【導(dǎo)讀】本科畢業(yè)論文(設(shè)計). 專業(yè)班級：11級軟件工程java2班。完成時間：2020年7月。軟件工程專業(yè)2020級姓名汪上。畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：機(jī)器人救援仿真系統(tǒng)中策略制定和協(xié)作研究。2020年12月1日——2020年6月10日。畢業(yè)設(shè)計（論文）要求：。畢業(yè)論文由題目（標(biāo)題）、摘要、引言（前言）、正文、結(jié)論、參考文獻(xiàn)和。附錄等幾部分構(gòu)成。整篇論文字?jǐn)?shù)不少于8000字左右，書寫方式必須為計算機(jī)。要求數(shù)據(jù)正確、思路清晰、觀點正確，邏輯合理，語句通順，文本格式。階段階段內(nèi)容起止時間。總體設(shè)計設(shè)計內(nèi)容的主要構(gòu)架章節(jié)和重點難點內(nèi)容。資料收集通過現(xiàn)場調(diào)研、文獻(xiàn)查閱、網(wǎng)上搜集等收。初稿撰寫根據(jù)總體設(shè)計和有關(guān)要求撰寫并完成設(shè)計。修改補(bǔ)充根據(jù)導(dǎo)師意見對初稿進(jìn)行修改補(bǔ)充。文檔整理按畢業(yè)設(shè)計格式要求整理文檔，準(zhǔn)備答辯。院（站）負(fù)責(zé)人：。之后，原件存函授站?！？蛻舳薃gent的感知模型.

　　

【正文】 Agent的任務(wù) 圖 32 警察 Agent 任務(wù)合作流程圖 合作中，每個警察 Agent 所扮演的角色不是固定不變的，它既可以是任務(wù)的發(fā)布者，也可以是任務(wù)的響應(yīng)者。警察 Agent 在前一個周期是任務(wù)的發(fā)布者，而后一個周期又可以轉(zhuǎn)變?yōu)槿蝿?wù)的響應(yīng)者?；谌蝿?wù)優(yōu)先級的警察 Agent 的任務(wù)合作方法包括發(fā)布 Agent 的任務(wù)發(fā)布程序與任務(wù)授權(quán)程序和響應(yīng) Agent 的任務(wù)請求程序與任務(wù)確認(rèn)程序兩個部分如圖 32 所示。 (1 )發(fā)布 Agent 將自身任務(wù)優(yōu)先級最高的任務(wù)向外發(fā)布。 (2)響應(yīng) Agent把從發(fā)布 Agent廣播來的任務(wù)與自身任務(wù)列表中優(yōu)先級最大的任務(wù)比較并做出請求。 (3)發(fā)布 Agent 處理響應(yīng) Agent 的請求信息后對響應(yīng) Agent 進(jìn)行任務(wù)授權(quán)。 (4)響應(yīng) Agent 接收到發(fā)布 Agent 的授權(quán)信息后進(jìn)行任務(wù)確認(rèn)。 (5)任務(wù)合作建立，共同完成任務(wù)。 機(jī)器人救援仿真系統(tǒng)中策略制定和協(xié)作研究 第三章 策略制定與協(xié)作研究 21 醫(yī)療 Agent 協(xié)作策略 救援任務(wù)集合 在救援仿真系統(tǒng)中，救護(hù) Agent 的救護(hù)目標(biāo)就是受傷的市民 Agent，而其他Agent(警察 Agent、消防 Agent 和包括救護(hù) Agent 自身 )受傷則要到避難所進(jìn)行休息和治療。救護(hù) Agent 之間屬于同構(gòu) Agent，因此每個救護(hù) Agent 的救護(hù)市民的能力相同。值得注意的是，同一時刻一個救護(hù) Agent 只能救助一位市民。 根據(jù)上述分析，救援系統(tǒng)中的救護(hù)任務(wù) [10]可以單純地分析為受傷的市民，該任務(wù)包括坐標(biāo)等信息。