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应急控制中的阻隔控制策略

作　者: 晏谢飞
导　师: 邹云
学　校: 南京理工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 应急控制阻隔控制传染病控制网络蠕虫控制系统分割最优和次优控制 Pontryagin极大值原理遗传算法
分类号: TP13
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 313次
引　用: 2次
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内容摘要

阻隔控制作为应急控制的一种非常有效的方法已经在实际中被大量采用,例如传染病控制、网络蠕虫爆发控制和电力系统解列控制等,但关于该策略的系统理论尚未得到充分的探讨。本论文基于最优控制理论给出了动态隔离控制律的设计方法,讨论了最优隔离控制策略在SARS传播控制和蠕虫爆发控制中的应用。此外,利用图论理论也研究了在应急状态下基于大系统分割的阻隔策略。本论文是关于阻隔控制理论的初步研究,其主要内容如下:1由于缺乏有效的疫苗和治疗手段,检疫隔离策略是控制SARS传播的最重要手段。本章基于一类SEQIJR传播模型,引入了表示检疫隔离策略的控制变量,讨论了动态检疫隔离策略在SARS传播控制中的应用。分别利用Pontryagin极大值原理和遗传算法给出了最优和次优控制律的设计方法。仿真结果验证了此最优和次优隔离控制的有效性,并且指出在传染病爆发的最初阶段实施最大强度控制具有非常重要的意义。这也解释了SARS爆发期间采取的“早发现,早隔离”这一强有力控制措施的重要性。此外,本章提出的次优控制方法不但其控制效果和代价非常接近于最优控制,而且形式较为简单,适用于实际的传染病控制。2相对于第一部分对孤立单区域的研究,本部分重点研究由于人口流动而造成的SARS在多区域之间的传播及其相应的动态检疫隔离策略。建立了一类多区域的SARS传播模型,在模型中引入了表示各区域内检疫隔离策略的控制变量,而后利用Pontryagin极大值原理给出了动态最优隔离控制律的设计方法。结果表明本章提出的多区域传播模型很好地描述了SARS在区域之间的传播过程。此外,仿真结果不仅说明了在传染病爆发初期各区域内实施最大强度隔离控制的重要性而且也指出了区域间对检疫观察流动人口的必要性。同时这也解释了SARS爆发期间采取“早发现,早隔离”和区域间检疫隔离流动人口等防控措施对SARS疾病控制的重要性;3基于Two-Factor传播模型讨论了动态隔离策略在网络蠕虫传播控制中的应用。在模型中引入了表示隔离策略的控制变量,分别利用Pontryagin极大值原理和遗传算法给出了最优和次优隔离控制律的设计方法。仿真结果验证了此最优和次优隔离控制的有效性,同时也说明了在蠕虫爆发初期实施最大强度隔离控制的重要性。4引入基于系统分割的阻隔控制概念,利用图论理论讨论了在应急状态下大系统的分割问题,得到了可选和可行阻隔控制策略满足的必要条件,给出了阻隔控制策略的具体实施方案,将阻隔控制分为最优代价和时间优先两类,分别讨论了在网络蠕虫爆发控制和电力系统解列中的具体应用。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-11
第1章绪论  11-26
  1.1 研究背景  11-15
    1.1.1 研究传染病的重要意义  11-13
    1.1.2 网络蠕虫病毒的威胁  13-14
    1.1.3 应急控制中的系统分割策略  14-15
  1.2 研究现状  15-23
    1.2.1 SARS的传播模型  15-19
    1.2.2 传染病的最优控制  19-20
    1.2.3 网络蠕虫的传播模型及其控制  20-22
    1.2.4 应急状态下复杂系统的分割策略  22-23
  1.3 本论文的研究目的与主要工作  23-26
    1.3.1 目前的研究尚存在的问题与本文的研究目的  23-24
    1.3.2 主要内容  24-26
第2章 SARS的动态检疫隔离控制策略  26-51
  2.1 引言  26
  2.2 问题描述  26-29
  2.3 最优控制系统  29-36
    2.3.1 最优控制对的存在性  30-33
    2.3.2 最优控制系统  33-35
    2.3.3 最优控制对的唯一性  35-36
  2.4 次优控制方案  36-37
  2.5 数值仿真  37-49
  2.6 结论  49-51
第3章多区域的传染病检疫隔离控制策略  51-66
  3.1 引言  51
  3.2 多区域 SARS传播控制模型  51-54
  3.3 最优控制系统  54-57
  3.4 数值仿真  57-65
  3.5 结论  65-66
第4章网络蠕虫的动态隔离控制策略  66-79
  4.1 引言  66-67
  4.2 Two-Factor传播控制模型  67-68
  4.3 最优控制系统  68-70
  4.4 次优控制方案  70-71
  4.5 数值仿真  71-77
  4.6 结论  77-79
第5章基于系统分割的阻隔控制策略  79-91
  5.1 引言  79-80
  5.2 基本概念和方法  80-83
    5.2.1 阻隔控制的基本概念  80
    5.2.2 基于图论的阻隔方法  80-82
    5.2.3 阻隔控制后子系统的分组模型  82-83
  5.3 阻隔控制方案  83-84
    5.3.1 代价最优阻隔控制方案  83-84
    5.3.2 时间优先阻隔控制方案  84
  5.4 阻隔控制在网路蠕虫爆发控制中的应用  84-88
  5.5 阻隔控制在电力系统解列中的应用  88-90
  5.6 结论与展望  90-91
第6章结束语  91-95
致谢  95-96
参考文献  96-115
作者攻读博士期间撰写的论文  115

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