信息物理融合在交通中的应用
徐国智
Cyber-Physical Systems Applied in Transportation
Guozhi Xu
摘要：信息物理融合系统(CPS)是一类集成了计算系统、通信网络、传感器网络、控制系统和物理系统的新型互联系统。将CPS有效应用于交通运输能够提高道路安全与效率。交通信息物理系统作为信息物理系统在交通领域的具体应用，是下一代智能交通系统(ITS)发展的关键技术，具备CPS信息世界与物理世界深度融合的特点，为ITS的发展提供了新的思路和方向，受到越来越多研究机构和学者的关注。本文首先简要介绍CPS系统的定义、构成，对CPS在交通领域的应用进行了介绍，并探讨了实现交通CPS所面临的关键技术挑战。
关键词：信息物理融合系统；智能交通系统；应用；关键技术
ABSTRACT:Cyber-physical system(CPS) is a new kind of interconnected system which integrates the computer system, communication network, sensor network, control system and physical system. Applying the CPS to transportation could effectively improving road safety and efficiency. Transportation Cyber-Physical System is one of the important sub-syste ms of Cyber-Physical System, which is used in the field of Intelligent Transportation System (ITS). It has the characteri stic of CPS that computation world and physical world are deeply integrated, which provides new ideas and directions f or the development of ITS, and has aroused more and more concern by institutions and scholars. This paper introduces the definition and architecture of the CPS, then the CPS applications in the field of traffic are presented. At last the ke -y technology to realize traffic CPS and the challenges will be faced are discussed.
KEY WORDS：cyber-physical system; intelligent transportation system; application; key technology
0 引言
随着物联网、传感器网络、嵌入式系统和计算智能等技术的发展，信息世界和物理世界的交互、协同和融合在不断加强。人们对于各种复杂系统和计算设备的需求已不仅仅局限于系统功能的扩充，而是更关注系统中各种计算元素和物理元素之间的紧密结合，以及在动态不确定事件作用下的相互协调。系统资源的合理有效调配和运行时的实时、可靠、高效，内部实体间平等有效的通讯以及各实体自主感知、自主调节和高度自治，正在成为新的需求。在这种需求的引导下，信息物理融合系统(Cyber－physical systems，CPS)作为一种新型智能系统应运而生[1,2]。CPS的理念最早由美国国家科学基金会(NSF)在2005年提出。根据NSF的定义[3]，CPS是将计算与物理资源紧密结合所构成的系统。更具体地讲，CPS是集成了计算系统、大规模通信网络、大规模传感器网络、控制系统和物理系统的新型互联系统。CPS应具有对大规模互联物理系统进行实时监视、仿真、分析和控制的能力，最终目标是使未来的物理系统具有灵活性、自治性、高效率、高可靠性和高安全性[3,4]。CPS的概念一经提出便得到了广泛关注，各国学者和科研人员从CPS的理论方法、相关组件、运行环境、系统设计和实现等不同层面对CPS进行了探讨，并在并在计算机、通信、控制、生物、交通、物流、制造、能源、医疗、军事、基础设施建设等多个领域展开了相关的研究工作[5-7]。
目前，城市交通的发展，尤其在我国成爆炸式增长，由此引发了道路车辆拥挤、交通事故频发、交通环境不断恶化等问题，这些问题对交通系统的可靠性、安全性、经济性、舒适性及运行
效率等提出了更高的要求，交通系统的智能化问题已成为社会各界普遍关注的热点。智能交通系统(Intelligent Transportation System, ITS)[8]是将先进的信息技术、通讯技术、传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。要实现上述目标，就必须实现信息在交通系统中的双向流动和有效利用，并在此基础上提高对系统的感知和控制能力。交通CPS不仅应能够实现交通信息系统与交通操作系统的无缝通信，并可在统一的标准下与其他CPS子系统实现信息共享和协同。
本文首先介绍CPS及其在交通领域的应用，讨论了交通CPS中所涉及到的关键技术，并给出几种具体的应用，最后对交通CPS的应用前景进行了展望。
1 CPS概述
1.1 CPS的定义
CPS是一个崭新的研究领域，其定义还在不断发展与完善之中，根据文献[9]给出定义，CPS 是具有下述特点的系统：
1) 该系统由计算设备、通信网络、传感设备与物理设备共同组成。所有设备相互协同和相互影响，共同决定整个系统的功能和行为特征。
2) 由于系统的计算/信息处理过程和物理过程紧密结合并相互影响，这导致无法区分系统的某个行为究竟是计算过程还是物理过程作用的结果。
CPS强调的是信息世界与物理世界的深度融合，并将通信和计算、控制视为同等地位予以重视。其间的关系如图1所示。传统的系统虽然也涉及通信过程，如一些工控应用系统也具有联网和通信的功能，但其网络内部各独立子系统或设备难以通过开放总线或互联网进行互联。而CPS 则把通信放在与计算和控制同等地位上，这是因为CPS强调的分布式应用系统中物理设备之间的协调离不开通信[4]。
图1 CPS中计算
中计算、、通信和控制的关系
Fig.1 Relations Among Computation, Communication
and Control in CPS
1.2 交通领域中CPS的研究现状.
