基于Agent的礦用瓦斯監測系統的研究

徐 星

（陽泉煤業集團（股份）有限公司二礦安監處， 山西 陽泉 045000）

引言

現有的井下瓦斯濃度監測系統，通常采用傳統請求響應方式的工作模式，這種系統存在應答響應時間長、網絡流量信息過大導致的網絡擁塞及網絡帶寬被過度占用等缺點[1-2]。Agent是一種具有自主學習的智能體[3]，能夠快速、實時地處理多維信息，本文將Agent技術應用到瓦斯濃度監測系統中，以期改進現有系統存在的不足。在瓦斯數據采集過程中，Agent可根據要求在監測系統各個節點來回移動，對瓦斯濃度進行實時監測，當某一測量點的瓦斯濃度超過安全值時，該檢測系統會將報警信息傳送至地面監控中心，通知工作人員采取應急預案進行處理。

1 礦井瓦斯監測系統模型

地面監控系統主站、基站、數據采集以及Agent構成了礦井瓦斯監測系統，其結構如圖l所示。數據采集裝置通過無線網絡與基站進行連接，Agent對傳感器檢測到的瓦斯濃度數據進行融合，將其處理后發送至基站，該數據再通過工業以太網傳輸到地面監測主站，以此來實現井下瓦斯濃度的在線監測。

1）地面監測主站。負責建立Agent、制定監測路徑、實現探測信息的資源共享，并對瓦斯濃度數據的采集進行遠程監控和在線信息處理。

2）基站。地下巷道作為數據采集裝置與監控主站的連接樞紐，具有復雜性，需要多方面測試。因此，為了便于分區管理和控制，需要安裝大量的數據采集設備，建立多個地下基站。

3）數據采集裝置。主要是通過傳感器對瓦斯濃度進行檢測，傳感器一般安裝在掘進工作面、回風巷等瓦斯容易積聚的環境中。

圖1 礦井瓦斯監測系統構成

2 基于Agent的瓦斯濃度數據收集

Agent是一種軟件實體，其可以攜帶代碼和代替人或其他程序完成一些工作，其具有智能化、移動性、實時性和數據處理速度快等優點。Agent在對瓦斯濃度進行檢測過程中，自身始終處于封閉的保存狀態，遵循系統預先設定的路徑進行傳遞，從當前設備傳遞到下一個設備，在每個設備上執行相同的工作。本文利用Agent技術來構建整個礦井瓦斯監測系統，并將Agent計算模式應用于地面監測主站。傳統的請求響應計算模型和基于Agent的計算模型分別如圖2和下頁圖3所示。

圖2 傳統請求響應計算模型

從圖2和下頁圖3中可以看出，傳統請求響應模式下的瓦斯監測系統，是將傳感器在不同位置收集到的瓦斯相關信息統一傳輸至基站進行融合處理，而后提取數據；在基于Agent模式的瓦斯監測系統中，傳感器采集到的信息將保存在本地，Agent按照設定好的路徑對不同位置的信息進行融合處理，當融合數據滿足要求后攜帶融合的數據返回基站。

地面監控主站負責發布Agent，按照預先設定好的路徑及策略將其發送給各傳感器，同時對Agent反饋的信息進行處理，處理結果以曲線或表格的形式顯示在地面監控主站的顯示屏上。在每個傳感器上安裝Agent的運行環境及常駐代理（SA），以便于接受Agent并提供本地資源的訪問權限，從而可以完成與傳感器的數據交互，并攜帶數據后返回。傳感器檢測到的井下瓦斯濃度數據不再直接匯總到地面監控主站，而是通過系統中Agent的傳輸和訪問直接完成對瓦斯濃度數據的收集，這種方式提升了監測瓦斯濃度的工作效率。具體工作流程如圖4所示。

圖3 基于Agent的計算模式

3 Agent技術優勢分析

3.1 瓦斯濃度超限定位

圖3中如果MA在傳遞過程中檢測到某個傳感器監控的瓦斯濃度超過標準值，則立即反饋至地面監測主站，發出警告，并告知瓦斯超標地點數據信息。

3.2 監控系統響應時間

在傳統請求響應模式下的瓦斯監測系統中，基站需要按照一定順序向每個傳感器發送請求，響應時間是基站向第一個傳感器發送請求信息，直至所有傳感器完成應答的總時間，假定每個傳感器接收請求和完成應答時間相同，則響應時間為：

式中：t1為傳感器收集瓦斯濃度信息的時間；t2為傳感器接收請求和完成應答的時間，s；τ為延時時間，s。

在基于Agent的礦井瓦斯濃度監測系統中（如圖4所示），響應時間為基站向第一個傳感器傳送Agent之后，包含Agent在每個傳感器間的傳遞，直至最后一個傳感器完成應答并將結果反饋回基站的時間，假定每次Agent融合SA數據的時間相等，且Agent在傳感器間傳遞的時間也相等，則響應時間為：

式中：ts為Agent融合SA數據的時間，s；tm為Agent在每個傳感器間的傳遞時間，s。

圖4 監測系統流程示意圖

從式（1）和式（2）的分析中可知：t1是一個數值較大的時間量，而在基于Agent的瓦斯監測系統中，由本地SA收集瓦斯數據，t1這個時間量不存在，所以其系統的整個響應時間大幅降低。

3.3 監測系統數據流量

傳統請求應答模式下的瓦斯監測系統中數據流量Q為：

式中：q1為傳感器收集瓦斯濃度信息流量，kb/s；q2為傳感器接收請求和完成應答的流量，kb/s。

在基于Agent的礦井瓦斯濃度監測系統中的數據流量Q為：

其中：qi為Agent收集每個傳感器的數據流量，kb/s；qag為自身存儲的數據流量，kb/s。

由式（3）和式（4）分析中可知，增加傳感器的數量，移動Agent監測系統的數據流量要大幅小于傳統監測系統的數據流量。

4 結論

將Agent技術應用于礦井瓦斯監測系統中，系統具有應答快速、快速定位和可靠性高等特點。基于Agent技術的礦井瓦斯監測系統，其適用性及可靠性得以增強，其響應時間和網絡帶寬得到相應減小，為井下瓦斯濃度的監測提供了一種有效的測量手段，在礦井領域中具備很高的應用價值。