基于统计模型检验的CPS稀有事件预测框架
发布时间：2022-07-03 15:19
随着信息物理系统（Cyber-Physical System）及其相关技术在实际社会生产生活中的广泛应用,CPS安全问题受到社会各界越来越密切的关注。大规模的CPS应用场景,导致了系统不确定性的激增,系统的不确定性预示着CPS的安全不仅仅与系统设计时的规范有关,更需要考虑到不确定发生的稀有事件（Rare Events）对CPS安全性的影响。CPS在安全攸关的领域的应用,如航空航天、武器装备、医疗设备等,一旦发生安全性问题,将严重威胁到人们的生命、财产安全。上述事实的存在,对不确定的稀有事件造成的CPS安全问题进行验证就显得尤为重要。本文实现了基于统计模型检验的CPS稀有事件状态序列采样技术,来获取CPS稀有事件训练样本集。在得到的样本集基础上,设计了基于隐马尔可夫模型的稀有事件预测方法,实现了对CPS稀有事件发生概率的预测。在基于统计模型检验的CPS稀有事件状态序列采样技术和基于隐马尔可夫模型的稀有事件预测方法的基础上,本文设计了一种基于统计模型检验的CPS稀有事件预测框架。该框架以CPS混成自动机模型和CPS属性规约为输入,通过模型转换实现在Simulink中的实时仿真。在CPS实时...
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 研究现状分析
1.2.1 CPS应用中的问题
1.2.2 相关研究的不足
1.3 论文主要内容
1.4 技术路线
1.5 论文组织结构
第二章 稀有事件的采样和验证的研究现状分析
2.1 CPS稀有事件的定义与问题描述
2.1.1 CPS稀有事件的定义
2.1.2 CPS稀有事件研究中问题
2.1.3 CPS稀有事件采样算法
2.2 稀有事件验证模型和方法
2.2.1 传统CPS验证方法
2.2.2 统计模型检验验证方法
2.3 统计模型检验的应用与基本算法
2.3.1 统计模型检验的应用
2.3.2 统计模型检验算法
2.4 本章小结
第三章 基于统计模型检验的CPS稀有事件预测框架概述
3.1 框架概述
3.1.1 框架工作划分
3.1.2 结构设计
3.2 框架中的数据收集与呈现
3.3 本章小结
第四章 基于统计模型检验的CPS稀有事件状态序列采样技术
4.1 引言
4.2 最优采样分布的构造
4.2.1 稀有事件状态序列采样中存在的问题
4.2.2 稀有事件状态序列采样算法
4.3 函数关系计算
4.3.1 基于统计模型检验方法的函数关系计算
4.3.2 基于有界线性时态逻辑的稀有事件状态序列判断
4.4 稀有事件状态序列采样
4.4.1 系统抽象模型的构造
4.4.2 仿真工具
4.4.3 仿真及采样
4.5 本章小结
第五章 基于隐马尔可夫模型的稀有事件预测方法
5.1 引言
5.2 隐马尔可夫模型的训练
5.3 基于AUC的隐马尔可夫模型评估
5.3.1 稀有事件概率预测
5.3.2 模型AUC值的计算
5.4 基于回归模型的CPS稀有事件预测
5.5 本章小结
第六章 实验与分析
6.1 实验目的及实验环境
6.2 实验案例介绍
6.2.1 实验案例背景
6.2.2 实验案例场景介绍
6.2.3 实验案例存在的问题
6.3 实验内容及分析
6.3.1 系统模型的搭建
6.3.2 实验一:框架功能的可行性验证
6.3.3 实验二:框架中相关技术评估
6.3.4 实验三:ETCS-3 的设计规约调整
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 主要工作总结
7.2 未来工作展望
致谢
参考文献
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种面向CPS的自适应统计模型检测方法[J]. 杜德慧,昝慧,姜凯强,程贝. 软件学报. 2017(05)
[2]德国“工业4.0”与“中国制造2025”[J]. 贺正楚,潘红玉. 长沙理工大学学报(社会科学版). 2015(03)
[3]面向安全攸关系统中小概率事件的统计模型检测[J]. 杜德慧,程贝,刘静. 软件学报. 2015(02)
[4]基于重要抽样技术的稀有事件仿真方法[J]. 周泓,邱月,吴学静. 系统仿真学报. 2007(18)
本文编号：3655125
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 研究现状分析
1.2.1 CPS应用中的问题
1.2.2 相关研究的不足
1.3 论文主要内容
1.4 技术路线
1.5 论文组织结构
第二章 稀有事件的采样和验证的研究现状分析
2.1 CPS稀有事件的定义与问题描述
2.1.1 CPS稀有事件的定义
2.1.2 CPS稀有事件研究中问题
2.1.3 CPS稀有事件采样算法
2.2 稀有事件验证模型和方法
2.2.1 传统CPS验证方法
2.2.2 统计模型检验验证方法
2.3 统计模型检验的应用与基本算法
2.3.1 统计模型检验的应用
2.3.2 统计模型检验算法
2.4 本章小结
第三章 基于统计模型检验的CPS稀有事件预测框架概述
3.1 框架概述
3.1.1 框架工作划分
3.1.2 结构设计
3.2 框架中的数据收集与呈现
3.3 本章小结
第四章 基于统计模型检验的CPS稀有事件状态序列采样技术
4.1 引言
4.2 最优采样分布的构造
4.2.1 稀有事件状态序列采样中存在的问题
4.2.2 稀有事件状态序列采样算法
4.3 函数关系计算
4.3.1 基于统计模型检验方法的函数关系计算
4.3.2 基于有界线性时态逻辑的稀有事件状态序列判断
4.4 稀有事件状态序列采样
4.4.1 系统抽象模型的构造
4.4.2 仿真工具
4.4.3 仿真及采样
4.5 本章小结
第五章 基于隐马尔可夫模型的稀有事件预测方法
5.1 引言
5.2 隐马尔可夫模型的训练
5.3 基于AUC的隐马尔可夫模型评估
5.3.1 稀有事件概率预测
5.3.2 模型AUC值的计算
5.4 基于回归模型的CPS稀有事件预测
5.5 本章小结
第六章 实验与分析
6.1 实验目的及实验环境
6.2 实验案例介绍
6.2.1 实验案例背景
6.2.2 实验案例场景介绍
6.2.3 实验案例存在的问题
6.3 实验内容及分析
6.3.1 系统模型的搭建
6.3.2 实验一:框架功能的可行性验证
6.3.3 实验二:框架中相关技术评估
6.3.4 实验三:ETCS-3 的设计规约调整
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 主要工作总结
7.2 未来工作展望
致谢
参考文献
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种面向CPS的自适应统计模型检测方法[J]. 杜德慧,昝慧,姜凯强,程贝. 软件学报. 2017(05)
[2]德国“工业4.0”与“中国制造2025”[J]. 贺正楚,潘红玉. 长沙理工大学学报(社会科学版). 2015(03)
[3]面向安全攸关系统中小概率事件的统计模型检测[J]. 杜德慧,程贝,刘静. 软件学报. 2015(02)
[4]基于重要抽样技术的稀有事件仿真方法[J]. 周泓,邱月,吴学静. 系统仿真学报. 2007(18)
本文编号：3655125
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/ruanjiangongchenglunwen/3655125.html
