图书名称：《模型参考自适应控制导论》【作者】（美）尼汉·T.阮（NhaT.Nguye）著；赵良玉，石忠佼译【丛书名】国外工业控制与智能制造丛书【页数】355【出版社】北京：机械工业出版社,2020.01【ISBN号】978-7-111-64339-5【价格】139.00【分类】参考模型自适应控制【参考文献】（美）尼汉·T.阮（NhaT.Nguye）著；赵良玉，石忠佼译.模型参考自适应控制导论.北京：机械工业出版社,2020.01.图书封面：图书目录：《模型参考自适应控制导论》内容提要：《模型参考自适应控制导论》通过翔实的应用实例为读者介绍了自适应控制理论的相关知识，适用于刚开始硕士或博士学习生涯的学生，也适用于希望能够快速入门自适应控制理论的工程技术人员。该书由简入繁、从易到难地介绍了各种各样的自适应控制技术，并为所有的自适应控制技术提供了简明的稳定性证明，同时避免过多的数学运算混淆读者的理解。该书首先介绍了一阶、二阶以及多输入多输出系统的标准模型参考自适应控制技术：接着讨论了小二乘参数估计及其在模型参考自适应控制技术中的应用，来帮助读者对模型参考自适应控制形成一种不同的认识；随后讨论了采用正交多项式和神经网络的函数近似技术以及基于神经网络的模型参考自适应控制技术。《模型参考自适应控制导论》深入讨论了模型参考自适应控制相关的鲁棒性问题，在帮助读者了解该技术固有缺陷的基础上，通过将鲁棒性的各个方面与线性时不变系统的相关项进行对比来加深理解。《模型参考自适应控制导论》内容试读第1章绪论引言本章简要介绍了模型参考自适应控制理论的最新研究进展。自适应控制是一种颇具前景的控制技术，可以在系统老化或存在建模不确定性的情况下改善控制系统性能。在过去十年中，随着政府研究基金持续增加，研究人员在自适应控制理论和新型自适应控制方法方面均取得了一些进展。其中一些新提出的自适应控制方法不仅提升了系统的性能和鲁棒性，还进一步提高了模型参考自适应控制作为未来控制技术的可行性。全尺寸飞机和无人驾驶飞行器上的飞行测试验证，增强了人们将模型参考自适应控制作为未来飞行器飞行控制技术的信心。尽管在自适应控制方面的研究已经进行了五十年，但由于许多技术问题仍未得到妥善解决，目前还没有任何自适应控制系统应用于安全至上或者人在回路的生产系统。作为一种非线性控制方法，自适应控制系统设计缺乏公认的性能指标是其无法得到广泛认可的主要障碍。开发一种公认可信的自适应控制系统，是目前自适应控制领域亟须解决的技术挑战。自适应控制是一个在控制理论界得到几十年深入研究的主题方法。可以在航空航天或其他诸多领域中发现很多自适应控制的应用案例，但在安全至上的生产系统中却很少或根本没有得到应用。本章的主要学习目标是：。了解自适应控制的发展历史以及当前的研究热点。。认识到尽管该领域取得了许多研究进展，但自适应控制技术的应用却并不普遍，且应用范围极其有限。认识到验证、确认和认证是进一步提升自适应控制技术可信度、拓展其应用领域的重要技术手段。1.1背景介绍自适应控制是一类处理不确定性系统的非线性控制方法。这些不确定性可能来自系统动力学自身无法预见的变化或者外部干扰。自适应控制系统可以广义地描述为能够基于被控对象所接收到的输入在线调整控制器设计参数，如控制增益，以适应系统不确定性的一科控制系统，如图1-1所示。其中，将可调参数称为自适应参数，将通过一组数学方程进行描述的调整机制称为自适应律。大多数情况下，典型的自适应律是非线性的。这种非线性使得许多传统线性时不变控制系统的设计和分析方法，如伯德图、相位裕度和增益裕度、特征根分析等，无法直接应用于自适应控制系统的设计和分析。自适应控制的历史可以追溯到20世纪50年代初期，当时人们热衷于为高性能飞机设计种可以适用于大空域飞行条件的先进自动驾驶仪山。经过大量的研究和开发工作，增益调度控制由于可以根据飞机所处的飞行环境并利用现有的经典控制方法进行控制增益的选择，获得了人们的普遍认可，而自适应控制由于其固有的非线性特性并没有得到广泛应用。模型参考自适应控制导论20世纪60年代，现代控制理论和李雅普诺夫稳定性理论的出现促成了自适应控制理论的发展。Whitaker等人利用灵敏度方法和MIT法则设计出了模型参考自适应控制，但是缺乏对自适应控制自身特性的理解和稳定性证明。在1967年，NASA将自适应控制器应用于三架名为X-15的实验性高超音速飞机上，并进行了飞行试验2-引。在完成了几次成功的试飞之后，这款高超音速飞机遭遇了一次毁灭性的坠机事件，正是这次灾难性事件以及一些技术2瓶颈削弱了人们对自适应控制的兴趣。动力学系统不确定性系统确定性系统适应不确定性容许不确定性时不变时变自适应控制鲁棒控制常值增益控制增益调度控制图1-1动力学系统的自动控制技术分类在20世纪70年代，李雅普诺夫稳定性理论成为模型参考自适应控制的理论基础。李雅普诺夫稳定性理论与模型参考自适应控制的结合被视为自适应控制领域的一大突破。但好景不长，到了20世纪80年代就有人发现即使李雅普诺夫理论能够保证自适应控制的稳定性，但面对存在小扰动或未建模动态的情况时，自适应控制仍可能表现出不稳定的现象4。这使得人们认识到模型参考自适应控制对系统建模精度及实际系统与所建模型之间的不匹配很敏感。这种缺乏鲁棒性的表现，催生了σ修正法)]和修正法，以提升自适应控制的稳定性阿，这些鲁棒修正模式也代表了一类新的“鲁棒自适应控制”。