【摘要】：信息物理融合系統(tǒng)(Cyber-Physical Systems,CPS)集成了先進(jìn)的信息技術(shù)、自動控制等技術(shù),構(gòu)建了一個物理世界與信息世界中各個對象和要素相互連接,相互影響的復(fù)雜系統(tǒng),并實現(xiàn)了資源的優(yōu)化配置和運行時操作的最優(yōu)選擇。從應(yīng)用的角度看,CPS涉及了智能交通、航空航天、智慧農(nóng)業(yè)、電力、醫(yī)療等諸多領(lǐng)域。但CPS系統(tǒng)異構(gòu)性、實時性等特征決定了對CPS中的時空大數(shù)據(jù)進(jìn)行建模需要考慮諸多因素,面臨眾多挑戰(zhàn)。本文首先對信息物理融合系統(tǒng)的定義與體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡介,從整體結(jié)構(gòu)上分析了CPS的運行方式和運行流程,接著介紹了大數(shù)據(jù)的概念、結(jié)構(gòu)以及工作流程,并結(jié)合CPS的特點提出了時空大數(shù)據(jù)的定義和特點,又描述了CPS的時空屬性的特征。重點分析了信息物理融合系統(tǒng)在智能交通、感應(yīng)與監(jiān)控設(shè)備、智能電網(wǎng)等能源的開發(fā)利用、智能醫(yī)療、工業(yè)自動化和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展趨勢。其次,基于對時間和空間表示方法的分析,結(jié)合各種時態(tài)和空間表示模型,對當(dāng)前流行的序列快照模型、時空復(fù)合模型、離散格網(wǎng)單元列表模型和基于事件的時空數(shù)據(jù)模型進(jìn)行了比較與分析,總結(jié)了它們的優(yōu)劣勢以及適用領(lǐng)域,為下面建立新的時空大數(shù)據(jù)模型提供思路。然后,本文提出一種結(jié)合了時態(tài)邏輯LTL和空間邏輯BRCC-8的新型時空大數(shù)據(jù)模型。在此模型中,利用LTL的時間流來表示物理對象的時態(tài)演變,結(jié)合BRCC-8來描述空間位置的變化來形成新的時空大數(shù)據(jù)模型,用來表示隨著時間的推移物理對象之間的空間信息及其變化,并利用時空分析方法進(jìn)行模型的可行性分析;還基于基本Petri網(wǎng)提出新的時空Petri網(wǎng)的公式表示與形式化描述。最后,在地鐵CPS中分析了列車防撞預(yù)警系統(tǒng)的工作原理與基本結(jié)構(gòu),通過引入列車安全距離的數(shù)學(xué)公式,構(gòu)建起列車安全距離預(yù)警級別。然后對系統(tǒng)中的列車進(jìn)行模型分析,使用時空Petri網(wǎng)對地鐵CPS中的列車防撞預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行建模,定義Petri網(wǎng)中各個庫所、變遷、令牌的具體含義。又利用提出的新型時空大數(shù)據(jù)模型對其進(jìn)行時態(tài)和空間上的分析,重點是列車在運行時的時間和空間位置信息的變化。
【圖文】：

圖 2-1 CPS 的運行方式Figure 2-1 Working Schematic of CPS的邏輯結(jié)構(gòu)信息世界和物理世界是兩個交互的世界: 物理世界中的對象象間互相聯(lián)系；“信息”世界中則是眾多智能設(shè)備組成。CPS示，信息世界與物理世界通過對 3C 技術(shù)（Computation、Comm用實現(xiàn)信息、數(shù)據(jù)、指令的傳輸以及信息世界與物理世界的為中心，實現(xiàn)了對物理世界的感知與控制。

圖 2-1 CPS 的運行方式Figure 2-1 Working Schematic of CPSS 的邏輯結(jié)構(gòu)中的信息世界和物理世界是兩個交互的世界: 物理世界中的對象是對象間互相聯(lián)系；“信息”世界中則是眾多智能設(shè)備組成。CPS 的 所示，信息世界與物理世界通過對 3C 技術(shù)（Computation、Communi利用實現(xiàn)信息、數(shù)據(jù)、指令的傳輸以及信息世界與物理世界的交互息為中心，實現(xiàn)了對物理世界的感知與控制。
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP311.13;TP202

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