[发明专利]基于多智能体网络趋同算法的水污染预警系统和方法

权利要求书

1.一种基于多智能体网络趋同算法的水污染预警方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤(1)：一个由n个智能体节点(监测点)组成的多智能体网络，根据节点通信边关系，将整个网络拓扑构建成为一个连通图，即网络中任意一个节点出发，通过相邻节点有向边可以达到网络中任何其他一个节点；

步骤(2)：根据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)，选取z个水环境评价标准，并按照水域功能类别选取相应类别标准；给节点配置一个或多个相应监测指标的传感器；

步骤(3)：假设N_i(t)是t时刻节点i的邻居节点集合，采用分布式控制协议，控制协议的设计按照如下规则：节点i对t时刻收集的邻居节点j发送的信息进行整理，则当节点监测的水域状态值超出标准区间时，该节点判定水环境受到污染，从而触发预警，与之相应的控制器触发介入。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述由n个智能体节点(监测点)组成的多智能体网络可记为G＝(V,E)，其中V＝{1,2,…,n}表示节点集，表示节点间的通讯边集；(i,j)∈E表示节点i可接收到来自节点j的信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，令X＝[x_i,k，k，Lng_i，Lat_i]，k∈Z，Z＝{1,2,...,z}，其中，x_i,k表示第i个节点第k个监测指标(即状态值)，Lng_i表示节点i的经度，Lat_i表示节点i的纬度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的按照水域功能类别，选取相应类别标准的方法包括以下步骤：

分步(2.1)：确定水体所属水域功能类别c∈C，C＝{c1,c2,c3,c4,c5}＝{Ⅰ类水，Ⅱ类水，Ⅲ类水，Ⅳ类水，Ⅴ类水}；

分步(2.2)：选取对应功能类别的相应标准，设立监测标准数值区间其中x_c,k分别表示c类水第k个监测指标的标准上限和标准下限，c∈C。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤(3)中，

邻居节点集合

分布式控制协议U＝{u₁,u₂,...,u_n}；

控制协议的设计按照如下规则：节点i对t时刻收集的邻居节点j，j∈N_i发送的信息进行整理，令则当节点监测的水域状态值超出标准区间时，预警系统启动，即当时，或x_k,m(t)x_k时，与之相应的控制器触发介入，具体控制器协议为或

控制器介入后，系统中各节点状态值更新。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤(3)中，控制器介入后，系统中各节点状态值的更新方程如下：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：还包括步骤(4)：节点i在t时刻采集获取自身区域的监测状态值x_i,k(t)；当状态值则节点不采取任何措施；而当满足条件时，该节点判定水环境受到污染，从而触发预警，该时刻起，此后节点i将其状态值维持x_i,k(t)固定不变，并将此固定值传递给其相邻节点；网络中其余节点则按照公式(1)更新自身下一时刻的状态值，并同步节点信息X_i,k(t+1)＝[x_i,k(t+1),k,经度坐标i,纬度坐标i]，并在全网络系统传递污染坐标地址和污染的状态值，直到完成同步全部网络节点。