Optimal Observation for Cyber-physical Systems pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Dordrecht Heidelberg London New York

作者:Zhen Song, YangQuan Chen, Chellury Ram Sastry, Nazif Cihan Tas

出品人:

页数:171

译者:

出版时间:2009

价格:USD 179.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9781848826557

丛书系列:

图书标签:

climb
CPS
Cyber-physical systems
Optimal control
Observation
State estimation
Security
Resilience
Distributed systems
Networked control systems
Smart grids
Robotics

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具体描述

Cyber-physical systems (CPSs) are emerging as an integrative research field aimed towards a new generation of engineered systems. From a dynamic systems and control point of view, CPS can be defined in the following way: “computational thinking and integration of computation around the physical dynamic systems form CPSs where sensing, decision, actuation, computation, networking, and physical processes are mixed.” CPS applications can be found in medical devices and systems, patient monitoring devices, automotive and air traffic control, advanced automotive systems, process control, environmental monitoring, avionics, instrumentation, oil refineries, water usage control, cooperative robotics, manufacturing control, smart greener buildings, etc.

CPSs are mostly distributed parameter systems (DPSs) and dynamic evolutions happen not only along the time axis but also along spatial axes. Within the spatial domain of interest, due to the infinite-dimensional nature, it is natural and fundamental to consider the optimal observation or optimal measurement problems in CPSs.

好的，这是一份关于一本名为《Optimal Observation for Cyber-Physical Systems》的书籍的简介，内容详尽，聚焦于该领域的核心挑战、方法论和实际应用，而不涉及您提到的具体书籍内容： --- 图书简介：《最优观测与信息融合在复杂智能系统中的应用》引言：理解与掌控信息流动的艺术在当今高度互联和自动化的世界中，物理世界与信息世界的深度融合已成为核心特征。无论是智能电网、自动驾驶汽车、精密制造系统还是现代医疗设备，这些“赛博物理系统”（CPS）的稳定、安全和高效运行，在根本上依赖于对系统状态的准确感知、估计与理解。然而，现实世界的观测是固有不完善的——传感器存在噪声、延迟、成本限制，且系统本身往往表现出高度的非线性和复杂性。本书深入探讨了在面对这些不确定性和资源约束时，如何设计和实施“最优观测”策略，以最大化我们对系统状态的认识，并在此基础上做出最优决策。我们关注的不仅仅是数据的收集，更是信息获取过程的优化本身，旨在实现对复杂动态系统的精确、鲁棒且高效的实时估计。第一部分：基础理论与建模范式本部分为后续高级主题奠定坚实的理论基础。我们首先梳理了描述赛博物理系统动态的数学工具，重点关注状态空间模型、随机过程理论在不确定性建模中的应用，以及对系统不确定性（包括过程噪声和测量噪声）的精确量化方法。核心主题包括：随机过程与滤波理论回顾：从基础的维纳过程到马尔可夫过程，建立对系统演化随机性的数学框架。深入剖析卡尔曼滤波（KF）及其扩展（EKF、UKF）在线性与非线性系统中的适用性与局限性。系统辨识与参数估计：在系统结构未知或参数随时间变化时，如何通过观测数据精确辨识系统模型。讨论高斯-牛顿法、最大似然估计等在系统辨识中的应用，并关注在线和批处理估计的效率差异。观测器设计的基础原理：阐述确定性观测器（如Luenberger观测器）与随机观测器（如卡尔曼滤波器）的设计哲学。重点讨论可观测性分析，确保系统状态能够被传感器数据完全恢复。第二部分：最优观测策略的设计与优化本部分是本书的核心，聚焦于如何将“最优”的概念引入到观测过程本身，超越传统仅关注估计精度的框架。最优观测强调在给定的资源约束下（如传感器数量、通信带宽、计算能力）实现信息获取效率的最大化。信息论指导下的观测设计：引入克拉美-劳下界（Cramér-Rao Lower Bound, CRLB）作为估计精度的理论极限。讨论互信息（Mutual Information）和费雪信息矩阵（Fisher Information Matrix）在指导传感器部署和数据采集策略中的作用。资源受限环境下的选择性采样：针对传感器成本高昂或采集速率受限的场景，提出主动学习和数据驱动的观测策略。这包括根据当前估计误差的敏感度来动态调整传感器的激活状态、采样频率和信息量化方案。鲁棒观测与抗干扰估计：鉴于网络攻击和恶意干扰对CPS安全构成的威胁，本章着重探讨鲁棒观测器的设计。引入$H_{infty}$滤波和分散式滤波技术，确保在存在有界或结构化不确定性时，系统状态估计的性能仍能保持在可接受范围内。第三部分：分布式、多传感器与网络化观测现代CPS往往由大量异构、分散的子系统构成，需要多个传感器和计算节点协同工作。本部分探讨在分布式架构下实现一致、高效观测的挑战与解决方案。多传感器信息融合（MSIF）：详细分析中央式（集中式）融合与分布式（分散式）融合的优缺点。重点研究基于贝叶斯网络的融合框架、卡尔曼滤波器的分布式变体（如Sigma Point Kalman Filter的分布式实现），以及处理传感器异构性的方法。网络化控制与通信约束下的观测：关注数据在网络中传输时带来的延迟、丢包和带宽限制。讨论基于预测的（Predictive-based）观测器，即如何利用系统的动态模型提前预测未来状态，以补偿通信带来的延迟影响，维持闭环系统的稳定性。隐私保护与联邦学习在观测中的应用：在数据敏感的应用场景中，如何在不完全暴露原始测量数据的前提下，实现系统状态的协同估计。探讨差分隐私（Differential Privacy）在估计过程中的嵌入方法。第四部分：最优观测的实际应用与案例研究本部分将理论成果应用于具体的赛博物理工程实践中，展示最优观测方法在提高系统性能、可靠性和适应性方面的巨大潜力。智能电网状态估计：分析在电力系统大规模分布式能源接入背景下，如何利用有限的PMU（相量测量单元）数据进行鲁棒、实时、最优的状态估计，确保电网的潮流平衡与安全。自动驾驶中的环境感知与状态跟踪：探讨激光雷达、雷达和视觉传感器数据的异构融合问题。应用最优观测理论设计高精度的融合滤波器，以应对复杂交通场景中的动态目标跟踪和定位挑战。工业物联网（IIoT）中的预测性维护：基于传感器观测数据，构建设备退化模型。通过最优观测确定最佳的健康状态估计路径，从而在设备发生潜在故障前，以最低成本的观测策略发出预警。结论与展望本书不仅提供了构建最优观测器的工具箱，更培养读者对信息获取、系统建模与决策制定之间深刻联系的洞察力。未来的挑战在于处理高维、高不确定性的深度学习模型与传统优化观测理论的有效结合，以及实现完全自适应、自我配置的最优观测框架。 ---

