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海事系统设计与验证的形式化方法...
摘要 海上自主水面舰艇 (MASS) 正在接近现实，为海上控制系统带来了新的复杂性和关键性。在本文中，我们研究了如何使用形式化方法 (FM) 来设计和验证海上控制系统，以实现安全有效的 MASS。FM 是一系列基于数学的规范和验证方法。我们首先对 FM 进行高级介绍。我们讨论了当前的海上控制系统认证实践和走向自主化的需求。我们给出了三个具体示例，说明如何应用 FM 来满足这些需求：COLREG 的形式化规范、基于合同的设计和基于模拟的测试的自动化。最后，讨论了 FM 的一些局限性。我们得出结论，FM 似乎是满足部分自主性需求的有希望的候选者，并鼓励对 MASS 的 FM 进行进一步研究。关键词 海上自主水面舰艇、形式化方法、验证、规范、保证 简介 海上自主水面舰艇 (MASS) 正在接近现实，正在进行的项目众多，从小型研究原型到全尺寸工业船舶。虽然存在几种程度的自主性，但 MASS 的典型特点是能够在非平凡操作中独立于人类操作员运行，需要态势感知和规划能力。这些特点使得 MASS 开发人员需要新的设计方法，监管机构 (IMO 2021、NMD 2020) 和船级社 (DNV 2018) 也需要新的安全保证方法和流程。形式化方法 (FM) 是一类基于数学的规范和验证方法，源自理论计算机科学 (Woodcock 等人2009)。FM 提供高水平的保证，因此几十年来一直被积极用于其他行业（如航空航天和铁路）关键系统的开发和验证。随着自主系统的出现，FM 被认为是解决它们带来的一些保证挑战的有希望的候选者。这导致了过去十年来对应用于自动驾驶汽车和飞行器的 FM 的积极研究（Luckcuck 等人2019）。海运业尚未看到 FM 的广泛采用。然而，这种情况似乎正在改变，因为去年发表了一些文章。Shokri-Manninen 等人。福斯特等人。(2020) 创建了一个基于自动机的单船相遇正式模型，并综合了一种构造正确的导航策略。Park 和 Kim (2020) 基于可达性分析，综合了一种构造正确的船舶自动停靠控制器。(2020) 提出了一种混合动力系统形式的自主船舶控制器，并使用自动定理证明器来验证一些安全不变量。本文旨在通过首先进行高级介绍，引起海事界对 FM 的关注。接下来，我们回顾当前海事控制系统设计和验证的实践，并讨论一些走向自主化的需求。然后，我们在三个特定用例中激励并演示了 FM 的使用，以满足这些需求。最后，我们讨论一下 FM 的一些局限性。
霍金辐射的熵
在这篇评论中，我们讨论了黑洞信息悖论方面的一些最新进展。在深入研究之前，让我们先讨论一下总体动机。研究量子引力的主要动机之一是了解宇宙的最初时刻，我们预计量子效应占主导地位。在寻找这一理论时，最好考虑更简单的问题。一个更简单的问题涉及黑洞。它们的内部也包含一个奇点。这是一个各向异性的大挤压奇点，但这也是量子引力必不可少的情况，因此很难分析。然而，黑洞为我们提供了从外部研究它们的机会。这更简单，因为远离黑洞我们可以忽略引力的影响，我们可以想象提出尖锐的问题，从远处探测黑洞。这些问题之一将成为这篇评论的主题。我们希望，通过研究这些问题，我们最终能够理解黑洞奇点，并为大爆炸吸取一些教训，但我们不会在这里这样做。70 年代对黑洞的研究表明，黑洞表现为热物体。它们的温度会导致霍金辐射。它们还具有由视界面积决定的熵。这表明，从外部的角度来看，它们可以被视为一个普通的量子系统。霍金通过我们现在所知的“霍金信息悖论”反对这一想法。他认为黑洞会破坏量子信息，而宇宙的冯·诺依曼熵会因黑洞形成和蒸发的过程而增加。90 年代使用弦理论（一种量子引力理论）的结果为研究非常具体的引力理论的这一问题提供了一些精确的方法。这些结果强烈表明信息确实会出现。然而，目前的理解需要量子系统具有某些对偶性，而时空的几何形状并不明显。在过去的 15 年中，人们对引力系统的冯·诺依曼熵有了更好的理解。熵的计算也涉及表面面积，但表面不是视界。它是一个使广义熵最小化的曲面。这个公式几乎和黑洞熵的贝肯斯坦公式一样简单 [1,2]。最近，该公式被应用于黑洞信息问题，提供了一种计算霍金辐射熵的新方法 [3,4]。最终结果与霍金的结果不同，但与幺正演化一致。细粒度熵公式的第一个版本由 Ryu 和 Takayanagi [5] 发现。随后，许多作者对其进行了改进和推广 [3,4,6–11]。最初，Ryu-Takayanagi公式被提出来计算反德西特时空中的全息纠缠熵，但目前对这个公式的理解更为普遍。它既不需要全息术，也不需要纠缠，也不需要反德西特时空。相反，它是与引力耦合的量子系统的细粒度熵的通用公式。
瑞典电力市场的差价合约 (CFD)
