信息物理融合系统

摘要： 信息物理融合系统(CPS)是一种综合感知、计算和管控等功能为一体的多维复杂计算机系统。文中首先介绍了CPS的概念及系统模型;然后针对煤矿安全生产缺乏信息共享和协同控制的情况,构建了具有煤矿生产监测及控制功能的煤矿信息物理融合系统模型,并阐述了该模型信息获取层、数据计算层和协同控制层共三层的体系结构。该模型的构建可以辅助矿井智能化生产和应急决策,有利于煤矿生产向智能化发展。

摘要： 针对带权正则化极限学习机(WRELM)性能受随机初始值、数据不平衡及离群点影响大的问题,提出基于局部距离的带权正则极限学习机(LDWRELM),提高对不平衡数据集与离群点的抗干扰能力,使用改进的头脑风暴优化算法(MBSO)对LDWRELM的初始权重阈值进行联合优化。MBSO在头脑风暴优化算法(BSO)的基础上对个体更新与变异策略进行改进,在典型函数上验证了该改进对全局寻优能力与收敛速度的提升。构建基于MBSO优化的LDWRELM信息物理融合系统(CPS)入侵检测模型,将仿真结果与其它算法进行比较,验证了MBSO-LDWRELM算法有效提高了准确率,降低了误报率与检测时间。

摘要： 信息物理融合系统是将物理世界与信息系统混合的混合系统,包括了设备感知、网络通信、计算与控制设备等多种组件,其系统操作既包括离散又包含连续的过程。针对上述CPS诸多复杂的特性,将以一种以数据驱动事件的扩展Petri网模型对CPS进行建模。首先,对事件的描述引入时间和空间属性;其次,引入条件变迁描述库所令牌的变化情况;最后对装有前撞预警系统的车辆进行Petri网的建模分析。

摘要： 信息物理融合系统CPS(cyber physical system)是在环境感知的基础上,集合物理与计算的系统,可以实现与环境的智能交互.CPS信息物理空间的不断变化,对CPS资源安全性造成一定的挑战.因此,如何研究这一类由时空变化而导致的CPS资源安全性问题成为关键.针对该问题,提出了面向CPS时空约束的资源建模及其安全性验证方法.首先,在TCSP(timed communicating sequential process)的基础上扩展资源向量,提出了时空资源通信顺序进程DSR-TCSP(duration-space resource TCSP),使其能够描述CPS拓扑环境下的资源;其次,从时空约束的资源安全性需求中获取时间安全需求,通过DSR-TCSP的时间属性验证算法对时间安全需求进行验证;再次,将满足时间安全需求的模型转换为偶图与偶图反应,并输入到偶图检验工具Big MC中,验证其物理拓扑安全需求,对没有通过验证的反例,修改DSR-TCSP模型,直至满足所提出的安全需求;最后,通过一个驾驶场景实例,验证该方法的有效性.

摘要： 本文提出了信息物理融合系统(CPS)中具有反应扩散效应的时滞恶意病毒传播模型,研究了恶意病毒传播的空间格局动态演化机制,为恶意病毒在信息物理融合系统中预测和控制提供了战略指导.给出了模型的基本再生产数,并分析了空间中无病毒平衡点和地方病毒平衡点的存在性.在无时滞条件下建立了扩散引发的图灵不稳定条件;在有时滞条件下得到了时滞依赖的稳定性条件和Hopf分岔判据.最后,通过数值仿真验证了理论分析的正确性.

摘要： 在信息物理融合系统(Cyber-physical system,CPS)中,传统多源异构数据集成模型难以通过中间件实现异构系统间的概念层关系映射,存在系统难以扩展和传输性能低等问题。基于上述问题和挑战,提出了一个面向CPS的异构数据交互模型。设计数据对象模型实现物理系统和仿真系统高层概念映射;定义监测类和控制类元数据,针对不同的数据类型使用增量或全量字段更新以降低网络负载;基于Protobuf协议设计系统的通信模型,提高系统的扩展能力。基于该数据交互模型和高层体系结构(High level architecture,HLA)/数据分发服务(Data distribution service,DDS)系统中间件实现了一个CPS原型系统,验证了模型的可用性并对比了报文的压缩性能。

摘要： 本文考虑到恶意病毒在信息物理融合系统中的传播具有时延性,基于非线性动力学理论建立了一类更具一般性的含有时滞的恶意病毒传播模型.通过选取时滞作为分岔参数,并讨论相关的特征方程,研究了时滞对系统局部稳定性和Hopf分岔的影响.研究发现,系统的动力学行为依赖于分岔的临界值.此外,给出了保证系统稳定性和产生Hopf分岔的条件.最后,通过数值仿真验证了理论分析的正确性.