記在救援仿真中的某區(qū)域的救援任務(wù)集合為 T， T 由m 個任務(wù)組成，某一時刻任務(wù) Ti，記為： 公式 ( ) 其中， Xi 表示任務(wù) Ti 在地圖中位置的橫坐標(biāo)；兄表示任務(wù) Ti 在地圖中位置的縱坐標(biāo)。那么，救援任務(wù)集合 T 可以表示為 ： 公式（ ） 由以上公式可以看出，救護(hù)任務(wù)可以簡化為受傷市民 Agent 的坐標(biāo)值信息。 基于距離的多救護(hù) Agent 的合作方法 在救援仿真系統(tǒng)中救護(hù) Agent 是最少的一個群體 [11]，鑒于資源的限制需要合理地分配救護(hù) Agent 的救護(hù)任務(wù)。至于救援 Agent 之間的協(xié)作，完全依賴于救護(hù)Agent 的高層策略。決策 Agent 在獲取的全局信息基礎(chǔ)上，建立并求解行為決策模型，對救護(hù) Agent 有限的資源系統(tǒng)地進(jìn)行調(diào)度與分配，使得有限的救護(hù) Agent資源用到該用的地方，充分實現(xiàn)資源的綜合效益。隨著時間的流 逝，受傷市民的生命值在逐漸降低，而救援比賽的得分系統(tǒng)很大程度上取決于存活的市民 Agent數(shù)量。為了將局部區(qū)域的 m 個受傷市民的救護(hù)任務(wù)分配給進(jìn)入該區(qū)域的 n 個救護(hù) Agent 并且能夠在最短時間內(nèi)救出受傷市民，本章提出了一種基于距離的多救護(hù) Agent 任務(wù)合作方法。該合作方法能夠在最短的時間內(nèi)使受傷市民得到救助，最大可能地救出受傷市民 Agent，提高比賽得分。最后通過仿真實驗驗證了該方法的有效性。 考慮到救援仿真前期有很多路障阻礙救護(hù) Agent 的行動，使得救護(hù) Agent與警察 Agent 這兩類異構(gòu) Agent 救援行為的耦 合程度很高。因此，在救援前期有多路障的情況下需要與警察 Agent 的協(xié)作 [12]。救護(hù) Agent 的救援與警察 Agent的清障行為的親合處理較為緊急，隨著時間的流逝受傷 Agent 的生命值在下降直機(jī)器人救援仿真系統(tǒng)中策略制定和協(xié)作研究 第三章 策略制定與協(xié)作研究 22 至死亡，因此警察 Agent 因優(yōu)先清理阻礙救援的路障。為了不喪失在此種情況下的靈活性，其處理方式的實現(xiàn)可以在救護(hù) Agent 所使用的人工免疫系統(tǒng)上完成。 在仿真中后期交通較為流暢的情況下，本章針對如何在某個區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)多救護(hù) Agent 的任務(wù)合作，采用了基于距離計算的多救護(hù) Agent 的任務(wù)合作方法。在具有多個救護(hù) Agent 和多任 務(wù)環(huán)境下，任務(wù)的合作方法以具體的任務(wù)分配方法呈現(xiàn)。當(dāng)多個救護(hù) Agent 同時進(jìn)入包含多個救護(hù)任務(wù)的某未知區(qū)域時，具體的任務(wù)分配步驟如下： 圖 33 救護(hù) Agent 任務(wù)合作流程圖 Stepl：救護(hù) Agent27；搜索所有的任務(wù) T。 Step2：救護(hù) Agent Wr，計算到每個子任務(wù) 7；的距離 c/。 Step3：將每個子任務(wù) T，的信息設(shè)置添加距離信息。 Step4：將每個子任務(wù)添加到任務(wù)列表 L 中。 Step5：從任務(wù)列表 L 中選擇距離最短任務(wù)，并執(zhí)行該分配的任務(wù)。 