2023 年 3 月，欧盟 (EU) 提议对电力市场设计进行改革。这项改革包括基于双向差价合约 (CfD) 的非化石燃料发电支持规则。欧盟市场设计提案允许每个成员国在差价合约的设计方面有一定的灵活性，前提是差价合约旨在保持发电设施高效运营和积极参与电力市场的激励。差价合约为低碳发电机提供收入保障，增强生产者和消费者的长期稳定性。然而，这可能会通过减少市场激励来破坏市场动态。为了解决这个问题，ENTSO-E 和其他实体提议将差价合约报酬与注入脱钩，例如在金融差价合约或基于能力的差价合约中，支持与实际工厂产量无关。从政府的角度来看，差价合约对差价合约支持计划的年度成本（收益）存在相当大的不确定性，因为这取决于市场价格水平。为了解决这个问题，某些差价合约计划采用了诸如累计支付上限等措施。另一种建议是同时使用上限和底价，而不是单一的执行价格。在这种设置下，底价确保发电厂获得最低收入，而上限则防止暴利。在设计机制之前，确定差价合约的目标至关重要，因为其设计会影响政策目标。设计选择，如地理和技术细节，应与这些目标保持一致。Tidö 协议提倡技术中立，促进无化石技术之间的公平性。本报告提供了有关如何设计技术中立的差价合约招标的总体指导。差价合约还可用于采购特定地点的容量，例如核电站或海上风电场的特定地点，或更广泛的地理区域，如价格区。以这种方式应用，差价合约提供了一种确保供需之间更好平衡的工具，作为实现瑞典政府协调瑞典批发电价目标的一种手段。瑞典 TSO Svenska Kraftnät 表示担心，纯能源市场可能无法提供必要的供应安全水平。因此，它提倡建立市场范围的容量机制。差价合约应主要限于低碳、非化石燃料技术，这些技术具有低且稳定的运营成本，通常不会为电力系统提供灵活性。然而，有必要讨论一下，使用差价合约来刺激对核能和海上风电等基荷技术的投资，是否可能减少对市场范围容量机制的需求。此外，差价合约和容量市场都具有共同的目的，即保护消费者免受高电价的影响。为了避免对发电厂进行双重补偿，评估在差价合约下签订的容量在容量市场上的报酬方式至关重要。关键词
经济发展如何影响环境
减少全球贫困、遏制气候变化和环境恶化是当今人类面临的两大重要挑战。这些问题相互交织。气候变化威胁着经济繁荣，尤其是在低收入国家，它危及脆弱人群的生计和健康。此外，正如环境变化会对经济产生影响一样，经济变化也会影响环境。例如，随着平均家庭收入的提高，越来越多的人买得起汽车和大房子，因此他们的碳足迹也会扩大。本综述重点关注连接这些挑战的两个因果关系方向之一：经济发展如何影响环境。如果最大化经济繁荣的选择也能最大化环境质量，那将是幸运的。难以忽视的事实是，这种完美的结合很少发生。因此，个人和社会往往必须在经济增长和环境保护之间做出权衡。但这并不意味着经济发展总是对环境有害。发展可以扩大我们可用的选择范围——例如，如果发明了一种新的、更清洁的能源生产方式。经济繁荣还可以增强人们放弃部分收入以获得更清洁环境的意愿。没有人会只追求经济繁荣，随着人们生活水平的提高，他们可以在不牺牲基本需求的情况下优先考虑环境。此外，经济发展并不是一股单一的力量。它以无数种方式表现出来，影响着各种各样的行为。因此，它对环境质量的影响并不统一。制造业主导的经济增长往往会增加空气污染，而服务业的扩张可能不会。就本文而言，我认为经济发展是指一系列通常带来更大经济繁荣或伴随更大经济繁荣的现象，例如更高的平均家庭收入、更发达的资本市场和更好的物质基础设施。从理论上讲，发展的每个要素都可以加速或减缓环境恶化；即使是逐个要素，经济发展与环境之间的关系也是微妙的。发展经济学和环境经济学交叉领域的大量研究已经研究了经济发展的不同要素如何影响环境。这些文献共同提供了对经济发展如何以及在何种情况下有助于或损害环境质量不同维度的理解。在本文中，我回顾了这项研究，重点关注过去十年使用基于设计的推理的微观实证研究。基于设计的推理是指用于估计影响的解释因素的变化是随机的或仿佛随机的，源于实验，不连续性，或研究人员讨论并证明为外生的其他特定来源。此纳入标准缩小了审查范围；对于某些主题，几乎没有符合该标准的研究。例如，我省略了人口增长如何影响环境的讨论，尽管生育率下降是经济发展可以减轻环境压力的重要力量。同样，我不讨论城市化的影响。话虽如此，在我讨论的主题中，我偶尔会放宽纳入标准，以讨论代表重要问题最令人信服的证据的研究。在第 2 节中，我介绍了经济发展与环境质量之间联系的描述性证据，并讨论了环境库兹涅茨曲线 (EKC) 假设。在第 3 节中，我讨论了收入增长和资本获取对环境的影响的证据。第 4 节重点介绍技术进步和基础设施。在第 5 节中，我转向经常伴随经济发展的制度变革，特别是加强产权、提高监管能力、贸易开放和市场竞争。最后，我讨论一下文献中的一些未解决的研究问题。