从20世纪90年代至今，关于自适应控制的研究一直十分活跃。引入神经网络作为自适应机制7-1，使得一类称为“智能控制”或者“神经网络自适应控制”的自适应方法得到了发展，虽然这些方法是基于神经网络来逼近模型不确定性，但其基本框架与模型参考自适应控制并无二致。3-2山在接下来的十年，自适应控制研究又迎来了新的发展时期，NASA☑和美国其他政府机构均增加了研究经费，NASA一直是自适应控制技术发展的积极参与者，如图1-2所示。在此期间，随着研究经费的增加，研究人员在自适应控制理论和新的自适应控制方法等方面均取得了一些成果。由于篇幅有限，我们无法逐一列举所有取得的进展。读者可以发现，在这些新提出的自适应控制方法中，有相当一部分是在NASA的资助下完成的，包括Satillo和Bertei提出的基于回溯成本优化的自适应控制23-24，Steaya和Krihakumar提出3的参考模型修正自适应控制25-2，Calie和Yucele提出的自适应回路重构27-2，Nguye提出的有界线性稳定性分析度量驱动自适应控制[29-30，Lavretky提出的组合/复合模型参考自适应控制B1-32,Yucele和Calie提出的无导数模型参考自适应控制B3-3,Nguye提出的混合自适应控制35-37，Kim等人提出的K修正381，Yucele和Calie提出的卡尔曼滤波修正39-4o,Hovakimya和Cao提出的C1自适应控制4143)，Nguye提出的最小二第1章绪论3乘自适应控制444)，Chowdhary和Joho提出的并发学习最小二乘自适应控制[46-47，Balakriha提出的修正状态观测器的自适应控制[48]，Guo和Tao提出的多变量模型参考自适应控制[49，Nguye提出的最优控制修正[50-5以及多目标最优控制修正52-53)，Volyakyy等人提出的Q修正54-5)以及Kim等人提出的参数依赖黎卡提方程自适应控制56。这些新的自适应控制方法大都可以提高系统的性能和鲁棒性，并进一步提高模型参考自适应控制作为未来控制技术的可行性。模型参考自适应控制智能自适应控李雅普诺夫稳定性理论制（神经网络模糊逻辑)增益调度控制鲁棒性当代鲁棒可认证的MIT法则鲁棒修正自适应控制自适应控制1950196019701980MASAX-15NASAF-15NASAF-8NASAF-18图1-2自适应控制研究的时间历程在飞行验证方面，NASA研制了一套基于Calie和Rydyk所提出的igma-i神经网络自适应控制的智能飞行控制系统3)，并于21世纪初期在阿姆斯特朗（原德莱顿）飞行研究中心利用F-15飞机进行了飞行测试，展示了神经网络自适应控制的性能57-58.2010年，在NASA阿姆斯特朗飞行研究中心的一架F/A-18飞机上开展了另一项飞行测试，用于验证一种基于最优控制修正的新型简化自适应飞行控制器[5962.2009年，NASA艾姆斯研究中心对几种自适应控制方法进行了一项飞行员在环的高精度飞行模拟研究63-64。同年，在NASA兰利研究中心的AirSTAR飞机上进行了C1自适应控制器的飞行试验[6阿，在海军研究生院(NavalPotgraduateSchool)的一架无人机上也进行了C1自适应控制器的飞行试验[66.2010年，通过在BeechcraftBoaza电传飞行试验平台上进行飞行测试，对模型参考4自适应控制进行了评估6列。这些飞行实验以及随后的许多试验都增强了人们对模型参考自适应控制作为一种潜在的航空飞行器飞行控制技术的信心。同时也可以看出，仍然需要进步的飞行测试来完善自适应控制技术。自适应控制的研究目前仍然如火如茶。介绍当前所有的研究进展超出了本书的讨论范围。感兴趣的读者可以在参考文献中找到更多的关于自适应控制在飞机[68-9、宇宙飞船21,80-83、无人机5,47,65-66,841、空间结构[85-861、机器人系统8,87、弹药系统[881、液压系统89等方面的应用。目前，对自适应控制的研究普遍缺乏处理存在于多种系统设计和操作中的集成效应的4模型参考自适应控制导论能力。这些效应包括但不限于：未建模动态造成的复杂不确定性4,90、意外操作和结构损坏引起系统动力学的显著变化B6,76,91、未知的部件故障和异常[80,2-94、高设计复杂度[59、新型执行机构和传感器79,951]、多场耦合85-86,96-98]等。自适应控制在航空航天领域发挥着重要作用。当飞行器在结构损坏、控制面失效或者非标称条件飞行时，飞行器会遭遇多种耦合效应，如空气动力学、飞行器动力学、结构动学以及推力等之间的耦合。这些耦合效应会给飞行控制系统的性能带来多种不确定性。因此，即使自适应控制系统在标称飞行条件下是稳定的，但在存在不确定性的情况下，自适应控制可能无法提供足够的稳定性99-100。例如，传统的飞机飞行控制系统通过气动伺服弹性(ASE)陷波滤波器来防止控制信号激发机翼的气动弹性模态。然而，如果飞机动力学出现了显著变化，气动弹性模态频率的变化足以使气动伺服弹性陷波滤波器失效，这可能就会导致控制信号激发机翼的气动弹性模态，从而对飞行员操纵飞机造成困难。自适应控制面临的另一个问题是其容纳慢速或退化的飞行控制执行机构的能力，例如受损的飞行控制面或发动机作为飞行控制执行机构9,10。由于执行机构的动力学较慢，执行机构之间的速度不同可能会使自适应控制出现问题，并可能导致飞行员诱导振荡(PIO)1!。