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   科技导报
2020年 38卷 21期
刊出日期:2020-11-13

卷首语
封面图片说明
专题:体系工程
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封面图片说明

封面图片说明:2020世界青年科学家峰会 汇聚天下英才 共创美好未来 Hot!

科技导报. 2020, 38 (21): 0-0.
全文: HTMLnew PDF  (3840 KB)  ( 49 )
摘要 ( 357 )
青年科学家是科技创新的生力军,也是推动同际学术交流的先锋力量。2020年10月18-19日在浙江温州召开的2020世界青年科学家峰会,为全球各国青年科学家搭建创新合作的平台,吸引他们主动融入全球创新与人才网络体系,推动科技创新深度合作和人才广泛交流,以更加系统、协同、务实的举措,为关乎人类福祉的公共事务提供解决方案,共同应对人类面对的风险和挑战。
卷首语

数学建模:沟通数学与应用的桥梁

李大潜
科技导报. 2020, 38 (21): 1-1.
全文: HTMLnew PDF  (599 KB)  ( 117 )
摘要 ( 249 )
近年来,数学科学的重要性得到越来越多的重视,数学建模以及数学模型这些词语也以很高的频率出现在各种场合,引起了人们广泛关注。
专题:体系工程

体系工程“钻石”模型与数智孪生

曹江, 陈彬, 高岚岚, 平洋, 樊志强
科技导报. 2020, 38 (21): 6-20. ;  doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2020.21.001
全文: HTMLnew PDF  (3049 KB)  ( 479 )
摘要 ( 851 )
基于复杂事物演化发展的视角,阐述了体系的产生背景与概念定义,分析了体系概念里主体、关系与环境的内涵,并对系统与体系进行了比较。阐述了对体系工程的认识与概念定义,提出体系工程“钻石模型”方法与基于信息活动的体系结构框架,介绍了其基本内涵、实施过程与治理机制。基于现代科技发展趋势,提出了数智孪生概念框架,阐述了数智孪生的内涵意义,探讨了数字智能时代体系工程的发展方向。

MBSE:系统工程的发展方向

张鹏翼, 黄百乔, 鞠鸿彬
科技导报. 2020, 38 (21): 21-26. ;  doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2020.21.002
全文: HTMLnew PDF  (1052 KB)  ( 328 )
摘要 ( 301 )
阐述了传统西方系统工程思想与钱学森系统工程思想的核心内容,引出基于模型的系统工程发展的外部条件与内在因素,包括模型驱动开发方法的推广与逐渐成熟、传统系统工程方法缺少对经验的积累和复用等。对比传统的系统工程方法,分析了基于模型的系统工程(MBSE)在系统形式化描述方面的优势及发展期望,提出应用MBSE指导信息物理系统的构建将是系统工程发展的新思路。

智能复杂体系研究

吕淳朴, 王焕钢, 张涛, 蒋文兰
科技导报. 2020, 38 (21): 27-37. ;  doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2020.21.003
全文: HTMLnew PDF  (822 KB)  ( 349 )
摘要 ( 273 )
介绍了体系研究的历程与现状,提出当下该领域的研究重点是复杂度及智能性更高的智能复杂体系。阐述了智能复杂体系的概念、特征、建模、涌现和应用。提出今后的研究方向主要集中在智能复杂体系的建模、智能涌现与牵引控制等。

面向装备规划计划的体系贡献率评估方法

李小波, 梁浩哲, 王涛, 王彦锋, 王维平, 林木
科技导报. 2020, 38 (21): 38-46. ;  doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2020.21.004
全文: HTMLnew PDF  (1516 KB)  ( 221 )
摘要 ( 563 )
当前的体系贡献率研究主要集中在装备立项论证阶段,亟需加强规划计划阶段自顶向下的体系贡献率研究。从体系贡献率主导的装备全寿命周期管理思想出发,提出了包括“作战概念牵引、能力需求主导、价值定位核算、使命手段匹配、能力贡献评估”的五步评估方法,根据装备项目对体系能力差距的满足程度评估项目体系贡献率,并构建体系贡献率配比模型。将体系贡献率评估前推到规划计划阶段,能够加强装备全寿命周期管理的顶层设计和整体指导,克服当前分散式、碎片式体系贡献率研究的不足。

基于TOPSIS-灰色关联分析法的部队政治工作能力评估

李俊杰, 陈健, 李聪, 张春辉, 黄河
科技导报. 2020, 38 (21): 47-53. ;  doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2020.21.005
全文: HTMLnew PDF  (807 KB)  ( 53 )
摘要 ( 144 )
针对当前部队政治工作能力评价手段缺失、指标体系不全、适用范围有限等问题,依据部队政治工作的特点规律,建立了部队政治工作能力评估指标体系,并通过熵权法确定指标权重,采用TOPSIS-灰色关联分析法构建了评估模型,通过应用实例分析了该评估模型进行定量评估的效果。