作者简介

The authors of this book come from both academia and industry and bring expertise from both sides. Dr. Zhen Song, Dr. Chellury Ram Sastry and Nazif Cihan Tas work in Automation and Control Department, Siemens Corporate Research. Dr. YangQuan Chen comes from Department of Electrical and Computer Engineering, Utah State University

目录信息

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

刚拿到这本书，一股浓厚的学术氛围就扑面而来，书页的纸质厚实，印刷清晰，给人一种可以反复翻阅、深入钻研的感觉。书名“Optimal Observation for Cyber-physical Systems”直接点明了核心主题，让我联想到在复杂且动态变化的赛博物理环境中，如何才能做出最“聪明”的观测。我设想书中会从信息论、控制论、统计学等多个学科的交叉点出发，构建一个严谨的理论框架。可能会详细阐述不同类型的观测模型，比如基于滤波器的观测、基于模型预测的观测，甚至是更前沿的基于学习的观测方法。对于“最优”的定义，我猜测书中会提供多种衡量标准，例如最小化估计误差、最大化信息增益、保障系统稳定性等，并且会探讨在不同约束条件下如何权衡这些标准。此外，解决实际问题时，计算复杂度往往是一个绕不开的难题，所以我期待书中会涉及一些高效的算法实现和优化技巧，能够适用于大规模、实时性要求高的CPS应用。如果能看到一些对各种观测方法在不同CPS场景下的优劣进行对比分析，并给出选择建议，那对我来说将是极大的帮助，能够帮助我避免走弯路，更快地找到适合特定场景的解决方案。