为充分解决这些耦合效应导致的问题，需要在自适应控制研究中开发一套集成设计方法。这些集成方法需要在自适应控制和系统建模方面开发新的基础多学科方法。在高增益自适应情况下，未建模动态是自适应控制系统不确定性的重要来源及诱发不稳定性的关键因素。在未来的自适应控制研究中，应通过对这些二阶动力学结构的基本理解，将多学科方法5纳入自适应控制系统的设计中。随着对系统不确定性的进一步理解，有望开发出更有效的自适应控制方法，以提高系统在不确定性作用下的鲁棒性。1.2自适应飞行控制系统的验证和确认尽管人们在自适应控制领域已进行了五十余年的研究，但事实仍然是，目前还没有任何自适应控制系统应用于安全至上或人在回路的生产系统中，如民航客机等9,13-106。但是，自适应控制已经成功应用于武器系统中[88。造成这一现状的问题就在于自适应控制系统很难进行认证，并且现有的线性时不变(LT)控制系统的认证方法无法直接应用于非线性自适应控制系统。于是，在21世纪的第一个十年里，人们开始研发一套适用于自适应控制系统的评价指标4,1-1。这项研究的目标是为自适应控制建立一套类似于线性时不变系统中的超调、调节时间、相位裕度和增益裕度的性能和稳定性指标。这些指标如果被大家接受可能会为自适应控制系统的认证铺平道路，并使得自适应控制有可能成为安全至上和人在回路生产系统的未来控制技术。建立一套适用于自适应控制系统的认证体系是一项亟须解决的瓶颈问题。对于具有学习算法的自适应控制系统来说，在能够证明它们是高度安全和可靠的之前，它们并不会成为未来的主流发展方向。因此，必须建立一套严格的自适应控制软件验证和确认的方法，以确保自适应控制系统不会发生软件故障，从而说明自适应控制系统能够按要求运行并消除意外情况，同时能够满足美国联邦航空管理局(FAA)等监管机构的认证要求10410阿自适应控制系统能够对预先设计的飞行控制系统进行修改，这既是它的一大优势，同时也是一大劣势。一方面，自适应控制系统具备容纳系统退化的能力是其主要优点，因为传统的增益调度控制方法往往无法对在飞行包线之外的非标称飞行状态进行控制。另一方面，未第1章绪论5建模动态和高增益自适应过程会给自适应控制带来严重的问题，因为自适应控制系统对这些潜在的问题以及许多诸如执行机构动力学和外部干扰等问题非常敏感。为通过认证，自适应飞行控制系统必须能够证明在上述因素以及其他因素一如时间延迟、系统约束以及测量噪声的作用下，仍然可以保证令人满意的全局性能。1.2.1自适应飞行控制系统的仿真验证仿真是自适应控制系统验证的一个组成部分10415.116-11)。自适应控制系统的许多方面，特别是收敛性和稳定性，只能通过在仿真中模拟重要的非线性动力学特性来进行系统性能分析。例如，飞机的失速过程无法表示为线性模型，因为这种效应是高度非线性以及不稳定的。仿真技术是一种能够快速完成以下任务的方法：·不同自适应控制算法的评估和比较。·调整控制增益和更新律的权重。。确定每一步长下的适应过程。。评估过程噪声和测量噪声对自适应参数收敛的影响。。确定稳定边界。·使用真实飞行计算机硬件进行验证。·在飞行模拟器中进行自适应控制的驾驶评估。·对改进自适应过程的特殊技术进行仿真，例如添加持续激励以改善参数识别和收敛特性，以及在跟踪误差收敛到指定容差内或在指定次数的迭代之后停止自适应过程。不同仿真之间的主要区别体现在被控对象的建模精度上。高精度仿真需要自适应控制系统更为复杂的数学模型以及昂贵的控制器硬件设备。通过将简单线性模型的仿真结果与高精度非线性模型的仿真结果进行对比，以确保使用线性模型进行的性能分析仍然适用。为了节省成本，通常会尽量使用较低精度的测试平台。在台式机上进行的仿真通常是最低精度的仿真，因为这种仿真通常只包括控制律以及被控对象的线性或者非线性动力学。在早期的控制律设计和分析中，或者计算线性增益裕度和相位裕度时，通常采用线性模型。将系统传递函数由一个矩阵变换为另一个具有不同频率的矩阵来模拟被控对象模型的变化。通过改变每次的变化量可确定系统的稳定边界。与此同时，可以对自适应控制算法中的系统参数进行评估。台式机仿真环境为比较不同的自适应控制算法和控制器结构提供了一种快速、便捷的方式，只有最有希望得到应用的设计才需要高精度的仿真模拟。在控制回路的仿真中，高精度的仿真测试平台通常需要真实的飞行硬件设备（甚至是真实的飞机)，且往往运行在带有驾驶舱和舱外图形显示的专用计算环境中17-1181。这种仿真可能包括一个与飞行员进行交互的固定基座或运动基座驾驶舱。运动基座模拟器为飞行员额外提供了实际飞行中的物理（运动及视线）信息[631。通常来说，这种仿真包含了非线性飞7机动力学的软件模型、执行机构模型以及传感器模型。真实机载计算机的使用是这类仿真的一大优势，因为不同的计算设备在处理异常以及计算过程中都会有所不同。真实的飞机或者测试专用飞机都可以为高精度仿真提供真实的执行机构动力学、传感器噪声、实际飞行电传以及一些结构之间的交互作用。这些测试平台允许对飞行硬件的所有接口、时序测试以及各种故障模式和影响分析(FMEA)测试进行完整的检查，这在低精度仿真中是不可能实现的。6模型参考自适应控制导治1.2.2自适应控制系统的评价指标尽管人们在自适应控制研究方面取得了诸多进展，自适应控制也展现出了其独有的优势，但有效验证和确认方法的缺乏仍然是将自适应控制技术应用到安全至上(afety-critical)和人在回路(huma-rated)生产系统中的一大障碍。