输水洞施工的方案比选及其基于MAS反馈控制系统研究
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摘要
地下空间开发已经成为世界各国的一种国策,而隧道工程在众多地下工程当中占据了非常重要的地位。虽然隧道工程在国内外都有飞速的发展,但在复杂的地质、水文和城市建筑环境下,地下构筑物具有太多的不稳定性,具有相当强的不可逆性,且建设成本较高,技术难度较大,施工工期较长,因此关于地下工程的各项研究在岩土工程研究领域仍然是紧迫、重要而且困难的课题。
本文首先了解了国内外隧洞施工的发展情况,探讨了我国隧洞施工存在的问题。进而对本文输水洞工程提出了不仅需要对实际工程选择较好实施方案,还应该对其施工进行动态施工反馈控制的结论,从而基本确定了本文研究的方向和内容。
本文针对大断面、埋深浅、穿越高速公路的输水洞具体工程进行了一系列的研究。首先针对具体工程提出的两种施工方案进行了有限元仿真模拟计算。接着以有限元仿真模拟计算的结果分析不同施工方案的特点,且综合其它多方面施工影响因素,引进模糊评判理论进行施工方案比选,确定出侧壁导坑施工方案为较优施工方案。又对侧壁导坑施工方案进行进一步有限元仿真模拟计算,研究得出最优的块体开挖顺序,并作了开挖土体参数对开挖影响的敏感性分析。然后根据施工反馈控制的特点,选择结合多Agent技术来构建隧洞施工反馈控制系统来指导施工。不仅介绍了Agent和多Agent系统(MAS)的思想,讨论了MAS对隧洞施工反馈控制系统的适应性;还对施工反馈控制系统进行了系统分析,设计了系统框架,构建子系统的结构和流程;最终从模块出发实现了MAS隧洞施工反馈控制系统,并通过实例调试了本系统。
本文从设计优化方面提出了适合本工程的具体施工方案,并针对本工程采用多Agent技术构建的施工控制反馈系统能够指导具体施工,希望对其它隧道工程乃至地下工程的设计和施工有一定的借鉴作用。
Underground space exploitation has already been a kind of national policy in many countries, the tunnel engineering plays a very important role in all underground engineering. Tunnel engineering is developed internal and overseas, each research is still a pressing, important and difficult problem in geotechnical engineering. Tunnel engineering costs higher,constructs more difficultly and lasts longer. Just because there are many strong instabilities and inconvertibility which can be occurred in complicated geology and hydrology and civic architectural environment.
Firstly, the development of the internal and overseas tunnel engineering and then discusses the domestic problem about it is learned about by this paper. It suggests that we should select the satisfactory construction plan for the practice tunnel engineering and built the feedback control for the whole dynamic construction. So the research direction has been made.
We do specific study on conveyance tunnel which is a big cross-section with superficial layer and through a speedway. First of all, this paper simulates the two plans of the tunnel engineering by using finite element method program. According to the calculation results of simulation, the trait of different construction plans had been analyzed. On the basis of Influence factors, the side wall pilot tunnel was confirmed to be the optimized plan by fuzzy evaluation theory method. Further, the optimum excavation subsequence is gain through calculating onside wall pilot tunnel plan by finite element method program and do the sensitivity analysis of soil parameter for affects on excavates. Then, in accordance with the feature of the engineering feedback control, the paper selects the multi-agent technology to make up the tunneling feedback control system. The mind of agent and multi-agent system is introduced, and the flexibility for the tunneling is also discussed. After analyzing the engineering feedback control system by the way of systems analysis, the paper designs the system frame, composes the structure and flow of the subsystem. Finally, the paper realizes the tunneling feedback control system by multi-agent system and debugs the application of the system by hypotheses example.
The satisfactory construction plan has selected for the practice tunnel engineering, and the built feedback control system could guide for it. It is hoped that the paper can be referred by design and construction for other tunnel engineering and underground construction.