摘要： 数字与传统基建深度融合,工业互联网成为新基建的重要战场,新基建产生新业态、新发展,也必将衍生出不同于传统环境的风险,因此工业互联网在发展"新基建"的同时必须警惕新风险的降临,预防与控制工业互联网风险愈发重要.工业互联网以信息物理融合系统(Cyber physical systems,简称CPS)为关键技术,论文梳理以CPS为核心的工业互联网安全风险特征,提出"新基建"建设背景下工业互联网应持续加强CPS标准体系建设,推进政府与社会多方主体协同共治,建设数据要素预警库,加强风险监测、数据治理与应急管理.

摘要： 针对骨折治疗中传统复位方法(手法复位、牵引复位、手术复位)存在的二次损伤、肌能失调、患肢僵硬、破坏血运及术后矫正动态性能差等问题,提出了一种人-机-物融合的信息物理系统(CPHS)用于指导机器人的复位动作.首先,从CPHS的数字孪生、信息感知、系统集成、手术流程、模拟复位等方面论证了并联机器人信息物理系统的构成,将机器人的高定位精度及可重复性与微创方法有效结合,从而指导医生完成仿真规划及术中监控等一系列操作;其次,根据临床骨折复位过程,在机器人操作下对5组不同骨折姿态的模拟骨折病例进行了复位实验;最后,计算出每组实验复位后的移位残余及角度误差,并与传统复位方法的相应数据进行对比.实验结果表明,CPHS骨折复位机器人相较于传统复位方法,在骨折复位过程和患者术后康复上均有着明显的优势.

摘要： 信息物理融合系统(CPS)是一个智能化决策和控制系统,在大数据时代背景下能提供实时感知、信息服务及动态控制功能,这意味着它必须是安全的、可靠的、实时的、高效的.由此实时性显得尤为重要,它是保证CPS安全、可靠、高效的基础.对CPS的实时性可以从实时数据服务、实时控制、数据更新事务和控制事务的协同调度角度等进行研究.该文主要从实时数据服务对其展开研究,通过比较周期性和非周期性数据更新事务的实时调度算法的可调度性和CPU利用率,对算法进行改进.仿真结果表明改进的DESH-SC和DESH-SA能明显减少调用开销,DF-LALF的调度成功率较高,而调度开销较小.

摘要： 为了能够精确测量工业化建筑碳排放,了解工业化建造各阶段、各环节的碳排放量,需建立一套能够实时掌握工业化建筑建造碳排放的监测信息物理融合系统(CPS).首先,对工业化建筑的碳排放监测信息物理融合系统的重要性及必要性进行分析;其次,搭建工业化建筑碳排放监测CPS系统整体框架,并分析了系统的层次以及各层次间的关联;最后,从系统关键基础技术的应用以及运算逻辑方面对工业化建筑的碳排放监测CPS系统进行详细的介绍.

摘要： 针对恶意软件在信息物理融合系统中的传播机理难以描述的问题,利用非线性动力学理论建立了一种SIQR模型,基于稳定性理论和Hopf分岔定理对该模型的复杂动力学行为进行分析,求出了模型的平衡点与基本再生数,并计算出分岔参数的阈值.数值仿真表明所提出的模型能较好地反映恶意软件在CPS中的传播过程.

摘要： 针对恶意软件在信息物理融合系统中的传播机理难以描述的问题,建立一种具有潜伏期的恶意软件传播模型,求出该模型的平衡点与基本再生数,对其稳定性进行分析,利用Hopf分岔定理研究该模型存在的分岔等复杂动力学行为,并得出分岔参数的阈值.数值仿真表明所提出的模型能较好地反映恶意软件在CPS中的传播过程.