评分☆☆☆☆☆

读到这本书的名字“Optimal Observation for Cyber-physical Systems”，我的第一反应是它可能是一本非常“硬核”的书。这个领域的挑战在于CPS固有的复杂性：物理世界的非线性、不确定性，与数字世界的离散、通信延迟等交织在一起，形成了一个极具挑战性的研究对象。而“最优观测”则意味着要在这个复杂的环境中，以最有效的方式获取关于系统状态的信息。我猜想书中会深入探讨如何设计能够适应这些复杂性的观测器。这可能涉及到高阶非线性系统的状态估计，对传感器故障的鲁棒性分析，以及在网络带宽受限情况下的分布式观测问题。我也期待书中能够介绍一些先进的观测技术，比如自适应观测、模糊观测，或者基于模型降维的观测方法，这些都可能是处理高维CPS状态空间的有效手段。另外，“最优”不仅仅是技术层面的追求，也可能包含成本、安全、隐私等方面的考量。如果书中能触及这些更宏观的问题，并提供相应的理论或实践指导，那将大大提升这本书的价值，使其不仅仅是一本技术手册，更能成为指导系统设计和优化的战略性读物。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名，"Optimal Observation for Cyber-physical Systems"，立即吸引了我。我一直认为，在信息物理系统（CPS）的领域，数据的准确获取和理解是整个系统的基石。而“最优观测”听起来就像是挖掘数据价值的金钥匙。我猜想这本书会深入探讨如何在海量、多源、异构的数据流中，精确且高效地提取出对理解和控制CPS至关重要的信息。这其中可能涉及大量的数学建模、算法设计以及信号处理的知识，比如如何处理噪声、缺失数据，如何进行状态估计，甚至可能触及一些机器学习和人工智能在观测方面的应用。我特别期待书中能够提供一些实际的应用案例，比如在智能交通、工业自动化、智慧能源等领域的具体实践，这样能让我更直观地理解抽象的理论是如何落地并产生价值的。如果书中能详细介绍一些典型的观测模型和算法，并对其性能进行量化分析，那将是极大的惊喜。毕竟，理论的生命力在于实践，能够指导实际工程问题的解决才是最有价值的。我希望这本书能成为我进入CPS观测领域的一块敲门砖，或者为我现有的知识体系提供一个更深层次的视角。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计非常有吸引力，整体色调沉稳又不失现代感，书名“Optimal Observation for Cyber-physical Systems”字体的选择也很讲究，透露出一种严谨和专业的气息。我一直对信息物理系统（CPS）这个领域充满好奇，尤其是“最优观测”这个概念，听起来就蕴含着解决复杂问题的关键。我猜想这本书会深入探讨如何在海量、多源、异构的数据流中，精确且高效地提取出对理解和控制CPS至关重要的信息。这其中可能涉及大量的数学建模、算法设计以及信号处理的知识，比如如何处理噪声、缺失数据，如何进行状态估计，甚至可能触及一些机器学习和人工智能在观测方面的应用。我特别期待书中能够提供一些实际的应用案例，比如在智能交通、工业自动化、智慧能源等领域的具体实践，这样能让我更直观地理解抽象的理论是如何落地并产生价值的。如果书中能详细介绍一些典型的观测模型和算法，并对其性能进行量化分析，那将是极大的惊喜。毕竟，理论的生命力在于实践，能够指导实际工程问题的解决才是最有价值的。我希望这本书能成为我进入CPS观测领域的一块敲门砖，或者为我现有的知识体系提供一个更深层次的视角。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名“Optimal Observation for Cyber-physical Systems”本身就充满了解决实际问题的潜力。信息物理系统（CPS）是当今技术发展的前沿，从智能电网到自动驾驶，再到工业4.0，其核心都在于物理世界与信息世界的深度融合。而观测，作为理解和控制物理世界信息入口，其“最优”性直接关系到整个系统的性能和可靠性。我预想这本书会详细介绍在CPS的复杂交互环境中，如何设计出能够捕捉关键动态、抑制噪声干扰、甚至预测系统未来行为的观测算法。可能会涉及大量的数学工具，例如卡尔曼滤波及其变种，粒子滤波，以及如何针对CPS的特性（如传感器融合、通信延迟、网络攻击等）来改进这些观测方法。此外，我非常好奇书中会如何处理“最优”这个词的含义。它可能指的是在给定资源限制下的最优估计，也可能是为了实现最优控制而进行的观测，或者是在面对不确定性和模型误差时的最优鲁棒性。如果书中能提供一些实际案例，展示如何将这些最优观测理论应用于具体的CPS应用中，并讨论其带来的实际效益，那将是非常宝贵的。

评分☆☆☆☆☆