基于人-信息-物理系统(HCPS)的新一代智能制造研究

本文从制造业面临的问题和挑战、新一代人工智能技术带来的重大机遇、新一轮工业革命的核心技术等方面论述了新一代智能制造的发展背景。通过分析智能制造的发展演进过程,指出传统制造向智能制造发展的过程是从原来的"人–物理"二元系统(HPS)向新的"人–信息–物理"三元系统(HCPS)发展的过程。HCPS揭示了智能制造发展的基本原理,是支撑新一代智能制造发展的理论基础。基于HCPS和智能制造的系统集成,从给制造业带来的革命性变化、给人类社会带来的革命性变化等方面描述了新一代智能制造的愿景。

基于信息间隙决策理论-分布鲁棒优化的含电-氢-热混合储能综合能源系统需求响应策略

混合储能系统具有储能容量大、调节能力强等优点,有助于提高综合能源系统(integrated energy system,IES)的需求响应能力。首先,构建了一种电-氢-热混合储能系统(electric-hydrogen-thermal hybrid energy storage system,EHT-HESS),其中采用电解槽(electrolytic cell,EC)、蒸气重整反应(steam methane reforming,SMR)装置、储氢、热电联产氢燃料电池(hydrogen fuel cell,HFC)设备,实现电、气向氢能的转换,以及以氢能作为中间模态的“制氢-储氢-放氢/电/热”功能。其次,建立考虑EHT-HESS的IES需求响应策略优化模型,其中考虑IES响应电价和气价,同时根据富余风电量,进行购电、购气、用电、用热、用氢等策略决策的综合需求响应(integrated demand response,IDR)行为;并采用信息间隙决策理论(information gap decision theory,IGDT)计入概率分布未知的风电严重不确定性,采用基于综合范数的分布鲁棒优化(distributionally robust optimization,DRO)方法计入概率分布不完备的电价严重不确定性。最后,算例验证了模型和方法的合理性及有效性,并表明IES装设热电联产HFC构建EHT-HESS可实现氢能向电能与热能的转换,有助于增加风电消纳量,增加IDR决策的鲁棒性。

信息-物理-社会视角下的电力-交通耦合网络建模与协同优化

近年来,电动汽车(EV)、快速充电设施的高速增长将电力系统和交通系统这两个复杂的基础设施网络紧密耦合。EV具备充电时间和充电位置的灵活性,对于新型电力系统正是理想的移动储能资源,可提供规模巨大的时间、空间灵活调节能力。然而,宏观的电力-交通耦合背后是海量EV用户在各类信息引导下做出的微观社会化决策,构成了复杂的信息-物理-社会系统。从这一视角对电力-交通耦合网络建模分析与协同优化的相关研究进行了梳理。首先,对两网耦合的基本场景和关键挑战进行了介绍;接着,以社会层与物理层为重点归纳了融合微观车主决策与宏观网络动态的EV群体出行-充电行为建模方法;然后,进一步纳入信息层,总结了多类定价主体与EV间的策略交互与协同优化;最后,对电力-交通耦合网络建模分析与协同优化相关方向的研究进行展望。

预检-挂号一体化信息系统在改进急诊科就诊流程及提升患者就诊体验中的作用分析

目的探讨分析预检-挂号一体化信息系统在改进急诊科就诊流程及提升患者就诊体验中的作用。方法选取2022年1月至12月浙江大学医学院附属儿童医院收治的100例急诊患者,为对照组,实施传统就诊模式,即预检与挂号分开进行;选取2023年1月至12月医院收治的100例急诊患者,为观察组,实施预检-挂号一体化就诊模式。对比两组患者分诊时间、分诊准确率、候诊时间、医务人员满意度及患者满意度。结果观察组分诊时间短于对照组,分诊准确率高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。观察组总候诊时间较对照组短,差异有统计学意义(P<0.05)。观察组医护人员各条目及总分满意度评分均高于对照组,且差异有统计学意义(P<0.05)。观察组患者各条目评分及满意度总分均高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论预检-挂号一体化信息系统可改进急诊科就诊流程,缩短分诊及候诊时间,提高分诊准确率,并可有效提升医务人员及患者的就诊满意度。

