基于MAS的智能建筑集成管理探究

【摘要】介绍了Agent技术的相关研究成果，指出其在智能建筑系统集成控制中应用的优势。提出了一种基于MAS的智能建筑集成管理结构，该结构采用基于黑板结构的Agent通信机制。考虑到系统问题解决过程中可能出现的目标冲突，建立了冲突协调机制。最后基于Agent技术在智能建筑中的应用现状，对未来的研究进行了分析。

【关键字】智能建筑 集成管理 Agent技术 MAS 通信机制

中图分类号： G267文献标识码：A 文章编号：

引言

智能建筑是多学科、多高新技术与现代建筑技术的综合集成，涉及诸多弱电系统，各子系统间交叉渗透、相互关联是智能建筑集成控制的显著特征。为实现智能建筑各子系统的最优化组合，需要构建集成管理平台，使各子系统之间能够共享信息和协调联动。

目前建筑的智能化主要体现在对环境参数采集控制的自动化上,其智能化的程度是十分有限的。各子系统间只是简单的信息交换，而不能协作完成任务，当目标发生冲突时，也没有相应的协调机制。近年来人工智能的应用为智能建筑集成控制提供了新的思路，而Agent技术的智能性和动态性也为智能建筑的发展提供了新的途径。

Agent技术概述

1.1关于Agent

Agent是人工智能和对象实体相结合的产物。一般是指一个具有自主能力、社交能力、反应能力和预动能力的软硬件系统，可以视为在特定环境下能感知环境，并能灵活自主地运行的，以实现一系列设计目标的、自主的计算实体或程序。Agent在一定的目标驱动下具有对其自身行为和内部状态的自我控制能力。以混合式Agent结构为例，主要由决策与智能控制模块，信息处理模块，执行模块，环境感知模块，通信模块，任务与承诺表和知识库等组成，如图1所示。

图1Agent的基本结构

从应用的角度，Agent主要有以下五个特征：

（1）自主性。Agent能自行控制其状态与行为，能在没有人和外部程序介入时自行运作。这是Agent其区别于过程、对象的最根本的属性。

（2）社会性。即通信能力，指Agent能用通信语言与其他实体交换信息、相互作用。

（3）协同性。指Agent间能相互协同完成复杂的任务或协商执行某类活动。

（4）感知能力与反应性。指Agent能够检测所监控的对象状态，接收识别系统中其他Agent发来的信息，并能根据环境变化采取类似于直觉和反射的行为。

（5）学习性。指Agent能从自身的经历，所处的周围环境和与其他Agent的交互过程中学习，获得更好的适应能力。

1.2 多Agent系统MAS

一个Agent能够独立的完成某项任务，但由于其能力有限，某些情况下必然需要多个Agent协同合作，在此基础上形成了多Agent系统（Multi-Agent System，MAS）。MAS是由多个相互作用，相互联系的Agent组成的系统, 是分布式人工智能的拓展。

MAS是一个高度交叉的研究领域,吸取了众多学科的内容,如计算机科学，人工智能，社会学等。它可以从Agent的通信协调、调度管理来表达系统的结构、功能和行为特性，从而进一步理解系统的社会行为。因此，MAS能够很好地模拟现实世界。 Agent成员不同于子程序或是过程、函数，其目标和行为是相对独立。Agent之间的交互通过信息传递进行实现。MAS具有传统分布、并发问题求解的优点，同时具有复杂的交互模式，能够满足多控制节点的分布式系统的需要。

1.3 Agent技术在智能建筑中的应用

基于Agent 的结构提供了柔性、可变性和鲁棒性，适用于解决一些动态、不确定和分布式的问题。将Agent技术应用于智能建筑集成管理相比其他控制系统具有很多优点。首先，系统的问题处理过程具有智能性，各Agent知道在什么情况下如何进行交互，如何处理。其次，由于各Agent之间的协同合作关系，系统的可靠性相比现有控制系统大大提高。最后，Agent技术可以使系统具有很好的扩展性，可以增加信息处理，并在系统中注册，从而实现多个协同完成相对复杂的任务。

