信息物理社会融合系统:一种以数据为中心的框架

信息物理社会融合系统连接信息空间、物理空间和人类社会,成为一种新的人在回路的计算系统。以数据为中心刻画信息物理社会融合系统的新特征,包括数据时空交织性、跨空间数据融合及人机智能协作性。构建了一个统一的系统框架,由资源管理、协作感知、数据预处理、数据融合、隐私保护等部分组成,并就其在城市管理、公共安全、智能交通、商业智能等重要领域的应用和未来研究挑战进行探讨。

考虑信息物理融合系统的韧性电网风险研究现状及发展趋势可视化分析

为探究韧性电网信息物理融合系统风险研究现状及发展趋势,基于中国知网(CNKI)和Web of Science(WoS)数据库2011—2023年的文献数据,利用CiteSpace对该领域研究的研究热点、前沿及演化趋势进行可视化分析。研究结果表明:国内研究形成以“风险预警与控制”和“电力系统智能化建设”为主题的研究热点,国外研究形成以“信息物理融合”和“连锁故障演化”为主题的研究热点;“智能电网的信息物理耦合”和“信息网络攻击风险分析”是国内研究的前沿方向,“信息物理融合系统安全状态估计”和“风险防控模型”是国外研究的前沿方向;国内研究可分为安全性理论研究期、信息物理攻击风险研究期和故障防御恢复研究期3个时间阶段,国外研究可分为信息物理融合研究期和信息物理安全应用期2个时间阶段;后续研究应加强改进电力信息物理融合系统建模、完善电力信息物理融合系统规划、推进电力信息物理融合系统应用,推进数字化韧性电网稳定运行。研究结果可为韧性电网风险识别和风险预警研究提供一定参考。

融合信息物理社会因素的配电网可靠性评估方法

为分析重大社会活动中信息系统先进技术和社会系统应急保电措施对配电网可靠性的影响,文中提出融合信息物理社会因素的配电网可靠性评估方法。首先,为分析信息物理社会系统的相互作用,构建了配电网可靠性的信息物理社会交互框架。然后,通过构建设备发展型和破坏型故障状态转移模型,量化了信息系统中缺陷诊断、风险预警技术作用周期以及社会系统中检修人员技术水平与设备故障率的关系。通过构建设备故障恢复时间模型,量化了信息系统中故障定位技术精度以及社会系统中交通路况、应急物资充裕度与设备故障恢复时间的关系。最后,为了验证框架和模型的有效性,文中建立了一个包含信息物理社会系统基本信息的测试系统。结果验证了信息、社会系统对配电物理系统可靠性的提升作用。

基于Logistic回归的韧性城市电网信息物理融合系统风险源辨识

针对韧性城市电网信息物理融合系统风险源的系统性量化问题,提出基于Logistic回归的风险源辨识模型。通过分析韧性城市电网信息物理融合系统风险产生位置,从物理层、信息层、耦合层和外部环境4个方面选取潜在风险源。根据风险源和风险事件的映射关系,借助Logistic回归分析对风险源进行筛选,构建韧性城市电网信息物理融合系统风险源体系,得出对风险事件有显著影响的主要风险源。

传输时延环境下医疗信息物理融合系统设计

医疗信息在资源融合过程中具有时延性,为了提高信息的利用与共享效果,设计了传输时延环境下医疗信息物理融合系统。通过构建信息物理融合系统的基础架构,利用AADL建立具有一般性的含有时延特征的采集模块、处理模块和融合模块,提高医疗信息资源融合效率。构建动力学模型,归一化处理医疗信息数据,根据Modelica建模语言完善系统局部稳定性,获得准确的融合结果。实验结果表明所设计系统的资源融合效果较好,资源融合时间较短,物理融合准确率较高,医疗信息利用率较高,可以实现医疗信息的高效利用与共享。

电力市场环境下信息物理社会融合的电力系统优化调度

为实现更精准高效的电力系统优化调度,基于电力系统运行成本最小的目标,该文建立电力市场环境下信息物理社会融合的电力系统优化调度模型,从对象层、融合层和决策层分别描述电力系统运行过程中能量流、信息流和资金流的分阶段流向及其驱动力,对电力系统中各单元的主要运行状态及其转换过程实现全面观测和精准跟踪。通过调节电力系统内各电能生产单元与电能消费单元的动态出力,可实现电力系统运行状态轨迹的控制,从而优化电力系统运行状态的变化过程轨迹,实现全系统的优化调度。算例分析表明,该模型全方位提高了电力系统运行轨迹的可观性和可控性,通过即时采集感知—计算分析—决策控制实现了电力系统全运行域的灵活精准调控和经济优化调度。