海洋安全指数测算方法

曲丽虹, 程骏超, 张驰, 何元安
科技导报. 2020, 38 (21): 54-59. ;  doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2020.21.006
全文: HTMLnew PDF  (519 KB)  ( 44 )
摘要 ( 151 )
提出了海洋安全指数的概念,并选取了海洋主权安全、海洋科技安全、海洋生态安全、海洋经济安全等4个方面的12个代表性指标,构建了海洋安全指标体系;初步设计了海洋安全指数测算方法,并测算了2013—2015年中国海洋安全指数;分析了影响海洋安全指数变化的因素。

区块链技术在跨部门海洋数据共享中的应用

程骏超, 张驰, 何元安
科技导报. 2020, 38 (21): 60-68. ;  doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2020.21.007
全文: HTMLnew PDF  (1629 KB)  ( 167 )
摘要 ( 180 )
基于中心化系统的传统数据共享方式面临着数据易被篡改和违规拷贝利用的安全性风险,而且维护成本高昂。为了实现海洋数据安全可靠的跨部门共享,介绍了国内外海洋数据共享领域的发展现状,分析了中国存在海洋“数据孤岛”问题,提出了利用区块链技术解决该问题的基本思路,阐述了利用区块链的关键技术,并以支援船观测数据共享为应用背景,设计了区块链跨部门海洋数据共享平台架构与数据共享平台模型,并阐述了基于超级账本(hyperledger)联盟链技术的海洋数据共享平台实现方式和平台运行流程。

基于区块链技术的海洋数据资源共享应用设计

张驰, 王瑞, 程骏超, 何元安, 甄君
科技导报. 2020, 38 (21): 69-74. ;  doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2020.21.008
全文: HTMLnew PDF  (1330 KB)  ( 101 )
摘要 ( 159 )
分析了中国“海洋数据孤岛”问题的本质原因,提出了一种基于区块链技术的海洋数据资源共享应用模式,改良了区块节点的共识机制和海洋数据在区块链上的存储方式,构建,海洋数据资源共享平台,以达到推动海洋数据的开放共享与增值流通的目的。

船舶系统研制知识工程信息化平台建设

陈作, 赵心, 戴钰杰
科技导报. 2020, 38 (21): 75-82. ;  doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2020.21.009
全文: HTMLnew PDF  (2393 KB)  ( 38 )
摘要 ( 154 )
船舶系统研制是一项典型的知识密集型的复杂工作,结合知识工程的具体实践,分析了知识工程体系的理论模型、建设内容和原则,探讨了知识工程信息化平台的构建,并展望了未来知识工程信息化的建设。应用本方法开展知识工程体系建设,可实现企业知识的有效获取和管理,促进知识与研发流程的关联应用,使得知识真正成为支撑企业发展的智力资产。

基于事件驱动的船载智能信息平台架构设计

邱伯华, 张羽, 魏慕恒
科技导报. 2020, 38 (21): 83-90. ;  doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2020.21.010
全文: HTMLnew PDF  (3353 KB)  ( 74 )
摘要 ( 140 )
现有船载信息平台受限于设备接口限制、数据标准等问题,民用船舶信息平台的发展缓慢,难以处理复杂数据和多任务。智能船研制过程中,传统的船载信息平台在架构上的不足使其难以支撑船舶在复杂工作场景下的分析任务。提出了一种基于事件驱动的船载信息平台架构设计方案,根据“感知-认知-决策-控制”的闭环,针对智能功能完成了事件流程建模,提高了随机、不确定事件的处理效率,降低了系统耦合度,使信息平台能够提升任务处理能力并降低硬件资源需求。

一种基于聚类分析的船舶航行工况划分方法

谭笑, 关文渊, 李晗, 李永杰, 薛晨
科技导报. 2020, 38 (21): 91-95. ;  doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2020.21.011
全文: HTMLnew PDF  (1016 KB)  ( 69 )
摘要 ( 197 )
结合船舶航行工况与主机燃油消耗特性的关系,考虑吃水和相对风速影响因素,采用K-means聚类分析方法,实现油耗影响因素的不同航行工况的划分。以某超大型油轮为例,基于船舶航行装载与外部环境天气状态数据,实现了航行工况分类分析以及各工况下影响因素参数区间的确定,为船舶主机燃油消耗分工况匹配模型构建提供了更加精细化的分析基础。

海上合成编队指挥信息体系特征行为分析

阳东升, 张国
科技导报. 2020, 38 (21): 96-102. ;  doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2020.21.012
全文: HTMLnew PDF  (3096 KB)  ( 58 )
摘要 ( 119 )
探讨了海上合成编队指挥信息体系5个方面的特征行为,包括组成单元的“独立性”、组成结构模式演化的“不确定性”、指挥与信息流程的可变性、组成部分与整体间的“涌现性”以及部署区域上的分布性。海上合成编队指挥信息体系是典型的体系范例,在其设计、部署、运行与管理上,都需要从“系统观”转向“体系观”。

