朱忠旭,劉旭光

(1.安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院 計算機技術(shù)系，安徽 淮南 232007; 2.安徽交通職業(yè)技術(shù)學院 計算機系，合肥 230001)

0 引言

在當今信息爆炸的時代背景下，傳統(tǒng)的信息管理系統(tǒng)已難以滿足需要，人們希望使用具有高度智能化的信息處理系統(tǒng)。然而，盡管人工智能技術(shù)已取得較大的進步，而且也出現(xiàn)了一些有效的開發(fā)工具和開發(fā)方法，但和傳統(tǒng)的軟件開發(fā)相比較，仍存在開發(fā)效率低下、開發(fā)難度大等問題。

在進行智能系統(tǒng)的開發(fā)時，將智能系統(tǒng)的開發(fā)平臺與傳統(tǒng)信息系統(tǒng)開發(fā)平臺相集成，從而能夠?qū)⑾到y(tǒng)的顯示邏輯、控制邏輯等“低智能”的任務交由傳統(tǒng)組件完成，將信息的分析、處理、學習等“高智能”的任務交由智能組件來完成，既可以利用傳統(tǒng)軟件的開發(fā)理論完備、方法成熟、工具齊全等優(yōu)點，又可以有效地分離關注點，降低開發(fā)的難度，提高軟件生產(chǎn)效率。

1 JADE平臺

智能體(Agent)是當前信息技術(shù)與人工智能領域最為活躍的研究內(nèi)容之一，基于Agent的設計方法是一系列軟件工程方法的發(fā)展與延伸[1]。Agent擁有領域知識和社會知識，可以進行邏輯推理，并且具有主動性、交互性等特征。JADE是一個Agent開發(fā)框架，它提供了遵循FIPA規(guī)范的中間件及一系列用于Agent開發(fā)和部署的工具，簡化了多Agent系統(tǒng)的開發(fā)[2]。JADE為Agent的開發(fā)和運行提供分布式的Agent容器、高效的異步消息傳輸、白頁和黃頁實現(xiàn)、Agent訂閱機制、支持開發(fā)者調(diào)試和跟蹤的圖形工具、交互協(xié)議庫等機制。

JADE平臺運行時環(huán)境由多個可以分布于網(wǎng)絡不同位置的Agent容器組成，平臺中只能有一個主容器，其它容器必須在主容器中注冊后才能使用。主容器負責管理容器注冊表(CT)和全局agent描述表(GADT)，通過這兩個表可以發(fā)現(xiàn)和引用其它容器和任意Agent，主容器中的AMS和DF是兩個特殊的Agent，用于Agent的管理和白頁、黃頁服務。所有容器都有各自的局部Agent描述表，用于本容器內(nèi)的Agent管理。非主容器各自擁有一個GADT快照，用于發(fā)現(xiàn)其它容器中的Agent。

2 基于JADE的Java Web應用開發(fā)

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)的總體架構(gòu)采用MVC模式設計(見圖1)，控制器、視圖和模型的角色分別由Servlet、JSP頁面和智能組件Agent充當，從而實現(xiàn)了控制邏輯與業(yè)務邏輯的分離，顯示與數(shù)據(jù)的分離[3]。從接受瀏覽器來的用戶輸入，傳送到Servlet對象，再由Servlet傳送給Agent進行處理，處理結(jié)果由Servlet傳送到JSP顯示給用戶。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

GatewayAgent組件是Web容器與JADE平臺之間的接口，由于Agent之間的通信使用ACL格式信息，因此要將用戶端產(chǎn)生的POST格式的信息封裝為ACL格式，再發(fā)送到相應的Agent處理；同時，由Agent產(chǎn)生的ACL消息先發(fā)送到GatewayAgent，由GatewayAgent轉(zhuǎn)換為POST消息格式后再傳送到控制器組件Servlet，然后由Servlet傳送給相應的JSP頁面。