这一障碍可以归结为缺乏适用于评估自适应控制性能和稳定性的指标。为了使成熟的自适应控制技术应用于未来的安全至上和人在回路的生产系统，建立一套适用于评价自适应控制性能和稳定性的指标是自适应控制研究中的一个重要方向。自适应控制的稳定性指标是评估系统对未建模动态、时间延迟、高增益学习和外部干扰鲁棒性的重要考虑因素。因此，为自适应控制系统建立一套合适的稳定性和性能指标是开发可靠验证和确认方法的第一步，进而会使自适应控制软件获得认证。建立适用于自适应控制系统的性能和稳定性指标的另一好处是可以促进指标驱动自适应控制的发展。指标驱动自适应控制是指在某些情况下，为了保持控制系统的运行安全，需要在稳定性和性能之间进行权衡的一种控制方法30。该领域的研究成果为在线计算稳定性指标提供了一些初步的分析方法，从而可以调整自适应控制系统的自适应参数，提高闭环系统的稳定裕度[29列。一般情况下，线性时不变系统的增益裕度和相位裕度不适用于非线性的自适应控制系统。因此，出现了一些适用于自适应控制系统的性能和稳定性指标4,109-110,112,11。在文献[103]中，将参数的灵敏度作为用于神经网络输出的度量指标。文献[108]研究了基于李雅普诺夫分析和无源性理论的稳定性度量方法。从优化方法中也可以得到自适应控制系统稳定性和鲁棒性的评价指标107,119。在文献[120-121]中，将时滞裕度作为一种自适应控制系8统的稳定性指标。将自适应控制技术应用于航空航天飞行器以处理不确定性时仍存在一些未解决的问题。这些问题包含但不限于：(1)自适应控制可实现的稳定性指标与不确定性边界的关系；(2)执行机构存在静态或者动态饱和状态时的自适应；(3)纵向和横向运动之间由于故障、损坏以及不同的自适应速率导致的交叉耦合；(4)采用非传统执行机构（如发动机）时的在线重构和控制分配：(5)具有不同时延的执行机构系统时间尺度分离，如传统的控制面和发动机。1.3小结在过去的几十年中，自适应控制是一个得到较多研究的主题。自适应控制是一种很有应用前景的控制技术，可以在由系统退化以及建模不确定性导致的不确定性情况下提升控制系统性能。在过去十年间，研究人员在自适应控制理论的研究中取得了一些进展，并提出了许多新颖的自适应控制方法。这些新提出的自适应控制方法能够提高系统性能和鲁棒性，从而提升了模型参考自适应控制作为未来控制技术的可行性。自适应控制在全尺寸飞行器和无人机上进行的飞行试验验证，增强了人们对模型参考自适应控制有可能成为航空航天飞行器飞行控制新技术的信心。尽管如此，自适应控制的许多技术问题仍未解决，还不适用于安全至上或人在回路的生产系统。作为一种非线性控制方法，与线性控制系统相比，缺乏被广泛接受的评价指标是自适应控制系统设计获得认证的主要障碍。···试读结束···...

2023-03-10

图书名称：《安全工程科研导论》【作者】杨小彬，赵金龙编著【页数】112【出版社】北京：应急管理出版社,2020【ISBN号】978-7-5020-8330-4【价格】55.00【分类】安全工程-科学研究-高等学校-教材【参考文献】杨小彬，赵金龙编著.安全工程科研导论.北京：应急管理出版社,2020.图书封面：图书目录：《安全工程科研导论》内容提要：本教材为中国矿业大学（北京）安全工程专业课程建设教材，主要为安全工程专业本科生科研导论课提供教材参考。全书按照16学时编写，共七章，其中第二章占4学时，其他各章2学时。教材根据本科生教学大纲要求，为尽早让本科生了解科学研究基本规律和方法，针对安全工程专业特点，教材分别介绍了安全学科及安全工程专业现状、科学研究基本方法手段、矿山安全及灾害类型科研研究设备、科研文献查阅及文献管理、科研论文撰写与投稿技巧、学术规范与学术道德、矿山安全新技术等内容。由于课程开设时间以及受编者水平所限，本教材不足之处在所难免，恳请读者给与更多的关注、批评、指正和帮助。《安全工程科研导论》内容试读1绪论1绪论1.1“安全”概念的内涵与外延安全泛指没有受到威胁，没有危险、危害、损失，不出事故的状态。《职业健康安全管理体系规范》(GB/T28001-2001)对“安全”(Safety)的定义，是免除了不可接受的损害风险的状态。安全是人类生产过程中，将系统的运行状态对人类的生命、财产、环境可能产生的损害控制在人类能接受水平以下的状态。在马斯洛需求层次理论①中，安全的需求是指避免对生命构成威胁的需要（图1-1）。马斯洛需求层次理论（模型）亚伯拉罕.马斯洛(ArahamMalow自我实现需求1908年4月1日对理想实现等的需1970年8日R日1要也称成长需要美国人本主义心理学想被他人承认的需家，以需求层次理论自我实(Need-hierarchytheory需求杜会需要，与他人现需求为世人熟精神社会需求的發性价避免对生命构成贼值需尊重需求安全需求胁的需要社会需求本能层次的需要安全需求物质性价生理需求包括食欲、睡眠、欲耀等值需求生理需求图1-1马斯洛需求理论图安全，自古以来就是人类追求的目标之一。安全，是现代人类社会活动的前提和基础。安全，是国家安全和社会稳定的基石。安全，是经济和社会发展的重要条件。安全，是人民安居乐业的基本保证。安全，是建设“以人为本”和谐社会必须解决的重大战略问题。从人类社会发展来看，对安全的认识可以分为以下几个阶段：①马斯洛需求层次理论(Malow'HierarchyofNeed..Edyciteractive)是人本主义科学的理论之一，由美国心理学家亚伯拉罕·马斯洛在1943年在《人类激励理论》论文中所提到。