[01555922]不确定性信息物理融合系统的可靠计算及智能控制关键技术研究

1、成果来源与背景 成果来源：青海省科技厅青海省自然科学基金项目,项目编号：2014-ZJ-908。 CPS是一种非常典型的复杂系统,该复杂系统的建模、可靠计算、实时智能控制是CPS基础理论和和方法研究中的关键技术,能为智慧生态环境信息监控系统设计提供理论与技术支撑。生态信息监测信息物理融合系统需要实现支持异构网络互联和支持异构系统集成,是一种非常典型的复杂系统,系统中感知基础设施数量庞大、形式多样、不断运动变化,分布地点迥异且易受外界环境影响,这就导致通过各种感知设备获取的数据具有海量、异构、高维、冗余、时间序列相关和空间位置分散等特点。同时,海量、异构、多源、动态的生态环境数据的可靠计算也为不确定性计算模型与理论提出了新的技术挑战。 2、研究目的与意义 本成果旨在建立可靠计算与实时智能决策和控制的不确定性信息物理融合系统理论和方法,解决生态环境监测系统中的实时查询、可靠信息共享与智能控制等方面的需求问题。在不确定性信息物理融合系统的不确定性信息管理、可靠融合计算、不确定信息表示与推理和实时决策与控制等理论与技术方面取得突破,提高CPS理论在智能生态环境信息监控中的长效作用,并对研究出的成果进行实验验证。该成果的研究在海拔高、地势险恶、需要可靠监测生态对象并进行实时服务和智能决策的三江源生态监测领域中具有重要的现实意义,同时具有重要的社会经济效益。 3、原理及性能指标 本课题主要研究不确定性信息物理融合系统管理模型的构建与形式化表示方法,数据相关性的表示和计算的框架、不确定性信息表达和关联推理方法及其优化策略、多层次的时序相关的动态融合方法和低时空复杂度的实时数据挖掘等可靠计算的方法。主要的性能指标包含： （1）信息物理融合系统模型的不确定性信息表达和关联推理方法及其优化策略。 （2）不确定性信息物理融合系统建模和模型检测技术研究。 （3）不确定性信息物理融合系统模型的动态、时序相关的海量数据和模式融合方法。 （4）基于CPS研究无线传感网络的路由传输协议。 （5）研究复杂障碍空间基于移动对象运动规律的不确定轨迹预测。 （6）不确定性数据世系的贝叶斯网模型与查询原型系统。 4、创造性与先进性 （1）基于时序自动机、可能性混成自动机和可能性时空混成自动机的信息物理融合系统模型的不确定性表示和建模和模型检测技术是目前研究中的最新成果。 （2）提出的多种用于信息物理融合系统模型的不确定性信息表达和关联推理方法及其优化策略和复杂障碍空间基于移动对象运动规律的不确定轨迹的关联推理方法及其优化策略。这些成果是目前研究中的最新成果。 （3）不确定性数据世系的贝叶斯网模型与查询原型系统用于不确定性信息物理融合系统计算和控制流程监测是本项目的一个创新点。 课题完成的项目成果在研究技术上达到了国际上同等成果先进和国内同等成果领先水平。 4、成熟程度,适用范围 本课题成果有效地考虑现有生态监控信息系统的不确定性特征和计算环境的制约问题, 结合不确定性计算模型与信息物理系统理论,深入研究了处理海量、多维、动态信息的不确定性计算模型与理论,和信息物理融合系统的可靠计算及智能控制关键技术,实现在不同平台和不同空间范围中监测系统实时响应的能力、在广域时空范围下对监测系统的实时控制,解决系统中组件的自主交互和资源的协调调度,提高系统实时性及可预测性。其研究成果可以有效的应用在不确定信息物理融合系统的三江源生态监测预警系统中,为实现智慧技术、智慧管理、智慧监控、智慧服务等为重要内容的环境监测发展的新模式奠定坚实的理论基础和提供重要的技术保障。 5、取得的成果及存在问题 通过本成果在不确定性计算模型与理论和信息物理融合系统的可靠计算及智能控制关键技术方面取得了一些成果：发表学术论文13 篇（权威期刊2篇,EI、SCI检索5篇,核心期刊8 篇）;申请国家发明专利3项,其中1项已授权;专著1部。 研究工作中的不足和该领域尚需深入探索的一些问题主要表现在以下方面。 （1） 结合模型检测技术如何利用软集理论的数据挖掘技术对加权自动机模式的信息物理融合系统进行有效分析,以便更有层次地表示和管理信息物理融合系统、智能控制和预测等。 （2）在《信息物理系统白皮书（2017）》中对CPS的理论体系和应用架构等有了明确的定义,这将更有利于本项目的应用和拓展,结合生态环境监测物联网系统拓展构建不确定信息物理融合系统的三江源生态监测预警系统架构,为实现智慧技术、智慧管理、智慧监控、智慧服务等为重要内容的环境监测发展的新模式深入后续的拓展研究。 研究成果进一步推广应用,研究监测生态对象并进行实时服务和智能决策的三江源生态监测和智能矿山等领域中,研究处理海量、多维、动态信息的不确定性计算模型与理论是我们进一步的工作目标。