Step6：從任務(wù)列表 L 中刪除任務(wù)并通知該區(qū)域其他救護(hù) Agent 從他們各自維護(hù)的任務(wù)列表中刪除該任務(wù)同時更新任務(wù)列表。 Step7：更新自身任務(wù)列表。 Step8：判斷當(dāng)前是否完成距離最短的任務(wù)。 機(jī)器人救援仿真系統(tǒng)中策略制定和協(xié)作研究 第三章 策略制定與協(xié)作研究 23 Step9：如果沒有完成，則繼續(xù)執(zhí)行該任務(wù)直到完成。 Step10：如果完成任務(wù)，判斷任務(wù)列表是否為空。 Step11：若任務(wù)列表 L 非空，則跳轉(zhuǎn)到 Step5 繼續(xù)執(zhí)行。 Step12：若任務(wù)列表 L 為空，則所有任務(wù)執(zhí)行完畢，結(jié)束。 多救護(hù) Agent 任務(wù)合作的流程如圖 33 所示。 通信代碼片斷： 消防 Agent 協(xié)作策略 在多消防 Agent 環(huán)境中，為了能夠完成系統(tǒng)的總?cè)蝿?wù)，需要多消防 Agent彼此之間進(jìn)行任務(wù)合作 [13]。針對多消防 Agent 如何進(jìn)行合作問題，首先必須對救援系統(tǒng)的總?cè)蝿?wù)進(jìn)行分解，然后再按照一定的約束條件把分解好的各個子任務(wù)分配每個消防 Agent。因此，多消防 Agent 的合作問題就是一個多消防 Agent 任務(wù)分配問題。 本文只針對在系統(tǒng)有消防中心的情況下如何進(jìn)行任務(wù)分配進(jìn)行介紹，對于無消防中心的情況下如何進(jìn)行任務(wù)分配可以使用本文第三章多警察 Agent 使用的合同網(wǎng)任務(wù)分配方法。在有消防中心情 況下，消防中心可以與其他的消防 Agent機(jī)器人救援仿真系統(tǒng)中策略制定和協(xié)作研究 第三章 策略制定與協(xié)作研究 24 進(jìn)行無線通信，從而能夠收集融合出全局的地理信息。只要根據(jù)全局的地理信息和各個消防 Agent 的信息進(jìn)行任務(wù)的分解與分配，就可以實現(xiàn)整體任務(wù)的最優(yōu)分配。 消防 Agent 的任務(wù)分配 消防 Agent 的任務(wù)分配 [14]是指把地圖中的著火區(qū)根據(jù)一定的方法和原則合理的分配給系統(tǒng)中的消防 Agent。根據(jù) 章節(jié)中關(guān)于 Agent 通信方式的不同，可以依據(jù)地圖中是否存在消防中心 Agent 把 RCRSS 中消防 Agent 的任務(wù)分配分為兩類即：有中心 Agent 情景下的集中式任務(wù)分配 和無中心 Agent 情境下的分布式任務(wù)分配。 1)集中式任務(wù)分配 集中式多 Agent 任務(wù)分配系統(tǒng)由中心節(jié)點和若干子節(jié)點兩層構(gòu)成。系統(tǒng)中有一個中心 Agent 和若干同構(gòu)的移動 Agent，中心 Agent 由于具有強(qiáng)大的與各個移動 Agent 通信的能力，可以接收到各個移動 Agent 發(fā)送的相關(guān)信息，然后經(jīng)過中心 Agent 的處理將任務(wù)合理的分配給各個移動 Agent。集中式任務(wù)分配能夠從全局的角度進(jìn)行問題求解和優(yōu)化，具體實現(xiàn)較為簡單， 可以依靠中心 Agent 掌握的信息最優(yōu)的實現(xiàn)既定問題的任務(wù)分配求解。但同時要看到此種任務(wù)分配方 式把所有的決策權(quán)限都全權(quán)委托給中心 Agent，容易造成通信量和數(shù)據(jù)處理量過大的問題。