分層遞階控制下的智能機群技術(shù)
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摘要：基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模逐漸增加，工程機械智能化機群的應(yīng)用是提升工程機械技術(shù)水平的關(guān)鍵，已經(jīng)得到了社會各界的廣泛關(guān)注。本文將圍繞分層遞階控制技術(shù)與智能化機群進行闡述，詳細分析基于分層遞階控制的智能機群技術(shù)的應(yīng)用方式，堅持實事求是的基本原則，旨在為以后研究工作的順利進行奠定基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：分層遞階控制；智能機群技術(shù)；組織結(jié)構(gòu)；控制技術(shù)
詳細分析分層遞階控制技術(shù)與智能化機群，對智能控制系統(tǒng)分層遞階結(jié)構(gòu)進行研究，關(guān)注分層遞階與智能體的實際情況，實現(xiàn)二者之間有效的結(jié)合。分層遞階控制的層次具有多樣性，并與機群的功能層進行有機的對應(yīng)。加強人與機械之間的協(xié)同與發(fā)展，注重發(fā)揮人機協(xié)作的優(yōu)勢，使之適應(yīng)機群系統(tǒng)運行的需要。
1分層遞階控制技術(shù)與智能化機群
1.1分層遞階控制技術(shù)
分層遞階控制旨在實現(xiàn)智能功能，將規(guī)劃以及決策等有效地結(jié)合在一起，最終實現(xiàn)智能控制。從分層遞階智能控制系統(tǒng)角度進行分析，主要涉及組織級、協(xié)調(diào)級、執(zhí)行級以及對象，可以分為上層與下層，前者將對知識的處理作為重點，以人的知識系統(tǒng)為出發(fā)點，將規(guī)劃以及決策結(jié)合在一起；對下層的控制精度以及智能程度進行了解，前者呈現(xiàn)出由上至下遞階增加，而后者相反。其中，組織層、協(xié)調(diào)層、執(zhí)行層分別由人工智能占主導(dǎo)地位的功能組件充當、由運籌學(xué)占主導(dǎo)地位的功能組件充當、由控制理論占主導(dǎo)地位的功能組件充當。對分層遞階智能控制的結(jié)構(gòu)以及控制原理進行研究，第一，組織級。以人工智能為基礎(chǔ)，以任務(wù)規(guī)劃作為核心，及時收集外部命令或者任務(wù)，結(jié)合任務(wù)的具體情況逐層劃分為子任務(wù)，并與協(xié)調(diào)級保持聯(lián)系，實現(xiàn)子任務(wù)的傳達。任務(wù)的完成主要由執(zhí)行級完成，在將執(zhí)行的結(jié)果進行反饋的前期需要做好任務(wù)的評價。第二，協(xié)調(diào)級。及時獲取組織級的命令，并對其進行處理，最終以產(chǎn)生具體工作序列的形式展現(xiàn)。協(xié)調(diào)級內(nèi)部協(xié)調(diào)器的數(shù)量較多，為實現(xiàn)通信提供了支撐。第三，執(zhí)行級。執(zhí)行級執(zhí)行裝置主要負責(zé)完成協(xié)調(diào)級所發(fā)送的指令任務(wù)，與功能協(xié)調(diào)器保持聯(lián)系，實現(xiàn)反饋任務(wù)的傳輸。
1.2智能化機群
智能化機群從機器人方面進行分析，將多個機器人結(jié)合在一起，為了激發(fā)完成任務(wù)的潛能，將合作機器人有效地應(yīng)用其中。多機械人系統(tǒng)的任務(wù)領(lǐng)域較為廣泛，且工作效率更高，在具體應(yīng)用的過程中，所需要的經(jīng)濟成本較低，具有分布式的感知與作用。對開發(fā)多機器人系統(tǒng)進行研究，在實際操作的環(huán)節(jié)中，結(jié)合不同任務(wù)環(huán)境的動態(tài)變化情況，在處理任務(wù)的過程中，實現(xiàn)自動化的規(guī)劃，處理任務(wù)的效率較高。從工程機械方面進行分析，隨著城市化進程的逐漸加快，公路施工規(guī)模逐漸增加，在該領(lǐng)域中，機群智能化已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用，將壓路機以及拌合機整合在一起，針對配置不合理的現(xiàn)象借助機群智能化進行有效的解決，而且將智能機群應(yīng)用在工程項目中，可以有效地減少人力、物力以及財力資源的消耗。