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。

信息物理融合下的特高压换流站状态识别技术

由于特高压换流站系统数据来源广泛、采集密度高、量测装置多样、通信协议复杂,现有技术难以对换流站复杂状态及其隐含的故障特征进行准确辨识。因此本文提出了基于信息物理融合的特高压换流站特征识别技术,在对以图像为主的多源异构数据进行预处理与关联分析后,基于信息物理双侧状态运行及迁移特征关联矩阵,对换流站物理与通信双侧故障进行分析、训练与识别。基于实际换流站监控图像进行了实例分析和方法对比,结果表明该方法优于一些传统的故障诊断与特征识别算法,具有较好的诊断能力。

信息技术与高中物理教学如何进行深度融合

高中物理教学必须要在九年义务教育的基础之上,让学生站在自然科学的角度去认识周围的世界,理解自然界,在脑海中构建和自然界有关的科学物理图景,学习并掌握正确科学的思维方式和思维习惯,使学生自身的创新实践能力有所增强。还要加强对学生认知方向的引导,让同学们了解科学的本质以及科学研究方法,在情感价值观上要养成科学负责的责任态度以及正确的世界观,成为一个有社会责任感的公民。

医疗DRGs信息化物理融合系统设计

针对现有医疗DRGs信息化物理融合系统存在运行成功率低、时延长等问题,提出优化医疗DRGs信息化物理融合系统。更新感知传感器、通信网络模块、分组运算处理器、控制器等硬件设备,优化系统硬件;根据病患基本信息,构建系统数据库;通过数据采集和编码等,完成患者基本医疗DRGs信息化转换;根据疾病诊断相关分组结果,计算医疗疾病DRGs费用,结合物理环境与状态感知结果,实现系统功能。测试结果表明,该系统的病患分组准确率和支付/补偿完成成功率均有所提升,任务运行时延降低了2.4s。

基于卷积神经网络的电力信息物理融合系统入侵检测方法研究

现有的面向电力信息物理融合系统(CPPS)的入侵检测方法存在不够重视数据质量等问题,尤其是在处理离散化数据方面存在欠缺。为解决上述问题,提出了一种基于实体嵌入和卷积神经网络的CPPS入侵检测方法。该方法通过实体嵌入技术将数据集中的离散型特征映射为连续向量,从而生成高质量的新数据。将其与经过标准化的连续型特征合并起来作为新数据集训练卷积神经网络,以建立CPPS入侵检测模型。在KDD Cup 99数据集上的实验评估结果表明,所提方案的攻击检测准确率分别比独热编码和传统顺序编码提高了6.20%和6.04%,同时还减小了误报率和漏报率。

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。

基于信息物理社会系统的数字电网技术架构

随着电网数字化转型进程加速,以云计算、大数据、人工智能为代表的新一代信息技术快速崛起并与传统电网技术融合,共同促进数字电网成为建设新型电力系统的最佳载体。电力系统是当前已知最庞大的人造物理系统,数字技术与物理系统的有机融合形成了信息物理系统,并逐步融合社会传感器向信息物理社会系统过渡。本文基于信息物理社会系统的理论提出了数字电网技术体系,并对数字电网技术未来的发展方向做出了展望。

电力信息物理融合系统的建模分析与控制研究框架

传统的电力系统研究与信息系统研究在理论和方法上基本都是割裂的,故在现有的理论和方法框架下难以系统而深入地分析信息系统对电力系统分析与控制的影响。实现智能电网的关键之一就在于怎样将前沿的计算、通信、传感技术与电力系统紧密而有机地结合起来,而信息物理融合系统(CPS)的目标正是将物理系统和信息系统融合为新型工业系统。在此背景下,将CPS概念与电力系统特点相结合,提出电力CPS架构;利用微分代数方程组、有穷自动机、随机过程、排队论等数学工具,建立其稳态与动态模型,阐述相应的分析方法,并进一步提出电力CPS可靠性和安全性研究方向。最后,基于网络延时和丢失补偿提出了多种控制方法相结合的混合控制策略。