而且萬一中心 Agent 失效后此系統(tǒng)便會陷入無組織的狀態(tài)?？紤]到 RCRSS 系統(tǒng)中可以有 5 個以內(nèi)的中心消防 Agent，不失一般性的可以認(rèn)為此問題的影響被忽略。 2)分布式任務(wù)分配 分布式多 Agent 任務(wù)分配系統(tǒng)由若干個同構(gòu)、平等、獨立的節(jié)點構(gòu)成。系統(tǒng)中的各個移動 Agent 通過有限的通信和感知能力同一定范圍內(nèi)有限數(shù)量的 Agent共享相關(guān)位置、環(huán)境信息，通過自我的決策模塊決定自己的任務(wù)選擇。 分布式多 Agent 任務(wù)分配系統(tǒng)釆用高自治、多協(xié)作的方式來解決全局的任務(wù)分配問題。此種方式的任務(wù)分配將整個系統(tǒng)復(fù)雜的任務(wù)分配問題分散到系統(tǒng)中各個節(jié)點自我處理的子問題，由子節(jié)點聯(lián)網(wǎng)求解得到合理的解空間。該系統(tǒng)中的移動 Agent 是一個獨立的個體，具有充分的自治權(quán)限，大多數(shù)時間里可以自主的選擇自己的目標(biāo)任務(wù)。采用這種方式的任務(wù)分配方式有以下幾個優(yōu)點：各個 Agent具有充分的自治權(quán)可以保證 Agent 對于環(huán)境變化的快速反應(yīng)，減少了通信量，挺高了響應(yīng)速度；任何一個節(jié)點 Agent 由于各種意外原因出現(xiàn)錯誤的行為不會對整個系統(tǒng) 帶來全局性的影響。 機(jī)器人救援仿真系統(tǒng)中策略制定和協(xié)作研究 第三章 策略制定與協(xié)作研究 25 消防 Agent 任務(wù)分配模型 根據(jù)以上分析本文對于兩種不同的地圖信息采用自適應(yīng)的兩種不同的任務(wù)分配方法： 1)有中心消防 Agent 情景時 在有中心消防 Agent 情景時，中心消防 Agent 可以與地圖中各個位置的消防Agent 進(jìn)行通信信息交流，匯總各個 Agent 的具體位置、任務(wù)信息后，再結(jié)合當(dāng)前周期內(nèi)的任務(wù)集進(jìn)行集中式的任務(wù)分配。任務(wù)分配采用基于距離大小的消防Agent 任務(wù)分配原則，這樣的分配方式簡單高效，可以從全局的角度實現(xiàn)最優(yōu)的任務(wù)分配。 2)沒有中心消防 Agent 情景時 在沒 有中心消防 Agent 情景時，分布在地圖中的各個消防 Agent 只能感知一定范圍內(nèi)的環(huán)境信息，并且由于通信受限的緣故只能與一定范圍內(nèi)的其他 Agent共享小范圍內(nèi)的信息。因此采用合同網(wǎng)協(xié)議的任務(wù)分配比較適合此分布式的任務(wù)分配情景，從而實現(xiàn)動態(tài)環(huán)境下系統(tǒng)的最優(yōu)任務(wù)分配。 本章小結(jié) 本章針對在多警察 Agent 下如何進(jìn)行任務(wù)合作，提出了一種基于優(yōu)先級的多警察 Agent 合作方法。最后通過仿真實驗和比賽驗證了本章所提出的方法對于多警察 Agent 任務(wù)合作的有效性。同時，存活的市民 Agent 數(shù)量是比賽分?jǐn)?shù)高低最重要的一個影響因素。為了能盡可能地營救更多的市民 Agent 使比賽分?jǐn)?shù)提高，本章針對在多救護(hù) Agent 下如何進(jìn)行任務(wù)合作，提出了一種基于距離的多救護(hù)Agent 的合作方法并進(jìn)行了詳細(xì)闡述。