多主体光纤光栅智能健康监测系统自修复模型构建及其协作决策机制研究

For the fiber Bragg grating intelligent health monitoring system, if the transmission or sensing optical fiber breaking, the fiber Bragg grating sensor networks will produce local failure. In this case, the performance of the monitoring system as well as the safety and reliability of the monitored objects will be affected. Therefore, the health of the monitoring system itself needs to be monitored and repaired. The multi-agent theory will be adopted to realize the health monitoring and repairing for the fiber Bragg grating intelligent health monitoring system in this project. The main research contents are as following: ① Constructing the multi-agent system model for the fiber Bragg grating intelligent health monitoring system, dividing the agent type, defining the agent structure and function; ② Studying the specific implement method for the agent function of the multi-agent system model; ③ Studying the collaborative and decision-making mechanism between different agents, implementing the healthy identification and repairing of the monitoring system itself. This project aims to study the multi-agent theory related research results applying to fiber Bragg grating intelligent health monitoring system. The fiber Bragg grating intelligent health monitoring system has a self-repairing capability if the sensor network producing local failure, thus the reliability of the monitoring system is improved. The research results will promote the applications of the fiber Bragg grating intelligent health monitoring system in the fields such as bridges and tunnels, aerospace vehicle, dam, offshore oil platform, electrical power system etc.

光纤光栅智能健康监测系统中，如果传输或传感光纤断裂将会导致传感器网络局部失效，直接影响监测系统的性能及被监测对象的安全性和可靠性。因此，在对被监测对象进行监测的同时，还需要对监测系统本身的健康状况进行监测和修复。本项目拟研究采用多主体理论实现光纤光栅智能健康监测系统自身的健康状况进行监测与修复。具体研究内容包括：①构建适合光纤光栅智能健康监测系统的多主体系统模型，划分主体类型，定义各主体结构和功能；②针对系统模型中确定的各主体功能，探寻具体实现方法；③探寻各主体间协作、决策机制，实现监测系统自身健康状况的识别与修复。本项目旨在研究将多主体理论相关研究成果用于光纤光栅智能健康监测系统，使系统在传感器网络局部失效时具备一定的自修复能力，以提高系统的可靠性。研究成果对于促进光纤光栅智能健康监测系统在桥梁隧道、航空航天器、水坝、海上石油平台、电力系统等大型工程领域的应用具有重要意义。

光纤光栅智能健康监测系统在工程应用中存在传输或传感光纤断裂的风险，从而降低被监测对象的安全性和可靠性，因此，本项目研究了采用多主体协作决策技术实现光纤光栅智能健康监测系统的自修复，从而提高系统的安全性和可靠性。如何选择合适的协作主体进行协作是多主体协作决策技术核心问题之一。针对以上问题，本项目重点开展了以下研究：①构建了基于置信概率和德尔菲法协作决策机制的多主体光纤光栅智能健康监测自修复模型；②提出了基于最小圆覆盖算法和密度聚类算法（DBSCAN）的多主体协作伙伴选择策略；③研究了智能评估模型和协作决策模型动态修正的策略；④以飞机机翼盒段试验件为研究对象，对基于置信概率和德尔菲法协作决策机制的多主体光纤智能健康监测系统进行了试验验证。本项目的主要研究成果包括：①实现了智能评估主体模型和系统协作决策主体模型的动态修正，提高了多主体协作决策光纤光栅智能健康监测系统的自主学习能力；②通过置信概率对参与协作的光纤感知功能主体进行选择与决策，并对未参与协作的光纤感知功能主体评估结果进行动态修正功能，修正后的系统协作决策主体决策结果距离误差较直接摒弃主体决策结果距离误差提高75.4%；③基于最小覆盖圆法-德尔菲法的多主体光纤光栅智能健康监测自修复系统，对被摒弃的主体修复后决策结果的距离误差较未对协作主体进行选择决策结果的距离误差至少提高49.2%。④基于DBSCAN聚类算法-德尔菲法的多主体光纤光栅智能健康监测自修复系统，对被摒弃的主体修复后所得决策结果的距离误差较未对协作主体进行选择决策结果的距离误差至少提高39.7%。以上研究结果表明，采用多主体协作决策技术不仅能提升整个光纤光栅智能健康监测系统的自主学习能力，而且能提升整个光纤光栅智能健康监测系统的监测精度。本项目研究成果将有助于提高光纤光栅智能健康监测系统的安全性和可靠性，为实现航空航天器、桥梁结构、重型化机械的健康监测智能化提供理论和实践储备，具有重要的经济、社会价值。