摘要： 信息物理融合系统(Cyber-Physical System,CPS)是当前国内外研究的热点,是实施智能化制造的核心技术.阐述了CPS的定义、原理和特点,并就CPS在航空制造业的应用前景和发展路线进行了分析.开展CPS相关技术的研究，是航空制造业实施智能化制造的关键。需要从传感器网络构建、信息采集融合、CPS软件等基础技术入手，在突破基础技术的同时，结合航空制造业需求，建立针对性示范项目和工程，尽快提高技术成熟度，提高航空产品整体智能化制造水平。

摘要： 为全面分析海洋侦察监视系统效能,本文结合信息物理融合系统(CPS)体系结构思想,将海洋侦察监视系统依据功能层次划分为感知层、网络层、服务层和控制层,并详细分析各层功能特征,提取关键服务质量QoS指标,衡量海洋侦察监视系统各功能层次性能,从而实现多层次全面衡量其系统效能.最后,进行了实例分析,并采用雷达图直观、清晰地展示各层QoS性能,分析结果表明,本方法能够有效衡量系统效能,为海洋侦察监视系统的构建、优化、决策等提供重要信息.

摘要： 传统的海岛微电网能源形式单一,考虑柔性负荷参与能量调节较少,网架结构简单.设计海岛综合能源微电网功能架构,研究能源路由器、虚拟同步发电机、源荷互动、信息物理融合系统在微电网中的实现方式,并应用到车牛山岛微电网示范工程.

摘要： CPS(信息物理融合系统)是一个融合计算、网络以及物理环境的分布式系统,该系统对环境变化进行实时的感知,因此实时性是CPS的关键属性.然而,CPS任务调度算法的优劣将极大影响系统实时性能,所以CPS实时调度算法成为提高整个系统性能的关键因素.目前,大多数CPS调度算法采用比较传统的实时调度算法,由于对物理环境因素考虑不足,导致资源利用率低,系统实时性能受到严重影响.针对上述问题,面向可移动节点进行实时感知服务的CPS,本文提出了有效最短时间优先(ELSF)算法.实验结果表明,与传统的先进先出(FIFO)和最小空闲时间优先(LSF)算法相比,本文提出的算法能够提高任务截止期满足率,从而使CPS的实时性能得到有效的提升.

摘要： 由于体系结构复杂,涉及学科种类和技术门类繁多,信息物理融合系统研究面临着基础分歧、协同分析与设计、系统验证等诸多方面的挑战,其中CPS时间语义是CPS建模仿真的基础问题之一.本文通过分析CPS系统建模与仿真分析需求，引入了时钟机制对多领域统一建模仿真语言Modelica进行了扩展，通过不同的时钟定义异步的时钟系统，并通过时钟推演方法来确定时钟作用的边界，对时钟系统以及时间系统进行了统一表达。后续研究中，基于统一表达CPS时间定义，可通过修正Modelica的数据流同步原则，利用规划分解的方法来实现时钟系统与时间系统之间的同步约束，进而完整实现基于Modelica的CPS系统统一建模与仿真技术，为继续研究CPS系统提供建模仿真技术途径。

摘要： 信息-物理融合系统(Cyber-Physical System,CPS)是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统.CPS的意义在于将物理设备连接到互联网上，让物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等五大功能。由于CPS天然的异构、分布式特点,利用面向服务的架构(SOA)的原则指导CPS的建设已经成为一种典型的技术路线.然而,目前大多数方法过度抽象了CPS中时空相关要素,忽视CPS所特有的连续物理行为.缺乏连续物理行为的显式表示,所形成的系统便无法正确地处理物理过程和计算间的紧密交互,丧失对诸如安全性和性能等CPS外显特征的精准调控.为了解决这个问题,借助前期工作所提出的带有动态行为接口的CPS服务化方法,就CPS的计算单元中连续系统与离散控制间的交互问题,以搭载了Digilent ZedBoard的ZRobot系列智能小车的自主协同驾驶和智能控制CPS服务为例,详细验证了带有动态行为接口的CPS服务框架的可行性,精确实现了该CPS应用系统的效率和安全性的平衡.