2基于智能體的分層遞階智能控制在機群智能化中的應(yīng)用研究
2.1智能機群中的智能體
一方面，從人機共棲智能體角度進行分析。將感知層、決策層以及執(zhí)行層整合在一起。了解傳感器以及效應(yīng)器的組成方式，前者主要有機器傳感器以及人的感覺器官，后者主要包括各種機器馬達和人的器官。人的獲取信息的過程中，與機器智能決策模塊進行連接，借助人機接口的形式進行傳輸。掌握智能體的決策模塊，將人機協(xié)調(diào)模塊結(jié)合在一起，分為智能體決策以及人腦決策，隨即驅(qū)動效應(yīng)器，最終實現(xiàn)了人機一體化。另一方面，從人機決策智能體角度進行分析。該智能體涉及的模塊較多，將感知、建模以及通信整合在一起。在顯示信息的過程中，借助感知模塊以及人的感覺器官來實現(xiàn)，此時，將不同環(huán)境信息的類型進行分類處理，分別對應(yīng)各自的處理模塊。與反應(yīng)模塊進行連接，對感知到的信息進行分析，并與行動模塊相連接，實現(xiàn)動作命令的傳輸。此時，動作模塊在做出動作時，主要是通過傳入的動作命令來操作的。
2.2人機智能體的實現(xiàn)方案
對人機智能體的實施方案進行了解，主要包括反應(yīng)模塊、規(guī)劃模塊、建模模塊、決策模塊、通信模塊、人機交互模塊。反應(yīng)模塊，在做出行為的過程中，主要以感知的信息為基礎(chǔ)；規(guī)劃模塊將對中短期行為作出規(guī)劃為重點，智能體在執(zhí)行動作的過程中，以動作序列為基準；建模模塊的功能較為顯著，一方面，從智能體建立的現(xiàn)實世界進行分析，建模模塊可以對其記性定期的維護與更新；另一方面，是實現(xiàn)對行動所作出的預(yù)測，以當前感知的信息為基礎(chǔ)；決策模塊可以起到協(xié)調(diào)的作用，將各個模塊有效地整合在一起，在與通信模塊進行連接的過程中實現(xiàn)信息的請求，將沖突檢查作為重點；通信模塊實現(xiàn)信息的交換，在此環(huán)節(jié)中，要加強各智能體之間的聯(lián)系，智能體之間在協(xié)商的過程中結(jié)合通信語言的具體情況，完成語言信息的交換；人機交互模塊實現(xiàn)信息的雙向流動，機器智能體育操作員相互合作，為操作員做決策提供理論依據(jù)。
2.3機群的層次施工組織結(jié)構(gòu)
以施工組織結(jié)構(gòu)為例進行研究，將智能機群有效地應(yīng)用其中，結(jié)合施工機群的實際特點將機群系統(tǒng)進行分類，主要包括管理層、執(zhí)行層以及施工層。對該系統(tǒng)中智能體的執(zhí)行智能體進行分析，涉及智能化壓路機以及拌合機等。時刻關(guān)注自身的運行狀態(tài)，并對其進行自動化的控制，并與上層智能體進行連接，接受控制。對該系統(tǒng)的中央控制智能體進行分析，為了提供決策支持，將知識庫系統(tǒng)應(yīng)用其中，對施工現(xiàn)場的實際情況進行勘察，收集現(xiàn)場各項數(shù)據(jù)信息，保證工程現(xiàn)場的有序運行。該智能體的優(yōu)勢較為顯著，在任務(wù)分配的過程中，通過工程指揮的決策來完成的。例如,在混合料拌和的環(huán)節(jié)中，借助智能體指揮拌合機來實現(xiàn)，與裝卸機組進行聯(lián)系，指揮完成裝卸任務(wù)，在混合料輸送的過程中，發(fā)揮混合料運輸智能體的優(yōu)勢，在拌合機與攤鋪機進行混合料傳輸時指揮自卸車組來進行，隨即開展路面的攤鋪工作，借助混合料攤鋪智能體的作用，對各攤鋪機組取得聯(lián)系，指揮完成。
2.4智能機群中分層遞階智能控制技術(shù)