最后，針對在多消防 Agent 下如何進(jìn)行任務(wù)合作，提出了基于消防 Agent 的任務(wù)分配策略 [15]。機(jī)器人救援 仿真系統(tǒng)中策略制定和協(xié)作研究 第四章 總結(jié)與展望 26 第四章總 結(jié)與展望 總結(jié) 對于近些年來頻發(fā)的自然災(zāi)害如地震、火災(zāi)和坍塌等已經(jīng)嚴(yán)重影響到人類的生活，對人類的生命安全構(gòu)成威脅，同時也引起了社會各界的廣泛關(guān)注。現(xiàn)階段為了應(yīng)對各種突發(fā)的災(zāi)難，已經(jīng)有很多國家建立了緊急救助體系和相應(yīng)的運(yùn)行機(jī)制，使救援行為更加規(guī)范，通過對專業(yè)救援人員進(jìn)行培訓(xùn)，提高緊急救援能力。通過采取這些措施，能夠迅速、有序、高效地展開救援活動，最大程度地減少人民群眾的生命財產(chǎn)損失和減少對公共設(shè)施的破壞，維護(hù)社會的穩(wěn)定。為配合現(xiàn)實生活中救援活動的展開， RoboCup 救援仿真系統(tǒng)作為一個研究救援策略和方 法的仿真平臺在為人類高效救援方面貢獻(xiàn)了巨大力量。 RoboCup 救援仿真系統(tǒng)是一個通過計算機(jī)對災(zāi)難現(xiàn)場的模擬包括火災(zāi)、坍塌和救援行為的模擬，研究災(zāi)難發(fā)生后救援策略的仿真平臺，其目標(biāo)是建立一個理性智能的搜救和調(diào)度系統(tǒng)。因此，在該平臺上的研究具有深遠(yuǎn)重大意義。 在 RoboCup 救援仿真這樣一個多 Agent 系統(tǒng)中，各類 Agent 間的任務(wù)合作顯得非常重要，直接影響到整體的救援效率。因此，對各類 Agent 任務(wù)合作方法的研究頗具研究意義。消防滅火由消防 Agent 來擔(dān)任，因而消防 Agent 的消防策略及其合作方法決定著消防滅 火的質(zhì)量。本文以 RoboCup 救援仿真系統(tǒng)為研究平臺，運(yùn)用研究的相關(guān)救援算法和策略成功實現(xiàn)了三類 Agent 間的任務(wù)合作，通過仿真實驗驗證了方法的有效性。 本文的主要研究成果如下： (1)提出一種基于任務(wù)優(yōu)先級的多警察 Agent 合作方法。 救援仿真前期產(chǎn)生了大量的路障，這時警察的清障任務(wù)顯得異常繁重。為了能夠協(xié)作配合其他異構(gòu) Agent 展開相應(yīng)的救援工作，對警察 Agent 選擇重要任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行提出要求。通過對火災(zāi)現(xiàn)場情況的實時分析，建立清障任務(wù)的優(yōu)先級，使多個警察 Agent 合作完成當(dāng)前優(yōu)先級別最高的任務(wù)區(qū)。實驗表 明，該方法能夠使多個警察 Agent 快速地清理重要障礙塊區(qū)，有效地協(xié)作其他異構(gòu) Agent 的救援。 (2)提出一種基于距離的多救護(hù) Agent 合作方法。 受傷市民 Agent 的生命值是隨時間的增加而逐漸減少的，因此救護(hù) Agent對受傷市民的搜索和救護(hù)講究及時性，需要這些 Agent 能夠在最短的時間內(nèi)到達(dá)他們的任務(wù)所在地?；诰嚯x的多救護(hù) Agent 任務(wù)合作方法為救護(hù) Agent 尋找最合適的任務(wù)提供了解決方案，使得最終救援的人數(shù)增多、市民存活比例增高。 機(jī)器人救援 仿真系統(tǒng)中策略制定和協(xié)作研究 第四章 總結(jié)與展望 27 (3)提出一種基于