水面舰艇末端防御与近程武器系统发展

张志杰, 吴锶
科技导报. 2020, 38 (21): 103-109. ;  doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2020.21.013
全文: HTMLnew PDF  (1482 KB)  ( 76 )
摘要 ( 188 )
从水面舰艇末端防御体系层面角度探讨了舰船所面临的主要威胁与防御策略,分析了近程武器系统在末端防御体系中的作用、发展趋势及应用前景。

基于遗传算法的舰船装载方案优化

徐清华, 宋剑
科技导报. 2020, 38 (21): 110-117. ;  doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2020.21.014
全文: HTMLnew PDF  (2748 KB)  ( 63 )
摘要 ( 147 )
两栖舰船装载是实施两栖作战的基本保障,装载方案的优劣直接影响两栖兵力投送效率,甚至影响两栖作战的进程和成败。为解决两栖舰船装载方案优化问题,通过构建两栖舰船装载空间描述模型和装载对象描述模型,运用图论理论引入装载点概念,制定最优装载点选择规则和装载方案优化目标及约束条件,运用遗传算法理论解算装载方案的优化模型,可以实现装载方案的优化,解决部队两栖舰船科学装载的问题。

一种体系化分布式水下防御能力验证系统设计与仿真

张德洋, 赵科莉, 邓烈威, 崔德宇, 李顺民
科技导报. 2020, 38 (21): 118-127. ;  doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2020.21.015
全文: HTMLnew PDF  (3104 KB)  ( 103 )
摘要 ( 124 )
设计了一种基于真实-虚拟-构造(LVC)资源集成的体系化分布式水下防御能力验证系统;建立了系统的基本架构,设计了系统主要功能,根据功能需求设计了核心功能模型。同时,建立了基于各类影响因素的行动能力评估模型,能够辅助进行关键要素对行动能力影响的分析与研究。通过仿真试验,验证了系统的评估能力。

美国海军分布式杀伤的实施方法

王宥臻
科技导报. 2020, 38 (21): 128-133. ;  doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2020.21.016
全文: HTMLnew PDF  (844 KB)  ( 245 )
摘要 ( 177 )
分布式杀伤旨在通过提升海洋战场的复杂度,削弱对手的分析和判断能力,强化海军对制海权的掌控,是美国等国家的海军当前对未来作战模式的重要尝试。分析了美国海军分布式杀伤的具体实现方法,并研究了应对举措:提升平台的综合能力、采用小型编队实施分散作战、下放舰艇的指挥权以及增强电子战能力等。

海上无人波浪滑翔机的应用与发展

郑皆倞, 孙文秋实, 李超
科技导报. 2020, 38 (21): 134-143. ;  doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2020.21.017
全文: HTMLnew PDF  (4834 KB)  ( 239 )
摘要 ( 159 )
波浪滑翔机是一种小型无人海上作业平台,根据科考观测、海上作业、数据中继等不同任务搭载不同载荷,在高海况的远洋海域执行连续的作业任务。论述了波浪滑翔机的基本原理、结构对比、应用领域。提出可以以波浪滑翔机为中间桥梁,利用其长期远洋存在的特性,结合卫星通信技术,打造天海一体的海洋立体观测数据服务平台,形成自我运营的海上监测装备和数据服务能力的应用构想。

自动着舰纵向飞行控制系统操纵性能优化

董然, 张鲲鹏, 王啸枫, 王立鹏, 李佳桐
科技导报. 2020, 38 (21): 144-149. ;  doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2020.21.018
全文: HTMLnew PDF  (1362 KB)  ( 48 )
摘要 ( 148 )
自动着舰引导系统能辅助高性能舰载机实现全自动安全、平稳着舰,其飞行控制系统须具备良好操纵性能。基于系统稳定性理论、F/A-18A舰载机测试数据和控制系统时域响应优化方法,提出了一种参数设计方法,“自内向外”逐环优化了自动着舰纵向飞行控制系统参数。仿真验证表明,该系统经参数整定后的指令响应优于F/A-18A的测试结果。

无人机反制需求分析与技术谱系

向文豪, 王栋, 刘佳, 董方晨, 孙文
科技导报. 2020, 38 (21): 150-158. ;  doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2020.21.019
全文: HTMLnew PDF  (5153 KB)  ( 269 )
摘要 ( 190 )
随着无人技术的成熟,无人机“黑飞”现象日益频繁,严重影响了正常的社会秩序和国家主权安全。通过对无人机反制技术需求的分析及现有成熟相关技术的梳理,形成了较为完整的无人机反制技术谱系。针对目前典型的无人机,提出无人机反制的初步思路,并分别研究其反制亟需解决的关键技术及目前存在的问题,牵引无人机反制体系的构建。

