[发明专利]一种基于多智能体虚拟矿井风险行为实现系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及人工智能技术领域，具体涉及一种基于多智能体的虚拟矿井中风险行为建模处理方法。

背景技术

近年来，矿难事故一度引起了全社会的广泛关注，不仅给国家和人民生命财产带来巨大损失,而且造成十分恶劣的社会影响。大量事故案例表明矿井安全事故是人-机-环境诸多因素复杂交互的结果，最主要是由人的不安全行为造成的，如违规作业、违章指挥，以及井下个人或群体对外界刺激的不正确反应或失调行为，这些不安全行为，以及环境、设备等的不安全状态等井下风险行为。由于井下风险行为具有突发性、不确定性、涌现性、灾难性等特点，加之井下严峻的半封闭式、高危险性作业空间，致使井下风险行为的分析与诊断十分困难，常采用风险评估、危险性辨识等安全系统工程方法，但多属定性分析，应用范围非常有限，传统的现场实验方法又非常昂贵、危险，甚至不可能实现。

虚拟现实（虚拟环境）技术的发展为研究煤矿井下生产复杂系统提供了新方法，目前在矿井规划与虚拟设计、采矿作业模拟、虚拟安全培训、风险评估、事故模拟等方面得到一定应用。然而，现有技术大多着重在虚拟矿井的几何建模，以创造沉浸感，如何构建井下安全事故中的人-机-环境相关风险行为，特别是人的不安全行为，目前国内外尚缺少有效方法。

另一方面，分布式人工智能中多智能体技术通过定义个体以及个体间的交互规则，从而涌现系统全局行为的方法，已广泛用于问题求解、虚拟环境、群体机器人等领域，在多智能体虚拟环境中，各种危险源不再是简单的静止对象，而是动态的具有“生命”的智能体，能自主地根据环境状态，执行相应的行为，同时建立自己的活动规划，实现其自身目标。通过定义个体以及个体间的交互规则，多个智能体相互合作，从而涌现系统全局行为的方法，非常适合描述井下安全事故中人-机-环境诸多因素的复杂交互特性。

本发明采用人工智能、虚拟现实，提出了一种基于多智能体技术的虚拟矿井中风险行为构建方法，避免了传统实验方法在井下风险行为分析方面的不足，所构建的虚拟矿井具有智能性，增强了虚拟矿井的实用价值，也可用于矿井虚拟培训、矿难事故的虚拟仿真，为井下安全事故分析、预防、控制提供技术支撑，对提升煤矿安全管理水平、减少矿井安全事故具有重要的现实意义和社会价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对井下环境条件复杂，传统实验方法在井下风险行为分析方面的不足。

本发明为解决上述问题的技术方案是，采用多智能体技术建立虚拟矿井，在虚拟矿井中构建矿工智能体、设备智能体、环境智能体、通信服务智能体，根据煤矿井下各种物理环境条件和人体行为，对灾难事故及现场问题进行模拟分析。实现了井下事故致灾因素的风险行为建模与虚拟现实仿真。具体为：

一种虚拟矿井风险行为实现系统，包括设备智能体、环境智能体、矿工智能体、通信服务智能体，设备智能体、环境智能体包括感应器模块、属性模块、决策推理模块、知识库和效应器模块，感应器模块感知矿井中的风险事件及其它智能体的信息，属性模块存贮设备智能体、环境智能体的风险状态属性及其安全阀值；决策推理模块根据风险事件、风险状态属性、安全阀值、知识库中的领域知识判断智能体属性是否异常，如果智能体属性异常，效应器更新智能体自身属性状态，发送风险事件报警信息；矿工智能体包括：感知模块、运动控制模块、内部属性模块、行为控制模块、认知模块，感知模块通过可视点检测，获得其视域体内的可见性，并基于光线跟踪感知其视域体内的静态障碍，运动控制模块接受行为模型的运动指令，通过运动控制接口，更新虚拟矿工的姿态和位置，并将结果反馈到感知模块；内部属性模块中存贮了与矿工智能体个性相关的参数,认知模块根据知识库中虚拟环境的静态模型知识、动态感知信息、领域知识，及当前任务，进行任务规划，并通过任务栈维护其当前正在完成的任务，行为控制单元提取内部属性单元的当前值，当内部属性单元中当前值超过其行为选择阀值时，触发风险行为，产生风险事故，如果风险事故为紧急情况，直接启动行为模块的基本反应，如果是非紧急事件，矿工智能体通过认知模块进行任务规划，更新知识库形成当前目标，如果是简单目标，行为模块选择一组基本反应行为，形成运动控制指令发送到运动控制模块；通信服务智能体负责消息优先级处理、消息内容解释、通信线程管理、缓冲区同步、智能体注册、管理维护，以及为智能体提供信息与知识的查询服务功能。