結(jié)合組織層、執(zhí)行層以及施工層的實際情況，注重加強施工過程中信息的交流，優(yōu)化施工體系。結(jié)合分層遞階控制的運行狀態(tài)，實現(xiàn)組織級以及協(xié)調(diào)級的有效劃分，在對智能機群施工層次結(jié)構(gòu)進行對比的環(huán)節(jié)中，可以發(fā)現(xiàn)二者之間呈現(xiàn)出一致性，在執(zhí)行級的確認上，主要以單機智能體為核心。在對智能機群中分層遞階智能控制技術(shù)進行研究的過程中，要充分結(jié)合各施工層的實際情況，其中，施工管理層主要與分層遞階智能控制系統(tǒng)中的組織層相對應(yīng)，施工執(zhí)行層與協(xié)調(diào)層相對應(yīng)，施工層與執(zhí)行層相對應(yīng)。結(jié)合施工機群的具體情況，將分層遞階智能控制系統(tǒng)有效地應(yīng)用其中，需要結(jié)合施工現(xiàn)場的具體情況，構(gòu)建完善的分布式智能系統(tǒng)，以此保證施工有層次地進行。組織層主要與管理層相對應(yīng)，關(guān)注智能體的實際情況，將人機決策智能體應(yīng)用其中，完成推理決策，且在實際施工的過程中，借助具備較強認知功能的優(yōu)勢可以準確地作出決策，主要在智能機群中的頂層發(fā)揮作用。調(diào)節(jié)層主要與組織層相對應(yīng)，掌握施工過程全過程，將人機決策智能體應(yīng)用其中對施工進行協(xié)調(diào)，并與組織層以及執(zhí)行層進行聯(lián)系。執(zhí)行層與施工層相對應(yīng)，關(guān)注施工現(xiàn)場的具體情況，以人機執(zhí)行智能體的方式作出反應(yīng)。
2.5機群遞階智能控制系統(tǒng)設(shè)計
機群遞階智能控制系統(tǒng)設(shè)計主要包括組織級、協(xié)調(diào)級、執(zhí)行級、多傳感器信息融合處理等幾種形式。組織級智能體結(jié)合施工管理的實際情況，收集施工任務(wù)，并對其進行集中的規(guī)劃以及調(diào)度。并與智能協(xié)調(diào)級進行連接，開展一系列的監(jiān)督以及指導(dǎo)。組織級智能體的優(yōu)勢較為顯著，與操作人員進行互動，對智能協(xié)調(diào)接存在的不足進行修改，以生產(chǎn)目標為發(fā)展的核心，旨在提升智能控制系統(tǒng)的品質(zhì)。協(xié)調(diào)級智能體在收集反饋信息的過程中，與組織級保持聯(lián)系，在對施工執(zhí)行級進行監(jiān)控的過程中，主要以在線實時監(jiān)測為主。協(xié)調(diào)級優(yōu)勢較為顯著，關(guān)注執(zhí)行級的執(zhí)行過程，并對其進行有效的協(xié)調(diào)，保證任務(wù)的順利進行。協(xié)調(diào)級智能體的反應(yīng)能力較好，能夠準確地識別施工現(xiàn)場存在的突發(fā)事件，并進行及時的應(yīng)對。執(zhí)行級智能體需要掌握施工各環(huán)節(jié)的具體情況，在對施工現(xiàn)場進行控制的過程中，將相關(guān)的速度、位移點等被控對象進行整合。在應(yīng)用執(zhí)行級的過程中，要將過程數(shù)學(xué)模型應(yīng)用其中，及時接受協(xié)調(diào)級發(fā)出的指令信息，整合控制問題，保證工程的有序進行。多傳感器信息融合處理將感知器以及知識庫等模塊結(jié)合在一起，獲取外界信息，隨即完成任務(wù)。其中，目標模塊主要負責(zé)對完成的任務(wù)進行記載，在傳遞信息以及表達信息的過程中，則通過通信機制來實現(xiàn)的。多傳感器信息融合處理可以實時地了解設(shè)備的運行狀態(tài)以及參數(shù)信息，關(guān)注當前施工的過程狀態(tài)，借助該智能體可以實現(xiàn)設(shè)備故障的診斷以及識別，應(yīng)用效果較好。
3結(jié)語
經(jīng)過上述分析可知，基于智能體的分層遞階智能控制在機群智能化中的應(yīng)用方式具有多樣性，在具體應(yīng)用的過程中，掌握智能機群中的智能體的模式，了解人機智能體的實施方案，詳細分析智能機群中分層遞階智能控制技術(shù)的應(yīng)用方式，加強機群遞階智能控制系統(tǒng)設(shè)計，以此提升工程機械機群智能化研究水平。
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[3]陳俐均.溫室生產(chǎn)分層遞階控制系統(tǒng)設(shè)計方法研究[D].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2018.
作者：李寶霞 尹彬 單位：山重建機有限公司