本文首先了解了国内外隧洞施工的发展情况,探讨了我国隧洞施工存在的问题。进而对本文输水洞工程提出了不仅需要对实际工程选择较好实施方案,还应该对其施工进行动态施工反馈控制的结论,从而基本确定了本文研究的方向和内容。
本文针对大断面、埋深浅、穿越高速公路的输水洞具体工程进行了一系列的研究。首先针对具体工程提出的两种施工方案进行了有限元仿真模拟计算。接着以有限元仿真模拟计算的结果分析不同施工方案的特点,且综合其它多方面施工影响因素,引进模糊评判理论进行施工方案比选,确定出侧壁导坑施工方案为较优施工方案。又对侧壁导坑施工方案进行进一步有限元仿真模拟计算,研究得出最优的块体开挖顺序,并作了开挖土体参数对开挖影响的敏感性分析。然后根据施工反馈控制的特点,选择结合多Agent技术来构建隧洞施工反馈控制系统来指导施工。不仅介绍了Agent和多Agent系统(MAS)的思想,讨论了MAS对隧洞施工反馈控制系统的适应性;还对施工反馈控制系统进行了系统分析,设计了系统框架,构建子系统的结构和流程;最终从模块出发实现了MAS隧洞施工反馈控制系统,并通过实例调试了本系统。
本文从设计优化方面提出了适合本工程的具体施工方案,并针对本工程采用多Agent技术构建的施工控制反馈系统能够指导具体施工,希望对其它隧道工程乃至地下工程的设计和施工有一定的借鉴作用。
Underground space exploitation has already been a kind of national policy in many countries, the tunnel engineering plays a very important role in all underground engineering. Tunnel engineering is developed internal and overseas, each research is still a pressing, important and difficult problem in geotechnical engineering. Tunnel engineering costs higher,constructs more difficultly and lasts longer. Just because there are many strong instabilities and inconvertibility which can be occurred in complicated geology and hydrology and civic architectural environment.
Firstly, the development of the internal and overseas tunnel engineering and then discusses the domestic problem about it is learned about by this paper. It suggests that we should select the satisfactory construction plan for the practice tunnel engineering and built the feedback control for the whole dynamic construction. So the research direction has been made.
We do specific study on conveyance tunnel which is a big cross-section with superficial layer and through a speedway. First of all, this paper simulates the two plans of the tunnel engineering by using finite element method program. According to the calculation results of simulation, the trait of different construction plans had been analyzed. On the basis of Influence factors, the side wall pilot tunnel was confirmed to be the optimized plan by fuzzy evaluation theory method. Further, the optimum excavation subsequence is gain through calculating onside wall pilot tunnel plan by finite element method program and do the sensitivity analysis of soil parameter for affects on excavates. Then, in accordance with the feature of the engineering feedback control, the paper selects the multi-agent technology to make up the tunneling feedback control system. The mind of agent and multi-agent system is introduced, and the flexibility for the tunneling is also discussed. After analyzing the engineering feedback control system by the way of systems analysis, the paper designs the system frame, composes the structure and flow of the subsystem. Finally, the paper realizes the tunneling feedback control system by multi-agent system and debugs the application of the system by hypotheses example.
The satisfactory construction plan has selected for the practice tunnel engineering, and the built feedback control system could guide for it. It is hoped that the paper can be referred by design and construction for other tunnel engineering and underground construction.