基于影像定位的无人机侦察视频超分辨率重建方法

张岩, 陈健, 刘敏, 于宗辰, 李俊杰, 徐博奥, 陈玉坤, 王斌
科技导报. 2020, 38 (21): 159-168. ;  doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2020.21.020
全文: HTMLnew PDF  (2502 KB)  ( 97 )
摘要 ( 172 )
为了改善无人机侦察视频质量,针对目前无人机摄像、照相数据特点,提出了一种基于前方交会的无人机航摄影像定位方法。首先,对所有无人机侦察视频帧和航片分别进行特征匹配,得到影像间关系;然后,提出基于前方交会与抗差估计的无人机航摄影像定位方法,来实现航摄影像的定位;最后,对侦察视频帧进行高频补偿与凸集投影迭代优化,得到重建后侦察视频。实验结果表明,基于前方交会与抗差估计的无人机航摄影像定位方法加强了无人机视频与航片的对应性,凸集投影迭代优化法增强了重建的边缘保持能力。该方法增强了重建图像的一致性与保真度,特别是对图像边缘细节部分等效果极为明显,且处理速度更快。

一种军用直升机战技需求的灵活分析流程

辛冀, 孙磊, 潘寒尽
科技导报. 2020, 38 (21): 169-176. ;  doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2020.21.021
全文: HTMLnew PDF  (2043 KB)  ( 38 )
摘要 ( 133 )
提出了一种先整体定性分析、再分别定量分析的直升机装备顶层战技指标需求分析的工作流程。通过建立数个典型作战构想,承接军方关键需求。结合国防部体系架构框架(DoDAF)方法论进行构想分析,得到装备使用能力需求。引入用例思想,将能力按逻辑关联划分为多个用例,每一用例定义多个功能场景,力求覆盖装备的任务和使用环境,基于场景提取战技指标值,借助需求与使用场景的密切关联性和追溯性,提出了对客户和技术人员需求变更申请的快速响应工作流程。以一型假想的运输直升机为例,对流程做举例说明。

多架构建模方法在飞机娱乐系统的实现及应用

孙胜楠, 鲁金直, 陈金伟, 黄百乔, 兰小平, 张会生
科技导报. 2020, 38 (21): 177-186. ;  doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2020.21.022
全文: HTMLnew PDF  (7121 KB)  ( 40 )
摘要 ( 200 )
提出了一种实现基于模型的系统工程(MBSE)多架构建模方法。基于多架构建模方法的元元模型,构建了Capella中的特定域建模语言,采用Arcadia建模方法作为建模规范,同时基于架构驱动的方法建立了模型间的追溯关系,形成了一套完整的基于模型的系统工程驱动流程。通过飞机娱乐系统作为案例建立模型,比较Capella建模和多架构建模两种方法,给出了两种方法在效率及效能方面的比较,结果表明多架构建模方法具有建模的高效性和较强的扩展能力,为不同MBSE建模语言和建模方法的整合提供一种解决方案。

航空机载软件适航性审定标准DO-178C与软件管理标准GJB5000A的比较分析

李超, 黄百乔
科技导报. 2020, 38 (21): 187-191. ;  doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2020.21.023
全文: HTMLnew PDF  (547 KB)  ( 79 )
摘要 ( 227 )
航空机载软件适航性审定是验证软件安全性是否满足飞行要求的重要手段,审定依据的标准DO-178C是航空企业软件设计所必须遵循的规范要求,但在软件管理领域,还存在着重要的能力成熟度集成模型标准GJB5000A。比较分析了DO-178C与GJB5000A的异同,得出机载软件适航性审定在对软件开发过程的管理方面存在不足,提出需要加强企业在项目监控、过程测量与分析和风险管理方面的要求,并按照DO-178C标准的形式要求,给出了参考的改进方案。

基于维权执法任务的单警执法系统

顾禹, 贺贺, 石宇豪
科技导报. 2020, 38 (21): 192-196. ;  doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2020.21.024
全文: HTMLnew PDF  (2329 KB)  ( 33 )
摘要 ( 129 )
当前警察在执法取证过程中取证手段单一,不能实时、有效地对证据进行分析处理,不能为执法任务的侦查、抓捕等行动提供有效辅助支撑。为解决此类问题,构建了一种以多警员协同取证为主、单警员取证为辅的体系化单警执法系统。采用网络体系架构,集成先进取证设备、传输设备,应用基于深度学习算法的证据处理系统,并采用系统工程的方法,对该系统进行总体和运行流程设计,在设计过程中提出了信息集成、指挥辅助决策、特征提取等关键技术。
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