书中将人类需求像阶梯一样从低到高按层次分为5种：生理需求、安全需求、社会需求、尊重需求和自我实现需求。1安全工程科研导论(1)无知（不自觉）的安全认识阶段。该阶段是指工业革命以前，生产力和仅有的自然科学都处于自然和分散的状态。(2)局部的安全认识阶段。该阶段是指工业革命以后，生产中已使用大型动力机械和能源，导致生产力与危害因素的同步增长，促使人们开始从局部认识安全并采取措施。(3)系统的安全认识阶段。在该阶段，由于形成了军事工业、航天工业，特别是原子能和航天技术等复杂的大型生产系统和机器系统，局部安全认识已无法满足生产生活中对安全的需要，必须发展与生产力相适应的生产系统并采取安全措施。(4)动态的安全认识阶段。在该阶段，随着生产和科学技术的发展，特别是高科技的发展，静态的安全系统、安全技术措施和系统的安全认识即系统安全工程理论已不能满足动态过程中发生的、具有随机性的安全问题，必须采用更加深刻的安全技术措施和安全系统认识。中国当前的国家安全观包括政治安全、国土安全、军事安全、经济安全、文化安全社会安全、科技安全、信息安全、生态安全、资源安全、核安全等11种安全观。对于理工科高等院校的安全学科在校本科生而言，安全主要涉及科技安全和资源安全；对于传统行业特色和行业背景的理工院校的本科生而言，安全主要涉及资源安全及资源开采工程中的技术安全。1.2安全工程专业简介安全工程是隶属于一级学科“安全科学与工程（学科代码0837）”的一个二级学科，该专业注重培养能从事安全技术及工程、安全科学与研究、安全监察与管理、工作场所危险有害因素识别与检测、安全设计与生产、安全教育与培训、生产型企业职业卫生防护等方面复合型的高级工程技术人才，是一个涉及面极广的综合交叉学科。安全工程专业培养复合型人才，能从事生产安全管理、安全防护工程、安全产品设计、事故防控规律研究、危险有害因素检测、工程风险评价、生产经营单位安全监察与管理、应急等，多渠道保障生产安全、社会和谐、家庭幸福、个人健康。各类生产经营单位都离不开安全工程。根据高考志愿填报-中国教育在线①和中国研究生招生信息网②的统计资料显示，截至2019年5月，全国共有150多所高校开设该本科专业，其中普通本科院校及附属学院有138所；全国共有64所高校设有硕士学位授权点，有58所高校设有该学科博士学位授权点。本学科范围重点针对生产安全和公共安全领域，主要交叉领域为：行业安全技术及工程、社会安全、食品安全、防灾减灾、核安全、检验检疫、环境与健康卫生等。与本专业相近的专业有：环境工程、安全技术及工程、灾害防治工程、安全管理工程、环境科学与工程、辐射防护、职业卫生防护等。开办安全工程专业的高等院校的类型很多，主要分布在理工类院校，行业包括军工①高考志愿填报-中国教育在线.2019-05。②硕士专业目录，中国研究生招生信息网。21绪论化工、石油、矿业、土木、交通、能源、环境、咨询、医疗卫生等。这说明安全学科是一个涉及面极广的综合交叉科学。每年安全工程专业招生1万名左右，就业率达93%~98%,国内排名前几十位。1.2.1我国开设安全专业的高校1.2.1.1我国开设安全工程专业的高校名单我国开设安全工程专业的高校名单见表1-1。表1-1全国开设安全工程专业的高校名单北京首都经济贸易大学北京石油化工学院中国矿业大学（北京）中国地质大学（北京）中国石油大学（北京）北京化工大学北京科技大学北京理工大学中国劳动关系学院天津天津理工大学中国民航大学天津城建大学上海上海海事大学华东理工大学上海应用技术大学重庆重庆三峡学院重庆科技学院重庆交通大学重庆大学西南大学河北石家庄铁道大学华北科技学院河北工程大学河北工业大学河北大学河北科技大学华北理工大学河北建筑工程学院唐山学院河南郑州大学河南工程学院河南理工大学河南城建学院中原工学院郑州轻工业大学郑州航空管理学院安阳工学院郑州工商学院山东滨州学院山东工商学院山东交通学院齐鲁工业大学（山东省科学院）中国石油大学（华东）青岛理工大学青岛科技大学聊城大学山东科技大学山东管理学院山东理工大学济宁学院山西太原工业学院山西大同大学太原科技大学中北大学太原理工大学吕梁学院山西工程技术学院山西能源学院安徽安徽建筑大学安徽工业大学安徽理工大学中国科学技术大学安徽新华学院安徽三联学院蚌埠学院3安全工程科研导论表1-1（续）江西江西理工大学南昌大学江苏中国矿业大学徐州工程学院常州大学南京工业大学江苏大学南京理工大学常熟理工学院淮海工学院中国矿业大学徐海学院浙江浙江海洋大学中国计量学院浙江工业大学宁波工程学院温州大学瓯江学院湖北湖北理工学院武汉工程大学武汉科技大学中南财经政法大学中国地质大学（武汉）武汉理工大学湖南中南大学湖南工学院湖南农业大学南华大学湘潭大学湖南科技大学湖南城市学院福建福州大学福州大学至诚学院广东广东工业大学华南理工大学东莞理工学院城市学院北京理工大学珠海学院广东石油化工学院广西广西大学广西民族大学相思湖学院云南昆明理工大学昆明学院文山学院贵州六盘水师范学院贵州工程应用技术学院贵州大学贵州理工学院兴义民族师范学院四川西南交通大学四川大学四川理工学院西南石油大学中国民用航空飞行学院四川师范大学西南科技大学成都理工大学四川轻化工大学宜宾学院陕西西北工业大学西安石油大学西安科技大学西安建筑科技大学长安大学榆林学院空军工程大学宁夏宁夏理工学院41绪论表1-1（续）黑龙江黑龙江科技大学哈尔滨理工大学东北石油大学吉林吉林化工学院吉林建筑大学长春工程学院长春建筑学院吉林建筑科技学院辽宁沈阳航空航天大学沈阳化工大学大连交通大学辽宁石油化工大学沈阳建筑大学辽宁工程技术大学沈阳理工大学东北大学大连理工大学沈阳城市建设学院沈阳工学院沈阳科技学院新疆新疆工程学院内蒙古内蒙古工业大学内蒙古科技大学甘肃陇东学院兰州理工大学1.2.1.2安全工程专业开设的主千课程1.