引文
[1] 王梦恕,21 世纪是隧道及地下空间大发展的年代,西部探矿工程,2000,(1):7~8
[2] 本书编委会,城市地下空间开发利用关键技术指南,北京:中国建筑工业出版社,2006
[3] 傅冰骏,国际隧道及地下工程发展动向,探矿工程,2002,(5):54~57
[4] 郭陕云,论我国隧道和地下工程技术的研究和发展,隧道建设,2004,24(5):1~5
[5] 戴文亭,白宝玉,我国隧道及地下工程发展现状和前景展望,东北公路,2000,23(4):90~92
[6] 关宝树,隧道施工的技术特性、理念及其发展(上),铁道建筑技术,2003,(3):1~6
[7] 张胜云等,信息化设计与施工技术在隧道工程中的发展与应用,西部探矿工程,2005,(2):109~111
[8] 朱维中,王平,岩体动态施工力学原理及其应用,1992,13(2):1~7
[9] 吴焕通,崔永军,隧道施工及组织管理指南,北京:人民交通出版社,2005
[10]Gene F. Franklin, J. David Powell, Abbas Emami-Naeini, Feedback control of dynamic systems (朱齐丹, 张丽珂, 原新等),北京:电子工业出版社,2004
[11]关宝树,隧道施工的技术特性、理念及其发展(下),铁道建筑技术,2003,(4):1~5
[12]毛新军,陈火旺等,智能体的理论研究,计算机科学,1997,24(5):63~67
[13]Wooldridge M and Jennings N R, Intelligent Agents: Theory and practice, The Knowledge Engineering Review,1995,10(2):115~152
[14]Cabri G, Leoardi L and Zambonelli F, Agents for information retrieval: Issues of mobility and coordination, Journal of Systems Architecture, 2000, 46(15):1419~1439
[15]Michael Wooldge, An Introduction to Multi-Agent Systems, Publishing House of Electronics Industry, 1995, 74, 216~222
[16]Star.S.L, Gerson. E.M. Analyzing Due Process in the workplace. ACMTransactions on Office Information System, 1998, 4:257~270
[17]Rosenschein, J.S, Zlotkin, G. Rules of Encounter: Designing Conventions for Automated Negotiation among Computers. MIT Press, Cambridge, MA
[18]张荣国等,基于多Agent的产品CAD建模,应用技术,2001:22~24
[19]李滔,闫琪,齐治昌,基于多Agent系统的软件开发方法研究,计算机工程与科学,2006,28(6):118~130
[20]陈玲,丁纪凯,基于Multi—Agent理论的复杂过程控制系统,机电一体化,2004,(1):28~31
[21]朱云龙,于海斌,基于工作流的敏捷化生产过程控制技术研究,中国机械工程,2002,13(6):509~512
[22]周光辉,江平宇,丘礼平,基于工作流和移动Agent的多Web应用系统的集成研究,西安交通大学学报,2002,36(9):933~937
[23]杨旭升,盛万兴等,多Agent电网运行决策支持系统体系结构研究,电力系统自动化,2002,26(18):45~49
[24]曾子明,林晓明,移动Agent技术在商业连锁管理信息系统模型的应用,计算机应用,2002,22(6):48~50
[25]边海锋,许俊华,刘祖照,智能Agent及其在电子商务中的应用,信息与控制,2003,32(2):77~81
[26]黄必清,刘文煌,奚兵,基于智能Agent的群组决策支持系统及其在经营过程管理中的应用,系统工程理论与实践,2000,(4):74~78
[27]郭红霞,吴捷,张端金等,来自多Agent技术的研究进展,河南科学,2004,22(2):242~246
[28]樊玮,陈增强,袁著祉,基于Agent的航空安全管理智能决策支持系统,计算机工程,2003,29(21):182~184
[29]陈幼平,赫惠清,娄平等,基于多Agent的运输任务分配系统的研究与开发,机械与电子,2004,(10):3~6
[30]潘鲁宁,赵林度,基于MAS的物流运输路径动态规划,技术交流,2003,(12):64~66
[31]罗雄飞,伊晓强,张秀媛,基于多Agent的交通运输枢纽虚拟组织信息集成框架,系统工程理论与实践,2002,(7):113~118
[32]张月琴,卓静,蔡瑞英,移动 Agent 在远程医疗诊断系统中的应用,南京工业大学学报,2005,27(2):77~80