Servlet與GatewayAgent之間的消息傳遞采用黑板方式[4]。黑板是一個特殊的Java Bean對象，Servlet按收到來自網(wǎng)頁的POST消息后，創(chuàng)建一個黑板對象blackbord，將要傳送的消息寫入黑板并設置信息的接收者，GatewayAgent讀取黑板中的信息，提取消息的接收者和消息內(nèi)容，然后把消息發(fā)送給接收Agent。

黑板的定義和使用方式如下：

protected void doPost(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response)

throws Exception {

BlackBoard blackBord = new BlackBoard(); //創(chuàng)建黑板對象

blackBord.setReceiver("receiveAgent"); //設置信息的接收者

blackBord.setMessg("………."); //在黑板中寫入要傳遞的信息

……….

}

Agent與數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)交換通過TransducerAgent完成[5]。Agent需要從數(shù)據(jù)庫獲取數(shù)據(jù)時，將要獲取或?qū)懭氲臄?shù)據(jù)項名稱、數(shù)據(jù)來源地(或目的地)和交互類型(即讀取或更新)以ACL消息發(fā)送給TransducerAgent，TransducerAgent根據(jù)消息中的數(shù)據(jù)項和操作類型等生成SQL語句，通過數(shù)據(jù)庫訪問接口JDBC進行相應的數(shù)據(jù)庫操作。獲得相應的數(shù)據(jù)后，再以ACL格式發(fā)送給相應的Agent。

2.2 Agent設計

Agent是一個具有邏輯推理能力和智能行為的顯式的符號模型，是一個基于知識的系統(tǒng)[6]，其一般結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 Agent內(nèi)部結(jié)構(gòu)

Agent通過傳感器接收外界環(huán)境的信息，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)進行信息融合，產(chǎn)生修改當前狀態(tài)的指令。然后，在知識庫的支持下進行推理判斷，形成一系列動作，通過效應器對環(huán)境發(fā)生作用。

在JADE中，Agent的動作通過Behaviour類實現(xiàn)，動作的具體定義寫在Behaviour類的action()方法中。一個Agent可以有多個Behaviour，它們可以并發(fā)執(zhí)行。

Agent知識庫和推理機使用Jess來實現(xiàn)，Jess是當前流行專家系統(tǒng)開發(fā)工具之一，它具有CLIPS的風格，小巧快速，而且完全由Java語言開發(fā)，因此易于與JADE集成[7]。Agent的知識庫包含了與應用領域相關的事實、原理、規(guī)則等，每一條知識定義為一條Jess規(guī)則，每個Agent的知識庫定義為一個Jess規(guī)則文件。

Agent的推理機由Jess的推理引擎Jess.Rete充當，封裝于Agent的行為中，如下所示：

class InferenceEngine extends CyclicBehaviour {

private Jess.Rete engine; //推理機

//初始化推理機

InferenceEngine (Agent agent, String ruleFile) { // ruleFile為Jess規(guī)則庫文件

super(agent);

engine = new Jess.Rete(); //創(chuàng)建推理機

try {

//加載規(guī)則庫

FileReader fr = new FileReader(ruleFile);

Jess.Jesp j = new Jess.Jesp(fr, Jess);

try {

j.parse(false);

} catch (engine.JessException je) { }

}catch(……){……}

public void action() {

try {

engine.run(); //啟動推理機

}

……

}

3 基于JADE與Java EE的智能化煤礦安全管理平臺

3.1 需求分析

煤炭是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的基礎，然而隨著煤炭開采量的不斷擴大和煤礦開采深度的逐年增加，煤礦安全問題日益突出。引起煤礦安全事故的因素主要有瓦斯、煤塵、水災、火災、頂板及沖擊地壓、提升與運輸危險、電氣危險等。傳統(tǒng)的安全系統(tǒng)只是監(jiān)測某些環(huán)境參數(shù)，并對其進行單一的列表顯示而已，控制功能也比較獨立，無法做到體系化綜合性的安全評價與事故防控[8]。