摘要： 信息-物理融合系统(Cyber-Physical System,CPS)是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统.CPS的意义在于将物理设备连接到互联网上，让物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等五大功能。由于CPS天然的异构、分布式特点,利用面向服务的架构(SOA)的原则指导CPS的建设已经成为一种典型的技术路线.然而,目前大多数方法过度抽象了CPS中时空相关要素,忽视CPS所特有的连续物理行为.缺乏连续物理行为的显式表示,所形成的系统便无法正确地处理物理过程和计算间的紧密交互,丧失对诸如安全性和性能等CPS外显特征的精准调控.为了解决这个问题,借助前期工作所提出的带有动态行为接口的CPS服务化方法,就CPS的计算单元中连续系统与离散控制间的交互问题,以搭载了Digilent ZedBoard的ZRobot系列智能小车的自主协同驾驶和智能控制CPS服务为例,详细验证了带有动态行为接口的CPS服务框架的可行性,精确实现了该CPS应用系统的效率和安全性的平衡.

摘要： 一种基于信息物理融合的火星车GNC系统物理模型构建方法，根据火星车GNC系统通信协议及设计参数，建立各部分单机的物理模型，经过接口调试后通过测试数据对物理模型进行参数调试，实现物理模型参数调整，通过调整后的物理模型计算火星车下一时刻的运行状态，解决了传统的火星车GNC系统模型仅能模拟单机产品输入、输出量，忽略其他物理量影响导致的无法对火星车进行运行状态全面分析的问题。

摘要： 本发明公开了基于信息物理融合的电力网和信息网融合模型，该模型分为2个结构：单元级融合模型、系统级融合模型。该模型分架构为4个层次：物理设备层、信息物理系统层、信息平台层、互动业务层，其中，物理设备层是基础，信息物理系统层是支撑，信息平台层是核心。本发明实现了物理空间与信息空间中人、机、物、环境、信息等要素相互映射、适时交互、高效协同，解决了新型电力市场环境下，电力系统发电、输电、售电、用电等服务过程中物理系统和信息系统不同实时交互的问题，提高了电力系统资源配置效率，实现了电力资源的优化。

摘要： 本发明提供了一种信息‑物理‑价值三流融合的信息物理能源路由方法，包括以下具体步骤：S1：结合当前能源互联网基础架构、市场条件计算所述能源互联信息物理路径；S2：基于所述能源互联信息物理路径，形成各能源节点、线路、网络的供需能力，从而形成最优路由区域划分；S3：根据所述最优路由区域划分结果，选取各区域最佳信息物理能源路由协议构成，包括基础层、协议层、实现层和应用层四个层级具体模块的选择；S4：根据各区域所述信息物理能源路由协议选择结果，综合形成该能源互联网所述信息‑物理‑价值三流融合的信息物理能源路由方法。

摘要： 本申请涉及一种多源信息物理孪生数据融合管理方法与管理系统，通过获取数字工厂的信息物理孪生数据和网络数据，构成多源信息物理孪生数据集合；将所述多源信息物理孪生数据集合进行预处理，获取并发送多源信息物理预处理数据；对所述多源信息物理预处理数据进行实时数据融合补充，将业务更新的信息物理孪生数据和网络信息物理孪生数据融合补入所述多源信息物理预处理数据，获得多源信息物理融合数据；导出所述多源信息物理融合数据，并将其输入矢量化模型，实现多源信息物理孪生数据融合可视化管理。通过融合管理不同时域的信息物理孪生数据和网络信息物理孪生数据，使得各业务部门数据完整和安全，有效实现企业管理信息物理孪生数据的共享。

摘要： 本发明提出一种基于信息物理融合系统的AGV车辆系统及交通控制方法，AGV车辆系统包括AGV车辆、路口控制器、总控制器和车间定位系统；相应交通控制方法采用了基于安全距离的跟车方法，紧急任务的超车方法和碰撞预测和处理方法。本发明将处理器加入车辆的设计，提高了车辆的计算能力，车辆能够根据感知的信息自主决策运行状态，并通过通讯器模块实现车辆实时信息共享，提高了信息收集和利用效率。并且通过交通控制方法可以提高车辆的运输效率，缩短运输时间；车辆之间通过预先调整速度来避免碰撞，不用停车，调高安全性同时节省时间和能量。