学科教育类课程学科教育类课程包括高等数学、概率论与数理统计、大学物理、工科大学化学、电工学、工程制图、工程CAD等。2.专业基础课程专业基础课程包括流体力学、工程力学、工程热力学与传热学基础、燃烧与爆炸理论等。3.专业特色课程专业特色课程包括安全学原理、安全系统工程、安全人机工程、安全检测技术、职业卫生及工程、安全法学、安全管理工程、风险分析与安全评价、消防工程、安全经济学、安全信息技术、公共安全与应急管理、环境工程、压力容器安全技术、爆破工程、机械与电气安全、道路交通安全、建筑施工安全、矿山安全技术、化工安全技术、安全学科发展动态等。4.实践性课程实践性课程包括制造工程训练、专业认识实习、事故调查与安全管理实习、毕业实习、主干专业课程的课程设计和毕业论文（毕业设计）等。安全工程专业开设的主干课程表见表1-2。表1-2安全工程专业开设的主千课程表课程类别课程名称工程热力学与传热学基础学科教育课程学科基础课工业生产过程与管理5安全工程科研导论表1-2（续）课程类别课程名称工程CAD机械设计基础B电工学A新生课学科基础课工程制图（一）工程制图（二）工程力学B学科教育课程流体力学C高等数学A2(一)】高等数学A2(二)线性代数公共基础课概率论与数理统计大学物理C(一)大学物理C(二)普通化学B安全学原理安全系统工程专业核心课安全人机工程职业卫生及工程安全管理工程安全法学环境工程专业课安全检测技术可靠性分析安全心理学专业教育课程组织行为学安全经济学机械与电气安全特种设备安全技术专业选修课安全信息技术安全教育学工业通风与空调消防工程保险学概论燃烧与爆炸理论6···试读结束···...

2023-02-08

图书名称：《信息安全导论第2版》【作者】印润远，彭灿华主编【丛书名】普通高等教育“十四五”规划教材【页数】302【出版社】中国铁道出版社有限公司,2021.01【ISBN号】978-7-113-27474-0【价格】52.00【分类】信息安全-高等学校-教材【参考文献】印润远，彭灿华主编.信息安全导论第2版.中国铁道出版社有限公司,2021.01.图书封面：图书目录：《信息安全导论第2版》内容提要：本书的特点是：理论与实践相结合、经典与前沿相结合。理论方面，着重强调基本概念、重要定理的阐述和推导，每个定理和算法都举例说明；应用方面，在不失系统性的前提下，编写了密码系统、网络攻防、防病毒、防火墙技术、虚拟专用网技术、入侵检测技术、PKI系统和安全审计系统等8个实验指导，有助于从理论与实践的结合上来掌握信息安全学。《信息安全导论第2版》内容试读第1章信息安全概述1.1信息与信息安全20世纪中期，计算机的出现从根本上改变了人类加工信息的手段，突破了人类大脑及感觉器官加工利用信息的能力。应用计算机、通信卫星、光导纤维组成的现代信息技术革命的成果，使人类进入飞速发展的信息化时代，成为人类历史上最重要的一次信息技术革命。当今以“云计算、物联网、大数据、智能技术”为标志的信息技术革命正在横扫整个社会，无论是产业还是家庭，人类生活的各个领域无不受其影响，它改变了人们的生活方式和商业形态，使各领域相辅相成、互惠互利。1.1.1信息与信息资产近代控制论的创始人维纳有一句名言：“信息就是信息，不是物质，也不是能量。”这句话听起来有点抽象，但指明了信息与物质和能量具有不同的属性。信息、物质和能量，是人类社会赖以生存和发展的三大要素。1.信息的定义信息的定义有广义的和狭义的两个层次。从广义上讲，信息是任何一个事物的运动状态以及运动状态形式的变化，它是一种客观存在。例如，日出、月落、花谢、鸟啼以及气温的高低变化股市的涨跌等，都是信息。它是一种“纯客观”的概念，与人们主观上是否感觉到它的存在没有关系。而狭义的信息的含义却与此不同。狭义的信息，是指信息接收主体所感觉到并能被理解的东西。中国古代有“周幽王烽火戏诸侯”和“梁红玉击鼓战金山”的典故，这里的“烽火”和“击鼓”都代表了能为特定接收者所理解的军情，因而可称为“信息”；相反，至今仍未能破译的一些刻在石崖上的文字和符号，尽管它们是客观存在的，但由于人们不能理解，因而从狭义上讲仍算不上是“信息”。同样道理，从这个意义上讲，鸟语是鸟类的信息，而对人类来说却算不上是“信息”。可见，狭义的信息是一个与接收主体有关的概念。S013335《信息技术安全管理指南》是一部重要的国际标准，其中对信息给出了明确的定义：信息是通过在数据上施加某些约定而赋予这些数据的特殊含义。信息是无形的，借助于信息媒体以多种形式存在和传播；同时，信息也是一种重要资产，具有价值，需要保护。通常的信息资产分类如表1-1所示。