信息物理融合系统的结构与特征

赖丹丹 张立臣

摘要 随着现代科学技术的不断发展创新，信息物理融合系统作为将电子计算机技术和物理科学密切结合的科技产物，从根本上改变了人们和物理科学的交流模式。现阶段，信息物理融合系统已经成为人们日常工作生活中的一部分，为人们的工作和生活提供了极大地便利，本文主要从信息物理融合系统的理论支持体系着手，进一步分析了信息物理融合系统的整体结构，并总结了信息物理融合系统的主要特征，望对我国未来信息物理融合系统的研究与发展提供相应借鉴。

【关键词】信息物理融合系统 物理科学 分析研究

1 信息物理融合系统的理论支持体系

信息物理融合系统，也就是现阶段人们常说的CPS技术，利用计算、通讯以及调控技术有机结合，从而将电子计算机资源和物理学科密切地融合在一起，形成崭新的智能系统。微观层面，信息物理融合系统在物理学科中应用了电子计算机和通讯内核，以满足电子计算机程序和物理系统全面朝着一体化方向发展，二者有机结合，利用反馈循环的方法互相影响，满足了嵌入式的互联网络对物理系统程序进行实时稳定地检测和调控。宏观层面，信息物理融合系统工作在不同时间和空间的分布式、异布系统中，涵盖了感知、决策以及调控等类型的可编辑程序，各个子系统利用有限或无限通讯手段，凭借网络基础设备进行相互协调工作，有效满足了对物理系统的远程协调感知，从而为人们提有效服务。

2 信息物理融合系统的整体结构

信息物理融合系统基础组件中包含传感设备、执行设备以及决策调控设备。其中，传感设备是一类嵌入式器材，可以精准地检测到外部讯号、光、热等物理信息以及烟雾等化学成分;执行设备也是嵌入式器材，可以在第一时间接收到调控命令，并对调控对象加以处理而决策调控设备则是一类逻辑调控器材，可以依据用户自定义的语序生成调控逻辑。基础组件的协调结合运行，组合形成了循环调控体制，进一步形成了信息物理融合系统的基础性能邏辑层面，进而执行最基础的检测和调控性能，系统实际运行过程中，传感设备和执行设备是物理计算空间纬度的接入端，决策调控层面依据调控规则安排检测工作，进而再将所收集到的数据信息反馈到决策调控层面，作为调控规则算法的录入经过计算获取调控命令，进而执行设备再依据调控命令对物理对象进行调控。信息物理融合系统，主要运行在不同时间、空间纬度内的闭环或多闭环系统，传感、决策我以及调控执行子系统具备不在同一位置，逻辑方面密切耦合的基础性能单元主要通过具备较强计算资源和数据资源的网络基本设备共同形成信息物理融合结构，从而满足本地区或远程检测和影响物理环境。现阶段，常见的信息物理融合系统普遍由决策层、网络层以及物理层共同构成，其中，决策层利用语序逻辑计算满足各类用户、传感以及调控系统之间的逻辑思维耦合;网络层利用网络传送计算连通信息物理融合系统在不同时间、空间纬度内的子系统而物理层则是信息物理融合系统和物理学科的主要连接端，以确保系统的整体传感和调控核算。实际运行工作中，海量的传感设备通过无线通讯的方法自行组成网络，协调完成对物理环境或物理对象的检测传感，传感设备网络对相应信息做深入的信息融合处理，并将所得数据利用网络基本设备传送给决策调控层，再和执行设备利用网络化技术来实现共同调控，从而保证系统运行的有效性。

3 信息物理融合系统的主要特征

信息物理融合系统和传统实时嵌入式系统所检测到的数据收集系统差异较大，信息物理融合系统整体虚拟性较强，而局部却偏物理性，局部物理空间出现的感知和调控，能够跨越整体虚拟网络，从而被安全、稳定、及时地检测到。与此同时，信息物理融合系统具备较强的嵌入性，传感设备和执行设备让计算深入到每一个物理组件当中，甚至深入物质当中，让物理设备自身具有计算、通讯、调控、远距离协调以及自治等性能，极大地便捷了计算方式。系统运行过程中，物理环境和对象形态的变化形成了信息物理融合系统事件，进一步形成触发事件、传感事件、进行决策、实施调控以及最终闭环，因此具备较强的事件驱动性。同时，在实际运行中，会主动形成以数据为中心的信息物理融合层面的组件与子系统，均围绕数据结合向上提供服务，并沿物理世界接口位置传送到用户途径上，进而提高抽象级，让用户获得全面准确的事件数据。除此之外，信息物理系统还具备强大的时间关键性、安全关键性、异构性、可信赖性以及领域相关性。时间关键性，系统对时间的要求较高，数据收集和提交的实时性直接决定着决策的准确程度;安全关键性，信息物理融合系统整体规模较大，运行过程比较复杂，因此实际运行中，信息物理融合系统自身具备较强的保障和安全性能;异构性，信息物理融合系统中涵盖诸多性能和结构不同的子系统，各个子系统之间务必要利用有线或无线通讯方式进行协调后再运行;可信赖性，物理世界具备一定的不可预测性，因此，技术人员务必要确保信息物理融合系统的鲁棒性，同时务必具备较强的可靠性、可扩展性以及适应性，才能够确保系统运行的稳定性主动性，信息物理融合系统实际应用中，务必要基于工程应用工作，例如汽车、石油化工以及民用基础行业等等，因此，技术人员务必要深入研究系统的领域相关性，才能够确保安全、集中进行调控，从而确保信息物理融合系统应用的有效性。

4 结束语

近年来，我国社会经济水平不断提高，科学技术得到了前所未有的创新发展，信息物理融合系统的研发与应用，极大地改变了人们和物理学科的沟通交流方式，全面地满足了电子计算机资源和物理学科的密切联系。随着时代发展和进步，为确保信息物理融合系统应用的有效性，相关领域研究人员务必要加强信息物理融合系统的深入研发，积极利用现代科学技术，不断加强系统的技术创新，从而进一步促进信息物理融合系统的开发与利用。

参考文献

[1]王雯萱，王凯，浅析信息物理融合系统（CPS）[J].电子技术与软件工程，2017 （14）：10.

[2]范萍伟，基于信息物理融合系统（CPS）的污染控制及仿真[D]，南京邮电大学，2013.

[3]黎作鹏，张天驰，张菁，信息物理融合系统（CPS）研究综述[J].计算机科学，2011，38 （09）： 25-31.