“血站-医院”信息管理系统在采供血质量管理中的应用效果

目的:观察“血站-医院”信息管理系统在采供血质量管理中的应用效果。方法:血站于2022年1月建立并实施“血站-医院”信息管理系统。选取2021年1—12月10名血站工作人员、100名献血者以及2022年1—12月10名血站工作人员、100名献血者作为研究对象进行回顾性分析,比较实施“血站-医院”信息管理系统前后血站采供血量,工作人员理论知识评分、操作技能评分,献血者献血满意度评分,采供血差错发生率,以及采供血血液合格率。结果:实施“血站-医院”信息管理系统后,血站采血总量增长11.26%,供血总量增长12.76%,单采血小板增长28.49%,红细胞增长9.62%,血浆增长12.41%,冷沉淀增长1.05%;实施“血站-医院”信息管理系统后,血站工作人员理论知识评分、操作技能评分均高于实施前,差异有统计学意义(P<0.05);实施“血站-医院”信息管理系统后,献血者献血满意度评分高于实施前,差异有统计学意义(P<0.05);实施“血站-医院”信息管理系统后,采供血差错发生率为2.00%,明显低于实施前的9.00%,差异有统计学意义(P<0.05);实施“血站-医院”信息管理系统后,采供血血液合格率为100.00%,明显高于实施前的95.00%,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:“血站-医院”信息管理系统用于采供血质量管理中可提高血站采供血量、工作人员理论知识评分、工作人员操作技能评分、献血者献血满意度评分和血液合格率,降低采供血差错发生率。

面向新能源消纳的信息-物理-社会标准化信息模型及其应用

标准化信息模型是信息系统间进行信息交互的必要途径。与传统的电力领域应用相比,新能源消纳应用需考虑民生供热、环保限产等社会类因素。首先,借鉴电力系统标准化的经验,设计了“消纳评估模型层-电力市场运营管理层”的两横两纵新能源消纳信息架构,阐述了信息-物理-社会标准化信息模型在新能源消纳应用构建过程中的重要作用。然后,提出了基于“现象-数据-数据提供者”的新能源消纳数据标准化建模方法,将消纳相依驱动事件分析纳入模型,实现社会类信息建模,构建面向新能源消纳评估的社会类信息标准化数据模型。同时,剖析并扩展IEC 62325市场运营包,形成新能源消纳业务信息模型,实现市场环境下促进新能源消纳的措施的标准化建模。集成面向新能源消纳评估的社会类信息标准化数据模型和新能源消纳业务信息模型,构建了面向新能源消纳的信息-物理-社会标准化信息模型。最后,在中国冀北地区集成了该标准化信息模型,提升了新能源消纳相关应用间数据交互的效率及安全性,简化了研发应用过程。

信息物理融合的电力系统日前-日内优化调度

原有的电力系统调度模型是物理模型与信息模型分立的。建立信息物理融合的电力系统调度模型,可以充分分析与挖掘可调资源的调节能力,扩大电力系统可调度空间,增强电网对可再生能源的消纳能力。为此以我国现有电力系统调度框架为基础,提出了一种信息物理融合的电力系统日前-日内调度框架,在此框架下对电力系统源-网-荷建模,形成信息物理融合的电力系统日前-日内调度模型。基于所建模型,以经济调度为目标,提出了电力系统日前-日内优化调度策略。算例分析验证了所提策略的有效性,结果表明电力系统的信息物理融合建设可以降低系统的运行成本。最后指出在电力系统的信息物理融合建设过程中应以目标为导向,建设多时间尺度的分层级信息物理融合电力系统。

考虑物理-信息-交通网耦合的配电网多时段动态供电恢复策略

信息通信技术的发展实现了配电网的可观可控,但当配电网受到严重灾害影响而导致大停电时,配电终端设备的有效性亦会对供电恢复产生影响。为此,提出一种考虑物理-信息-交通网耦合的配电网多时段动态供电恢复策略。首先,为保证负荷的可靠恢复,该策略深入探讨信息网与配电网的耦合关系对负荷恢复的影响;其次,为最大限度地恢复负荷,考虑移动储能系统(MESS)的功率支撑作用,动态优化MESS配置节点;接着,在MESS调度过程中计及交通道路和车流量的影响,选择Floyd算法获得最短路径,实现MESS与分布式能源的时空协同供电;最后,算例研究验证了所提策略的有效性和优越性。

基于SI-SB系统安全模型的多层级边缘智能管控模式

为探索信息化、智能化技术赋能下的创新型安全生产管控模式,从安全信息学的角度分析安全管控过程中的信息流动特点,提出安全生产多层级边缘智能管控模式;基于安全信息-安全行为(SI-SB)系统安全模型分析安全管控过程中安全决策偏差和滞后的机制,提出安全管控系统性能改进的思路;结合安全生产组织管理体系特点和数字化技术优势,阐述数字化技术在信息感知传递、安全信息解释和安全行为引导等3个方面的赋能依据,以及数字化感知、智能化决策和多层级管控等3个方面的赋能途径,并提出具备智能决策、敏捷响应、弹性扩展和人机协同特点的安全生产多层级边缘智能管控模式;在紧急事件、短周期管控、长周期管控3类场景中,对应用智能管控模式前后的安全事件响应进行时效性计算和对比。结果表明:所提出的多层级边缘智能管控模式能够显著提高安全管控效能。

