面包括普通视图及GIS空间视图，所述的普通视图及GIS空间视图均与所述的控制器相连；所述的模型包括用户模型及系统模型，所述的用户模型及系统模型均与所述的控制器相连。

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