理论教育 CPS国内外研究现状

CPS国内外研究现状

时间:2023-11-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:在欧洲,CPS研究还处在理论创新的尝试阶段。许多学者对于CPS的构架与建模新方法展开了讨论和研究。国内学者也已经进行了一些相当有意义的CPS前沿技术研究,并取得了一些研究基础。此外,清华大学、华东师范大学、天津大学、同济大学等多所研究机构也开展了CPS技术的相关研究。

CPS国内外研究现状

自2005年提出至今,CPS的发展得到了许多国家政府的大力支持和资助,已成为学术界、科技界争相研究的重要方向,获得了国内外计算机、通信、控制,以及生物、交通军事、基础设施建设等多个领域研究单位与学者的关注和重视,具有很高的科研意义。同时,它也成为各行业优先发展的产业领域,具有广阔的应用前景和商业价值

在美国,近年举办了多次CPS相关的国际性会议和研讨活动,就CPS的基础理论、CPS的应用、CPS的性能以及CPS的安全性等问题展开了较为深入的讨论,引发了人们对CPS的研究。同时,CPS连续多年均被美国国家自然科学基金会(NationalScience Foundation,NSF)列为科研热点和重点,进一步促进了CPS及其相关技术的开发和应用。

基于对近年来获得NSF资助的CPS相关科研项目的分析,其研究热点集中在嵌入式与自动化开发、网络化与信息安全和信息基础设施建设三大方面,主要涉及节能、廉价、灵活、通用的CPS智能自治嵌入式设备以及相关软硬件组件及环境的设计开发;安全可靠的CPS有线与无线异构网络通信协议、网络服务和通信环境的构建与优化;复杂工业工程系统和智能电网等大规模基础设施的网络化精准协同控制,以及对相关资源的高效管理和智能调度决策等问题。目前已取得了较好的初步成果。

麻省理工学院设计了基于移动机器人的分布式智能机器人花园,研究了面向动态环境感知、多节点协调通信和任务自主获取与执行的CPS自治建模和控制,为进一步提高CPS的节点间的自主交互与高效实时通信构建了基础。宾夕法尼亚工程学院研究的汽车导航软件GrooveNet,在系统的协调性、稳定性和可信度上做了很多创新,能够同时支持对真实车辆与虚拟车辆的运行监控,为车辆CPS的构建和自治导航的协调优化提供了一个良好的建模与仿真测试平台。卡内基梅隆大学的MarijaIlic课题组将支持向量机预测模型和马尔科夫状态控制等方法运用于智能电网CPS的建模优化,实现了风力发电中能量的优化协调和配置,相关方法有望适用于未来分布式新能源CPS的调度管理。印第安纳大学在城市下水道网络的管理和监控上引入了CPS的思想和技术,正在开发完善的CSONet监控系统旨在实现人类需求和气候环境动态变化下的城市管道排放水网络的自治调度管理。此外,CPS相关技术也正被广泛应用于新型智能生物医疗设备的设计与开发;在抗灾预警、金融调控、军事演练、社会行为分析、物流和供应链优化等领域需求层面上,也均有一定应用。

在欧洲,CPS研究还处在理论创新的尝试阶段。许多学者对于CPS的构架与建模新方法展开了讨论和研究。Rammig提出了将生物系统理论和智能计算方法与CPS技术相结合的思想,实现了系统计算性能的优化。此外,欧盟在智能电子系统以及多元件的复杂系统集成上做了很多工作,于2008年启动了ARTEMIS(Advancedresearch and technologyfor embedded intelligence and systems)等项目,将CPS作为智能系统的一个重要发展方向,并创办了CPS专刊“International Journal of Cyber-Physical Systems”。(www.daowen.com)

在日韩等国,CPS从2008年左右开始备受关注。韩国科技院等高等教育机构和科研院尝试开展了CPS的课程,从自动化研究与发展的角度,关注计算设备、通信网络与嵌入式对象的集成跨平台研究。在日本,以东京大学和东京科技大学为首,对CPS技术在智能医疗器件以及机器人开发等方面的应用投入了极大的科研力量。

中国于2008年在北京召开的IEEE嵌入式研讨会上,将信息物理融合系统的研究列为今后技术发展的一大重点。2009年举办的一系列网络控制技术和网络信息技术论坛以及计算机大会中,也高度关注了CPS技术在工业等领域的发展状况。2010年,国家863计划信息技术领域办公室和专家组在上海举办了“信息—物理融合系统(CPS)发展战略论坛”,对这项技术给予了高度关注。

国内学者也已经进行了一些相当有意义的CPS前沿技术研究,并取得了一些研究基础。计算机领域的学者结合物联网和云计算等技术,针对CPS的普适化网络环境开展了一些探索性研究,武汉大学信息资源研究中心提出了结合云计算和下一代互联网的理念,进行CPS语义中间件的设计,研究CPS网络互联和自主交互等技术。浙江大学夏锋等则从系统自动化控制的角度出发,提出了“面向复杂信息物理融合系统的实用型高可信无线通信协议”,基于节点间反馈控制技术开展了医疗应用中传感器任务调度和控制的研究。此外,清华大学、华东师范大学、天津大学、同济大学等多所研究机构也开展了CPS技术的相关研究。香港台湾各大学也于近年举办了多次有关CPS的研讨会,并成立了名为UCCPS(User-Centric Cyber-Physical Systems workshop)的CPS亚洲论坛。

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