信息物理融合系统综合安全威胁与防御研究

信息物理融合系统(Cyber-physical system, CPS)是计算单元与物理对象在网络空间中高度集成交互形成的智能系统.信息系统与物理系统的融合在提升系统性能的同时,信息系统的信息安全威胁(Security)与物理系统的工程安全问题(Safety)相互影响,产生了新的综合安全问题,引入严重的安全隐患.本文介绍了CPS的概念与安全现状,给出了CPS综合安全的定义;在对现有安全事件进行分析的基础上,提出了CPS的综合安全威胁模型;从时间关联性和空间关联性的角度,对现有CPS攻击和防御方法进行了分类和总结,并探讨CPS综合安全的研究方向.

信息物理融合系统的特性、架构及研究挑战

近年来,信息物理融合系统(CPS)已成为国内外学术界和科技界研究的重要方向,被认为是继计算机、互联网之后世界信息技术的第三次浪潮。CPS是一个多维、异构、深度融合的开放式系统,涉及计算机、通信、控制等多个学科的知识,由于各个学科领域在研究理论和方法上存在明显不同,所以给CPS的应用研究带来了极大的挑战。基于此背景,从整体的角度对CPS进行综合阐述,首先介绍CPS的定义、主要特性以及国内外的应用研究现状,之后阐述CPS的典型组成架构、抽象框架以及CPS节点的主要构成,最后以电力、能源行业的CPS应用研究为主线,从系统理论基础、建模、仿真、设计开发以及其核心组成部分(计算、通信、控制)等多个方面论述了目前CPS研究过程中所面临的主要挑战和初步解决方案。

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.

电力系统信息物理融合建模与综合安全评估:驱动力与研究构想

智能电网与能源互联网都是典型的信息物理融合系统(cyber-physical system,CPS),信息环节的可靠性问题可能导致物理系统的运行风险。为了对其系统及信息故障进行分析评估,文中在分析了对电力系统进行信息物理融合建模与评估的必要性去驱动力后,提出了一种CPS融合建模构想。该方法将CPS系统抽象为一个有向拓扑图,模型将物理系统和信息系统中的状态量统一抽象为"数据节点",将信息处理、信息传输等环节抽象为"信息支路"。在此基础上,系统的信息-能量流可通过矩阵运算的方式快速简单地进行量化计算,与一般的迭代计算和仿真方法相比,该方法可有效提升计算速率。最后,对信息物理系统的综合安全评估技术体系进行了展望。

信息物理融合系统

信息物理融合系统(Cyber-physical system,CPS)是计算、通信和物理过程高度集成的系统,通过在物理设备中嵌入感知、通信和计算能力,实现对外部环境的分布式感知、可靠数据传输、智能信息处理,并通过反馈机制实现对物理过程的实时控制.分析了CPS的基本概念和特征,对CPS的体系架构、中间件系统、实时性、安全和隐私等关键技术的现有研究成果进行综述,并提出了相应的研究思路;然后介绍了一些现有的CPS原型系统和实例,体现出CPS的优越性;最后对CPS和传感器网络(Wireless sensor network,WSN)、物联网(The internet of things,IOT)、网络控制系统(Networked control systems,NCSs)进行了对比分析,总结了CPS现有研究中存在的问题,并展望了CPS的发展方向.

智能交通信息物理融合云控制系统

针对现代智能交通信息物理融合路网建设中的对象种类复杂、采集数据量大、传输及计算需求高以及实时调度控制能力弱等问题,基于云控制系统理论,以现代智能交通控制网络为研究对象,设计了智能交通信息物理融合云控制系统方案,包括智能交通边缘控制技术和智能交通网络虚拟化技术.基于智能交通流大数据,在云控制管理中心服务器上利用深度学习和超限学习机等智能学习方法对采集的交通流数据进行训练预测计算,能够预测城市道路的短时交通流和拥堵状况.进一步在云端利用智能优化调度算法得到实时的交通流调控策略,用于解决拥堵路段交通流分配难题,提高智能交通控制系统动态运行性能.仿真结果表明了本文方法的有效性.