2士信息安金导论表1-1信息资产分类分类示例数据电子媒介中的各种数据资料，包括源代码、数据库数据、系统文档、运行管理规程、计划、报告、用户手册等软件应用软件、系统软件、开发工具和资源库等硬件计算机硬件、路由器、交换机、硬件防火墙、程控交换机、布线、备份存储设备等服务操作系统、WWW、SMTP、POP3、FTP、MRPII、DNS、呼叫中心、内部文件服务、网络连接、网络隔离保护、网络管理、网络安全保障、入侵监控及各种业务生产应用等文档纸质的各种文件、传真、电报、财务报告、发展计划等设备电源、空调、保险柜、文件柜、门禁、消防设施等人员各级雇员和雇主，：合同方雇员等其他企业形象、客户关系等2.信息的特点我们更为关注的是狭义信息。就狭义信息而论，它们具有如下共同特征：(1)信息与接收信息的对象以及要达到的目的有关。例如，一份尘封已久的重要历史文献，在还没有被人发现时，它只不过是混迹在废纸堆中的单纯印刷品，而当人们阅读并理解它的价值时，它才成为信息。又如，公元前巴比伦和阿亚利亚等地广泛使用的楔形文字，很长时间里人们都读不懂它，那时候，还不能说它是“信息”。后来，经过许多语言学家的努力，它能被人们理解了，于是，它也就成了信息。(2)信息的价值与接收信息的对象有关。例如，有关移动电话辐射对人体的影响问题的讨论，对城市居民特别是手机使用者来说是重要信息，而对于生活在偏远农村或从不使用手机的人来说，就可能是没有多大价值的信息。(3)信息有多种多样的传递手段。例如，人与人之间的信息传递可以用符号、语言、文字或图像等为媒体来进行；而生物体内部的信息可以通过电化学变化，经过神经系统来传递；等等。(4)信息在使用中不仅不会被消耗掉，还可以加以复制，这就为信息资源的共享创造了条件。1.1.2信息安全1.信息安全的发展信息安全的发展历经了三个主要阶段：1)通信保密阶段在第一次和第二次世界大战期间，参战军方为了实现作战指令的安全通信，将密码学引入实际应用，各类密码算法和密码机被广泛使用，如Eigma密码机，在这个阶段中，关注的是通信内容的保密性属性，保密等同于信息安全。2)信息安全阶段计算机的出现以及网络通信技术的发展，使人类对于信息的认识逐渐深化，对于信息安全的理解也在扩展。人们发现，在原来所关注的保密性属性之外，还有其他方面的属性也应当是信息安全所关注的，这其中最主要的是完整性和可用性属性，由此构成了支撑信息安全体系的三个属性。第1章信息安全概述士3)安全保障阶段信息安全的保密性、完整性、可用性三个主要属性，大多集中于安全事件的事先预防，属于保护(Protectio)的范畴。但人们逐渐认识到安全风险的本质，认识到不存在绝对的安全，事先预防措施不足以保证不会发生安全事件，一旦发生安全事件，那么事发时的处理以及事后的处理都应当是信息安全要考虑的内容，安全保障的概念随之产生。所谓安全保障，就是在统一安全策略的指导下，安全事件的事先预防（保护）、事发处理（检测和响应）、事后恢复三个主要环节相互配合，构成一个完整的保障体系。2.信息安全的定义IS0国际标准化组织对于信息安全给出了精确的定义，这个定义的描述是：信息安全是为数据处理系统建立和采用的技术和管理的安全保护，保护计算机硬件、软件和数据不因偶然和恶意的原因而遭到破坏、更改和泄露。IS0的信息安全定义清楚地回答了人们所关心的信息安全主要问题，它包括三方面含义：1)信息安全的保护对象信息安全的保护对象是信息资产，典型的信息资产包括计算机硬件、软件和数据。2)信息安全的目标信息安全的目标就是保证信息资产的三个基本安全属性。信息资产被泄露意味着保密性受到影响，被更改意味着完整性受到影响，被破坏意味着可用性受到影响，而保密性、完整性和可用性三个基本属性是信息安全的最终目标。3)实现信息安全目标的途径实现信息安全目标的途径要借助两方面的控制措施，即技术措施和管理措施。从这里就能看出技术和管理并重的基本思想，重技术轻管理，或者重管理轻技术，都是不科学的，并且是有局限性的错误观点。3.信息安全的基本属性信息安全包括保密性、完整性和可用性三个基本属性，如图1-1所示。保密性信息安全完整性可用性图1-1信息安全的三个基本属性(1）保密性（Cofidetiality)。确保信息在存储、使用、传输过程中不会泄露给非授权的用户或者实体。(2)完整性（Itegrity)。确保信息在存储、使用、传输过程中不被非授权用户篡改；防止授权用户对信息进行不恰当的篡改；保证信息的内外一致性。(3)可用性（Availaility)。确保授权用户或者实体对于信息及资源的正常使用不会被异常拒绝，允许其可靠而且及时地访问信息及资源。4士信息安全导论4.信息安全模型人们一直致力于用确定、简洁的安全模型来描述信息安全，在信息安全领域中有多种安全模型，如PDR模型、PPDRR模型等。1)PDR模型（见图1-2）时间R图1-2PDR模型PDR模型之所以著名，是因为它是第一个从时间关系描述一个信息系统是否安全的模型。PDR模型中的P代表保护、D代表检测、R代表响应，该模型中使用了三个时间参数：P:有效保护时间，是指信息系统的安全控制措施所能有效发挥保护作用的时间。D:检测时间，是指安全检测机制能够有效发现攻击、破坏行为所需的时间。R:响应时间，是指安全响应机制做出反应和处理所需的时间PDR模型用下列时间关系表达式来说明信息系统是否安全：(1)P,gtD+R,时，系统安全。即在安全机制针对攻击、破坏行为做出了成功的检测和响应时，安全控制措施依然在发挥有效的保护作用，攻击和破坏行为未给信息系统造成损失(2)P,测和响应做出之前就已经失效，破坏和攻击行为已经给信息系统造成了实质性破坏和影响。