[33]曲朝阳,沈晶,崔苗,基于移动Agent的远程教育系统的实现,计算机工程与科学,2004,26(12):26~29
[34]蔡海斌,岳成庆,张宇等,基于多Agent的智能教学系统模型研究,微机发展,2004,14(2):32~34
[35]宋涛,王琳,MS-Agent 技术及其在课件设计中的应用研究,计算机应用,2004,(10)
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[37]张庆贺,地下工程,上海:同济大学出版社,2005:100~170
[38]陈宇,曾建雄,既有公路下超浅埋软弱土层四车道隧道施工技术研究,铁道标准设计,2005,(10):89~92
[39]李彦明,刘晓立,基坑开挖的试验研究与Plaxis结果的比较讨论,华北航天工业学院学报,2004,14(1):7~10
[40]崔玖江,隧道与地下工程修建技术,北京:科学出版社,2005
[41]胡宝清,模糊理论基础,武汉:武汉大学出版社,2004:198~222
[42]张继勋,姜弘道等,岩体参数对隧洞围岩稳定性影响的敏感性分析,采矿与安全工程学报,2006,(2):169~172
[43]梁义芝,刘云飞,基于Multi-Agent技术的决策支持系统,计算机科学,1999,26(8):50~52
[44]杨鲲,瞿永顺,刘大有,Agent:特性与分类,计算机科学,1999,26(9):30~34
[45]R.Jennings and M.Wooldrige, Agent Oriented Software Engineering, Handbook of Agent Technology, AAAI/MIT Press, 2000
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[47]范辉,李晋江,张晖,Agent技术的研究现状与发展趋势,微型机与应用,2001,(10):4~7
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[49]Michael Wooldridge,多Agent系统引论(石纯一,张伟,徐晋晖等),北京:电子工业出版社,2003
[50]兰少华,多Agent技术及其应用研究,博士学位论文,南京理工大学,2002
[51]胡舜耕,张莉,钟守义,多Agent系统的理论、技术及其应用,计算机科学,1999,26(9):20~24
[52]乔兵,朱剑英,多Agent智能制造系统研究综述,南京航空航天大学学报,2001,33(1):1~6
[53]刘海燕,王献昌,王兵山,多Agent系统的研究,计算机科学,1995,22(2):57~62
[54]黄天辰,韩京才,基于Agent技术的复杂适应系统分析与建模,计算机仿真,2005,22(9):58~60
[55]谭学奇,基于Multi-Agent的砼坝施工仿真通信机制研究,硕士学位论文,天津大学,2006
[56]郭明,多Agent理论体系,北京广播电视大学学报,1999,(2):35~37
[57]赵龙文,候义斌,多Agent系统的组织结构与协同,计算机工程与应用,2000,(10):59~61
[58]赵龙文,候义斌,多Agent系统及其组织结构,计算机应用研究,2000,(7):12~15
[59]董红斌,Agent系统的现状与进展,计算机应用研究,2001,(1):54~56
[60]潘邦传,王锐,刘宗田,多Agent系统的协同,计算机工程与应用,2002,(18):77~80
[61]陈武华,多Agent系统的通讯和协调,硕士学位论文,南京大学,2000
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[63]Kei Matsubayashi and Mario Tokoro,A Collaboration Mechanism on Positive Interactions in Multi-Agent Environments,IJCAI93
[64]高坚,Agent协商优化问题的快速混沌遗传算法,微电子学与计算机,2003,(4):1~3
[65]刘大有,杨鲲,陈建中,Agent研究现状与发展趋势,2000,11(3):315~321
[66]许精明,Agent通信及多Agent系统(MAS协作机制的研究),微型电脑应用,2006,22(7):44~46
[67]李先锋,多Agent系统通信与协作机制的研究,硕士学位论文,西南农业大学,2003
[68]刘向军,刘世平,张洁等,多Agent系统通信与协作机制构造,机械设计与制造工程,2002,31(2):40~42
[69]邬旺,基于多Agent思想的混凝土坝浇筑系统仿真建模研究,硕士学位论文,天津大学,2006
[70]Sycara K.P,Multi Agent Systems,AI Magazine,l998,10(2):79~92.
[2] 本书编委会,城市地下空间开发利用关键技术指南,北京:中国建筑工业出版社,2006
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