在智能化的煤炭安全管理平臺中，要能夠?qū)崿F(xiàn)對現(xiàn)場采集的各種安全監(jiān)測數(shù)據(jù)進行自動的分析和處理，當某一安全因素監(jiān)測值變化異常時，要能夠做出適當反應：如超過安全閾值時，自動啟動安全設備進行排險；值增加速率超過正常水平時，發(fā)出安全預警并進行原因分析等。另外，還要能夠?qū)Ω鞣N因素之間的相關性進行分析和挖掘，從以往的安全記錄中學習經(jīng)驗等功能。

3.2 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

系統(tǒng)中的Agent采用樹形結(jié)構(gòu)組織(見圖3)。影響煤礦安全生產(chǎn)的各種因素由專門的Agent進行處理，由此設計出空氣Agent、水情Agent、地質(zhì)Agent、排水Agent、通風Agent、設備Agent等。空氣Agent負責實時地對收集到的井下大氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，包括瓦斯含量、粉塵含量、CO含量、大氣溫度、大氣濕度等進行分析和處理；水情Agent負責處理井下水文情況；地質(zhì)Agent負責處理井區(qū)地質(zhì)變化情況；排水Agent和通風Agent管理通風設備和排水設備，根據(jù)相關Agent發(fā)送的消息啟動或停止設備運行；設備Agent監(jiān)控掘進、運輸?shù)壬a(chǎn)設備的狀態(tài)。這些Agent首先對收集到的各類數(shù)據(jù)進行初步處理，當某種數(shù)據(jù)超出安全閾值時，進行緊急處理；然后把數(shù)據(jù)發(fā)送到礦井安全Agent做進一步分析。

圖3 煤礦安全系統(tǒng)中Agent組織結(jié)構(gòu)圖

礦井安全Agent對本礦井各Agent發(fā)送的數(shù)據(jù)進行分析，進而判斷本礦井的安全狀態(tài)。一個煤礦往往有多個礦井，煤礦安全Agent對各個礦井的安全數(shù)據(jù)進行綜合分析和學習，獲取安全經(jīng)驗。

確定了系統(tǒng)中所包含的Agent后，接著在JADE環(huán)境下進行實現(xiàn)。每個Agent是一個由jade.core.Agent派生的特殊的Java類，其行為定義為Behaviour類的子類，知識庫由Jess定義。系統(tǒng)與用戶的交互由Java EE客戶端組件JSP和Servlet完成，數(shù)據(jù)庫采用Oracle 11g。

系統(tǒng)運行時Agent情況如圖4所示。

圖4 JADE平臺

4 結(jié)束語

JADE是一種開源的Agent開發(fā)和運行平臺，它為Agent的運行提供了容器支持。由于都是在Java虛擬機上運行，因此JADE平臺和Java EE平臺可以較好的集成。在開發(fā)網(wǎng)絡應用系統(tǒng)時，用Java EE的表示層組件實現(xiàn)系統(tǒng)與用戶的接口，后臺的數(shù)據(jù)分析與處理等功能由Agent組件來完成，既可以充分利用Agent的主動性、智能性強等特點，又能夠利用Java EE平臺的開發(fā)工具豐富、開發(fā)效率高等優(yōu)勢，從而快速高效地開發(fā)智能化的Web應用系統(tǒng)。

參考文獻：

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[2] Fabio Bellifemine，Giovanni Caire，Dominic Greenwood．Developing Multi Agent Systems with JADE[M]．New Jersey：John Wiley&Sons，2007．

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[4] 于衛(wèi)紅．基于JADE平臺的多Agent系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)[M]．北京：國防工業(yè)出版社，2011．

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[7] Ernest Friedman-Hill．Jess in Action[M]．Greenwich：Manning Publications Co，2003．

[8] 許滿貴．煤礦動態(tài)綜合安全評價模式及應用研究[D]．西安：西安科技大學，2006．