摘要： 本发明公开了一种基于信息物理融合系统CPS的慢性病康复远程通信支持系统，属于通信技术领域。所述系统包括医生客户端、管理员客户端、病患客户端以及管理控制器；所述系统是将CPS技术应用于医生和慢性病病人间的互动过程，能够帮助双方建立密切医患关系，根据病人的病历记录和当前状况给出指导建议；病人能够通过本系统记录并存储体征指标、日常出入量、化验单图片等信息，并能跟医生实时通话，交互的病情进展语音信息可转换为病历和医嘱。本发明解决了现有治疗流程中信息不准确、医患关系不密切、挂号就诊不方便、病人医疗成本高等问题，能够有效检查和降低交互信息的错误率、漏检率，协助医生和病患优化治疗和康复效果。

摘要： 本发明提供信息物理融合系统的信息保护方法，包括步骤：各基础层级系统将自身物理感知的数据进行标准化处理,并收集同级系统的数据,将同级系统的数据打包处理后放入区块中；当新的基础层级系统进入区块链时,发送私钥加密的带有自身标识信息的数字证书和公钥至集成层级系统；集成层级系统区块链通过公钥对数字证书进行解密,对基础层级系统的身份信息进行认证，集成层级系统将新的基础层级系统区块链加入集成层级系统；将不同系统层级的区块数据进行打包处理,通过打包处理的数据构建系统整合层级的区块链。本发明还涉及电子设备、存储介质、信息物理融合系统的信息保护架构。本发明实现对信息物理融合系统的布局优化并提高系统的整体健壮性。

摘要： 本发明公开了一种脱硫系统运行优化方法以及信息物理融合系统，方法构建基于多种神经网络集成学习的脱硫效率预测模型，准确得出脱硫效率与运行参数之间的量化关系；然后以脱硫系统的边际利润作为寻优目标函数，以可调参数作为寻优自变量，通过遗传函数非线性极值寻优方法得到可调参数的最优值和预测结果的最优值；最后通过得到的最优值对脱硫系统的各个设备进行相应调整，本方法在考虑脱硫系统多参数耦合性和时变性情况下，实现了脱硫系统的实时动态运行优化。系统通过控制决策层、大数据平台层和物理层形成闭环控制与执行操作，解决了在考虑脱硫系统多参数耦合性和时变性情况下，难以通过系统化进行实时动态运行优化和精准闭环控制执行的问题。

摘要： 本发明提出一种基于信息物理融合系统的AGV车辆系统及交通控制方法，AGV车辆系统包括AGV车辆、路口控制器、总控制器和车间定位系统；相应交通控制方法采用了基于安全距离的跟车方法，紧急任务的超车方法和碰撞预测和处理方法。本发明将处理器加入车辆的设计，提高了车辆的计算能力，车辆能够根据感知的信息自主决策运行状态，并通过通讯器模块实现车辆实时信息共享，提高了信息收集和利用效率。并且通过交通控制方法可以提高车辆的运输效率，缩短运输时间；车辆之间通过预先调整速度来避免碰撞，不用停车，调高安全性同时节省时间和能量。

摘要： 本发明公开了一种基于信息物理融合系统CPS的慢性病康复远程通信支持系统，属于通信技术领域。所述系统包括医生客户端、管理员客户端、病患客户端以及管理控制器；所述系统是将CPS技术应用于医生和慢性病病人间的互动过程，能够帮助双方建立密切医患关系，根据病人的病历记录和当前状况给出指导建议；病人能够通过本系统记录并存储体征指标、日常出入量、化验单图片等信息，并能跟医生实时通话，交互的病情进展语音信息可转换为病历和医嘱。本发明解决了现有治疗流程中信息不准确、医患关系不密切、挂号就诊不方便、病人医疗成本高等问题，能够有效检查和降低交互信息的错误率、漏检率，协助医生和病患优化治疗和康复效果。