2)PPDRR模型正如信息安全保障所描述的，一个完整的信息安全保障体系，应当包括安全策略(Policy)保护(Protectio)、检测(Detectio)、响应(Reactio入、恢复(Retoratio)五个主要环节。PPDRR模型的内容如图1-3所示。保护检测恢复响应图1-3PPDRR模型内容第1章信息安全概述士5保护、检测、响应和恢复四个环节需要在策略的统一指导下构成相互作用的有机整体。PPDRR模型从体系结构上给出了信息安全的基本模型。5.信息安全保障体系要想真正为信息系统提供有效的安全保护，必须系统地进行安全保障体系的建设，避免孤立零散地建立一些控制措施，而是要使之构成一个有机的整体。在这个体系中，包括安全技术、安全管理、人员组织、教育培训、资金投人等关键因素。信息安全建设的内容多、规模大，必须进行全面的统筹规划，明确信息安全建设的工作内容、技术标准、组织机构、管理规范、人员岗位配备、实施步骤、资金投入，才能保证信息安全建设有序可控地进行，才能使信息安全体系发挥最优的保障效果信息安全保障体系由一组相互关联、相互作用、相互弥补、相互推动、相互依赖、不可分割的信息安全保障要素组成。一个系统的、完整的、有机的信息安全保障体系的作用远远大于各个信息安全保障要素的保障能力之和。在此框架中，以安全策略为指导，融汇了安全技术、安全组织与管理和运行保障三个层次的安全体系，达到系统可用性、可控性、抗攻击性、完整性、保密性的安全目标。信息安全保障体系的总体结构如图1-4所示。安全策略安全应用系统平台组织机构信息资产身份认证授权与访问控制加密管理安全综合管理平主机入侵检测主机漏洞扫描病毒查系网络监控与安全审计人员管理防火墙网络入侵检测网络漏洞扫描通信安全物理安全安全教育安全基础设施平台安全技术体系安全组织与管理体系数据和系统备份应急响应灾难恢复运行保障体系图1-4信息安全保障体系总体结构1)安全技术体系安全技术体系是整个信息安全体系框架的基础，包括安全基础设施平台、安全应用系统平台和安全综合管理平台三个部分，以统一的安全基础设施平台为支撑，以统一的安全应用系统平台为辅助，在统一的安全综合管理平台管理下的技术保障体系框架。安全基础设施平台是以安全策略为指导，从物理和通信安全防护、网络安全防护、主机系统安全防护、应用安全防护等多个层次出发，立足于现有的成熟安全技术和安全机制，建立起的各个部分相互配合的、完整的安全技术防护体系。安全应用系统平台处理安全基础设施与应用信息系统之间的关联和集成问题。应用信息系统6L信息安全导论通过使用安全基础设施平台所提供的各类安全服务，提升自身的安全等级，以更加安全的方式，提供业务服务和信息管理服务。安全综合管理平台的管理范围尽可能地涵盖安全技术体系中涉及的各种安全机制与安全设备，对这些安全机制和安全设备进行统一的管理和控制，负责管理和维护安全策略，配置管理相应的安全机制，确保这些安全技术与设施能够按照设计的要求协同运作，可靠运行。它在传统的信息系统应用体系与各类安全技术、安全产品、安全防御措施等安全手段之间搭起桥梁，使得各类安全手段能与现有的信息系统应用体系紧密地结合，实现“无缝连接”，促成信息系统安全与信息系统应用真正的一体化，使得传统的信息系统应用体系逐步过渡为安全的信息系统应用体系。统一的安全管理平台有助于各种安全管理技术手段的相互补充和有效发挥，也便于从系统整体的角度进行安全的监控和管理，从而提高安全管理工作的效率，使人为的安全管理活动参与量大幅下降。2)安全组织与管理体系安全组织与管理体系是安全技术体系真正有效发挥保护作用的重要保障，安全组织与管理体系的设计立足于总体安全策略，并与安全技术体系相互配合，增强技术防护体系的效率和效果，同时也弥补当前技术无法完全解决的安全缺陷技术和管理是相互结合的，一方面，安全防护技术措施需要安全管理措施来加强；另一方面，安全防护技术措施也是对安全管理措施贯彻执行的监督手段。安全组织与管理体系的设计要参考和借鉴国际信息安全管理标准BS7799(IS0EC17799)的要求。信息安全管理体系由若干信息安全管理类组成，每项信息安全管理类可分解为多个安全目标和安全控制。每个安全目标都有若干安全控制与其相对应，这些安全控制是为了达成相应安全目标的管理工作和要求。信息安全管理体系包括以下管理类：安全策略与制度、安全风险管理、人员和组织安全管理、环境和设备安全管理、网络和通信安全管理、主机和系统安全管理、应用和业务安全管理、数据安全和加密管理、项目工程安全管理、运行和维护安全管理、业务连续性管理、合规性（符合性）管理。3)运行保障体系运行保障体系由安全技术和安全管理紧密结合的内容所组成，包括系统可靠性设计、系统数据的备份计划、安全事件的应急响应计划、安全审计、灾难恢复计划等，运行保障体系对于网络和信息系统的可持续性运营提供了重要的保障手段。1.2信息系统面临的威胁及其脆弱性信息社会化与社会的信息化，使广为应用的计算机信息系统在推动社会发展的同时，也面临着形形色色的威胁和攻击。外因是条件，内因是根据，外因必须通过内因才能起作用。计算机信息系统本身，无论是在存取运行的基本原理上，还是系统本身的设计、技术、结构、工艺等方面都存在亟待完善的缺陷。或者说，计算机信息系统本身的脆弱性，成为被攻击的目标或被利用为有效的攻击途径。···试读结束···...

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