[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

说明书

本发明涉及环境监测技术领域，特别是涉及一种基于多智能体网络趋同控制算法的水污染预警系统和方法，包括以下步骤：(1)：考虑一个由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；(2)：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；(3)：采用分布式控制协议，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。采用本方法能有效提高系统的响应速度，降低设备能量消耗，提升系统运行可靠性，同时减少整体系统的制造成本，在水污染环境监测预警领域中具有可观的市场前景。

技术领域

本发明涉及环境监测技术领域，特别是涉及一种基于多智能体网络趋同控制算法的水污染预警系统和方法。

背景技术

随着社会经济的不断发展，人们生活水平的不断提高，同时导致的水污染问题也变得十分严峻。大量的工业、农业以及生活废水甚至不经过处理就直接排放到河流、湖泊、海洋中，对水质造成了严重的污染，同时对生态环境安全、社会稳定、人体健康及国家财产安全造成了极大的损害。在水污染监测系统中，可分为快速预警、确定性检测和精确权威检测三级，其中快速预警环节是后两级检测的基础，对于争取最佳处理时机，减小重大环境、经济损失有着至关重要的作用。

传统的基于传感器网络水污染预警系统基本是通过集中式通信系统实现的，即要求每一个监测节点都具备与监测中心节点通信的能力。此类系统最为主要的缺陷是监测中心节点站工作负荷过大且一旦中心节点因网络故障、拥堵、甚至网络恶意攻击等原因罢工时，整个水污染预警系统将陷入瘫痪，具有较差的鲁棒性。同时由于水污染监测预警是一个较长周期的工作，为保持系统持续正常工作，则必须经常性对设备装置进行更替(节点能源枯竭失效)，这不仅维护工作量大而且增加了运行成本，一定程度上限制了其作为水污染检测预警技术的使用。

多智能体网络(Multi-AgentNetworks)是指由大量具有局部感知、执行、通信能力的智能体个体组成的网络。近年来，由于多智能体网络健壮、自治、成本低等优点，在多机器人系统、智能电网调度、无人机和无线传感器网络等领域有着广泛的应用。趋同算法是目前多智能体网络中一类重要的分布式算法，是指网络中节点在无需中心节点的条件下，通过与各自邻居节点的通信协作，最终实现系统中所有节点状态值趋于共同的状态值。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多智能体网络趋同算法的水污染预警方法，采用本方法能有效提高系统的响应速度，降低设备能量消耗，提升系统运行可靠性，同时减少整体系统的制造成本，在水污染环境监测预警领域中具有可观的市场前景。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案包括下述三个方面。

第一个方面，一种基于多智能体网络趋同算法的水污染预警方法，包括以下步骤：

步骤(1)：考虑一个由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。