基于MAS的智能建筑集成管理模型

智能建筑系统集成必须要集先进与实用于一体，能够实现对建筑集成系统状态的全面监控和资源的管理与共享，使整个建筑的各功能模块协调运作，同时具有安全性与高效性。

智能建筑的控制子系统通常包括楼宇自控系统，消防报警系统，车库系统，安保系统，广播系统等。要实现智能建筑系统集成管理，关键在于实现各子系统之间的协同合作和知识的完全复用，从而体现其智能性。结合Agent技术，将各子系统设计为一个Agent组，各个执行器作为相对独立的Agent，同时设计相应的协调控制Agent，并建立通信合作机制以实现各子系统功能的提升以及系统的智能监控与管理。本文提出的基于MAS的智能建筑集成管理结构如图2所示。

图2基于MAS的智能建筑集成管理结构

该智能建筑集成管理结构分为四层。自下而上，分别为执行层，管理层，协调控制层和人机交互层。各层内容与功能分析如下：

执行层――主要包括消防Agent组，安保Agent组，车库Agent组，给排水Agent组，建筑设备Agent组和办公设备Agent组等。各Agent组与现场环境交互，主要负责系统各子问题的并行处理。

管理层――主要包括安防Agent，应急Agent，节能Agent和环境Agent等。负责对系统需求进行整合，实际控制下级黑板Agent，完成信息，并能够对问题处理的效果进行评估。

协调控制层――包括一个协调控制Agent。完成实际的控制决策，具有核心作用。制定解决问题的策略，构建问题解决的流程图；能够实现参数的动态优化与修改，为各子系统分配子任务；控制下级黑板Agent，完成信息。

界面管理层――包括一个界面管理Agent。负责与用户进行交互，介入用户需求与问题，并呈现问题处理过程的相关信息。

将每个子系统封装成一个Agent组后，系统在一定程度上提高了系统对事件的响应速度。Agent组内一般结构如图3所示。以照明系统为例，执行器是系统中的所有灯具，需求则体现在节能方面，环境方面和舒适度方面。

图3Agent组的一般结构

基于黑板结构的Agent通信机制

通信协作是多个Agent共同顺利地完成任务的关键。目前已经提出了多种协作机制，如合同网和黑板系统等，本文提出的集成管理结构是基于黑板系统的。

3.1 关于黑板

黑板的最初实现是在Hearsay语音理解课题，以后逐渐抽象成一个问题求解模型。它将求解模型的知识表示成独立松散的知识源，利用这些知识源实现问题的协同求解。黑板模型中的知识源相对独立，其精度可调，而且黑板的层次划分使抽象技术得以实现。因此，黑板机构是一种比较先进的问题求解模型，得到广泛应用。

MAS中，黑板是一个全局数据库，用于存放原始数据、问题求解过程中的部分解及完整解。黑板上信息被划分成若干个层次，较高层次上的信息可以视为较低层次信息的综合抽象。黑板上的信息必须采用各个Agent都能理解的语言，而且信息只能由知识源来增加、删除和修改。黑板是知识源通讯和相互作用的媒介。

3.2 冲突协调机制

在开放的多Agent 环境下，由于存在着不同种类Agent的信念、目标是各不相同的，且都要实现自身功能的最大化，因此Agent之间很容易出现冲突，而且冲突的表现纷繁复杂，所涉及的范围也十分广泛。基于MAS的智能建筑管理系统在处理相对复杂的问题时，各低层Agent之间的联动过程相对复杂，因此需要建立相应的冲突协调机制，提高整体效率，实现资源的最优配置。

本次设计的冲突协调机制如图4所示。设有冲突诊断功能，对系统运作状态进行监视，若存在冲突，首先在各子系统内部调整相关Agent的动作规划，如果冲突解决则结束，否则由相关的管理层Agent进行协商，最后由协调Agent求出相对最优解。

图4Agent冲突协调机制

结束语

Agent技术的引入，较好地解决了子系统之间的通信与协作问题，使系统具有联动性、智能性和自学习性。但目前Agent技术在智能建筑领域的研究仅停留在规划和方案论证阶段，如何将其与现有的智能建筑技术相融合，充分发挥其人工智能方面的优势，提高建筑物智能化，还需要对智能建筑Agent通信语言、各Agent间协商策略和Agent的运行支撑平台等做进一步深入研究。

参考文献

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