电力信息物理系统跨域攻击协同防御架构及机制研究

我国电力基础设施已经发展成为具有高度信息化、自动化、智能化特征的信息物理融合系统.信息-物理交互在显著提升电力供给效率和性能的同时,也引入了新型网络安全威胁,通过发生于信息域并明确作用于物理域的跨域攻击,可造成电力基础设施系统性瘫痪,继而引发大面积停电事故,而当前孤立的信息侧或物理侧防御体系难以有效应对跨域攻击威胁.本文介绍了电力系统面临的信息物理跨域攻击威胁现状,分析了传统防御方法面对跨域攻击时存在的不足,提出了一种信息物理协同的跨域攻击防御架构,在针对跨域攻击传播的不同阶段,从感知、辨识、阻断三个角度设计了防御方法,通过算例验证了所提信息物理协同防御架构能够有效保障电力系统安全稳定运行.

信息-物理融合系统若干关键问题综述

信息-物理融合系统(Cyber-Physical System,CPS)集成了计算系统与物理系统,并通过嵌入式计算机与网络实现了两者之间的协作和融合,将对人们的生产和生活方式产生重要影响.CPS是一个全新的研究领域,利用现有基础理论和技术设计CPS时面临着众多问题.介绍了CPS的概念、特点和体系结构,分析了与嵌入式系统、网络的关联,从计算系统、网络系统和控制系统3个方面概括了CPS设计面临的主要挑战,并着重探讨了当前一些可用于CPS设计的理论和技术以及CPS研究的最新进展,指出CPS当前的发展应以解决系统抽象层次设计、系统建模、体系结构设计、数据传输和管理、子系统集成方面的问题作为其下一步发展主要的研究方向,并提出了一些可行的解决办法,可为相关研究提供参考.

一种信息-物理融合系统体系结构

信息-物理融合系统(cyber-physical system,CPS)是当今最前沿的交叉研究领域之一,它被普遍认为是计算机信息处理技术史上的下一次革命,将会改变人与现实物理世界之间的交互方式,具有广泛的应用前景.CPS是一种分布式且深度嵌入式的实时系统,实时性是CPS的一个极重要特征和性能要求.研究了CPS体系结构,提出了一种CPS系统模型,并且从实时任务调度和实时网络两个方面,提出了解决系统实时性保证问题的初步方案,为进一步的研究工作奠定了基础.

电力信息物理融合系统的网络-物理协同攻击

随着智能电网的发展及智能设备不断引入电力信息物理融合系统(CPPS)中,CPPS面临一种新的攻击方式--网络-物理协同攻击(CCPAS)。这种攻击方式既隐蔽又可引发连锁故障,易造成大规模停电事故。首先,阐述CPPS遭受CCPAS的基本形式,在直流潮流模型下构建考虑状态估计约束的CCPAS模型。然后,探讨CCPAS的机理,以攻击者的角度分析规避状态估计监测后最大范围的攻击,分析CCPAS情景下CPPS的脆弱线路。最后,以IEEE 14、118节点系统为例,通过仿真计算验证模型的有效性、适用性,对比分析考虑状态估计约束后物理攻击的限制。

信息-物理融合系统动态行为模型构建方法

信息-物理融合系统(Cyber-Physical System,CPS)特有的计算、通信、控制的联合动态性,计算与物理的多尺度融合性,系统环境及状态的时空交互性以及系统动态行为的非确定性,不但使面向CPS的模型驱动设计与验证方法在CPS系统设计中更为重要,而且也向其提出了新的技术挑战.论文在结合典型实例分析CPS系统特征及其模型构建具体挑战的基础上,研究并总结了CPS动态行为建模的主要方法:一体化建模方法从CPS系统层面描述计算过程与物理过程的交互与融合;时空交互建模方法关注CPS系统行为与时间及空间关系的语义表示;功能和实现兼容建模方法侧重刻画CPS系统的逻辑设计和物理实现的映射与支撑;而集成建模方法则重点解决多异构模型的交互方式与语义的一致表达.论文基于多异构实体的CPS系统建模框架,提出了一种CPS系统结构与动态行为的协同建模方法,并用CPS-ADL对其进行了实现和验证.

面向未来网络的信息-物理融合系统的探讨

随着信息通信技术的发展,信息-物理融合系统已成为相互依存、深度融合的超大规模二元复合网络系统。研究其信息网络框架、体系结构和大数据及碎片化知识的属性,对未来智能电网理论研究和实际工程应用具有重要意义。针对互联网、物联网、大数据知识等引领人类社会进入信息知识大爆炸时代的特征,重点探讨电力信息-物理融合系统所面临的机遇和挑战,未来将呈现新能源并网、电子信息装置比率提升、多能源和多网络融合的发展趋势,从发、输、变、调配用等环节提出了大数据和人工智能知识的应用展望,助力于未来智能电网信息化决策与部署。

基于时空π-演算的信息物理融合系统组件可替换性判定

信息物理融合系统(Cyber Physical System,CPS)组件的可替换性为CPS故障处理和系统升级提供了重要保障。采用面向服务的方法设计CPS体系结构,将CPS组件可替换性判定等价为CPS服务的可替换性判定。该文针对CPS的时空特性,在经典π-演算理论的基础上,引入时间和空间算子,提出时空π-演算理论,用于CPS服务的形式化建模。从服务可替换性和兼容性的关系入手,提出CPS服务可替换性判定定理。最后通过一个实际案例,展示了如何判定CPS组件的可替换性。

信息-物理-社会视角下的配电系统优化调度

针对考虑需求响应的配电系统的优化调度问题,从信息-物理-社会系统的角度分析了需求响应建模面临的挑战,即信息域的有限数据信息、社会域的有限理性和物理域的源荷互动特性,综合考虑有限的数据信息和用户的有限理性,建立了模型-数据混合驱动的需求响应(demand request,DR)建模方法,提出了基于Stackelberg博弈的配电网运营商(distribution network operators,DNO)与电力用户之间的优化调度方法。基于我国某省电网的实际负荷、电价数据进行仿真分析,结果表明,所提出的需求响应建模方法能够很好地刻画用户的实际响应行为,所提基于Stackelberg博弈的优化调度方法有利于降低DNO和用户成本,对促进可再生能源的利用具有积极作用。

启发-系统式线索对移动短视频用户健康信息采纳的影响研究——基于SEM和QCA的混合方法

[目的/意义]后疫情时代短视频成为公众获取健康信息的重要渠道之一,探究短视频平台用户健康信息采纳的前因变量及其复杂影响,系统优化移动短视频用户健康信息采纳体验,促进用户健康信息采纳行为的持续性。[方法/过程]以信息采纳理论和HSM模型为基础,构建健康类短视频信息采纳研究框架,采用结构方程模型方法分析用户健康信息采纳行为前因变量的作用路径,采用QCA方法探索影响前因条件对短视频用户健康信息采纳的组合效应。[结果/结论]SEM分析结果表明,内容质量、平台声誉、信源可信度显著影响信息有用性,进而影响短视频用户的采纳意愿,内容质量和信息有用性在表达质量对用户采纳意愿的影响中起到链式中介作用;fsQCA分析结果表明,短视频用户的健康信息采纳决策受系统式线索和启发式线索共同影响,呈现两种类型:系统式线索主导式和启发式线索主导式,表达质量在这两种类型中均存在;触发短视频用户的不采纳决策有3项条件构型,低内容质量和低感知信息有用性均为触发不采纳的核心条件。

考虑电-气耦合系统连锁故障的多阶段信息物理协同攻击策略

针对电-气耦合系统在恶意攻击下的风险分析,提出了一种计及电-气耦合系统连锁故障的信息物理多阶段协同攻击策略。为了诱导调度人员做出错误调度决策和降低电网的安全裕度,提出了一种以最大化线路过载程度为目标的改进负荷重分配(LR)攻击模型。综合考虑天然气系统与电力系统的调度时间尺度差异,构建一种新型的电-气耦合系统多阶段协同攻击策略:初始阶段通过攻击气网侧气源或管道以影响电-气耦合节点的天然气机组状态,然后针对电力系统交替采用改进LR攻击和物理攻击,最终导致大规模连锁停运。基于Q-Learning提出了最优策略求解算法,以比利时20节点天然气系统和IEEE30节点系统为算例,验证了所提信息物理协同攻击模型的正确性和有效性。

地球系统科学时代的海洋地质-地球物理调查展望

本文基于研究文献搜集和资料统计,总结出海洋地质-地球物理调查具有平台多样化、装备高精化、技术方法系列化、目标综合化的现状特点,并通过分析海洋地质-地球物理调查研究与地球系统科学之间的密切关联性,指出地球系统科学理念对海洋地质-地球物理调查研究范式、方向和内容、技术架构具有宏观全面的指导意义。未来的海洋地质-地球物理调查研究将在调查理念、装备技术、方法手段、合作研究、数据融合交换与共享5个方面有显著的改变和新一轮的转型升级。