目前交通领域CPS的研究多处于探索阶段。2008年，NSF等机构联合举办了关于交通运输系统CPS的研讨会，促使交通领域的CPS得到了广泛关注，许多学者已经陆续开展了一些工作。
(1)在设备计算方面，Sitbon等[10]认为随着小型化设备数量不断增加，计算能力不断增强，从设备的角度看，实现城市规模检测成为可能。Garlan等[11]认为在所有的交通运输系统中，关于在车辆性能、特征及油耗方面进行改进的需求都呈现出日益增长的趋势，CPS技术将为这方面的需求提供新的途径。Clarke等[12]指出CPS在交通运输系统中的监管和安全控制功能方面起着越来越重要的作用，这将有助于交通运输系统中的实际控制决策。
(2)在结构组成方面，Tiwari[13]认为T-CPS包括控制其软件、通信网络和物理装置之间的交互过程。Gaddam等[14]提出CPS包括2个重要的组成部分，即物理过程和网络系统。网络系统由一些具有感知、计算和通信能力的微装置构成，典型的物理过程受到网络系统的监控。同时，Pu[15]指出作为CPS的一个典型应用，智能交通系统由物理和网络两方面构成，物理方面是指不同运输模式之间的物理互操作性，包括一些采集装置等物理设备，网络方面是指交通信息的集成与整合。
应当指出的是，NSF等机构于2008年举行的交通运输系统CPS研讨会只是一个小范围的研讨，与会学者也仅是就CPS的概念结合自己的研究工作提出了一些宏观层面的设想，尚未进行实质的研究。作为CPS重要应用领域的交通系统，目前的研究尚未给出一个完整清晰的T-CPS 的基本架构。
2 实现T-CPS的关键技术
实现T-CPS要面临以下几点关键技术的挑战。
2.1海量信息资源的安全共享与管理技术
T-CPS的海量数据来自于不同的感知设备，通过不同的传输介质传输到数据处理中心，数据格式和数据类型存在差异，因此，各种类型的数据信息接入数据处理中心的方法各不相同。而且，由于感知层所获取的海量数据中存在大量冗余信息，为了提高数据传输效率，需要对冗余数据进行处理。此外，T-CPS是由通过网络互联的大量物理设备组成的。由于T-CPS一般覆盖广阔的地域，系统中的信息设备和物理设备一般分属于很多不同的所有者(如运输企业、政府部门等)。T-CPS既要让参与者能及时获得需要的信息，又要确保他们只能严格按照其权限获取信息。因此，研究海量信息的处理技术以及设计科学的信息共享和协同机制是实现T-CPS的一个重要的环节。
2.2交通信息系统和交通物理系统深度融合技术
T-CPS不是交通信息系统与交通物理系统的简单结合，而是两者全方位的深度融合。在实际交通物理系统中，物理对象的参数(车辆的速度、流量和密度等)均是随时间连续变化的，而在交通信息系统中，交通信息的通信与计算等过程却是离散的。因此，如何实现物理系统中连续变化参数与信息系统中离散变化变量之间的深度融合，提高T-CPS的可靠度、运行效率等指标也是T-CPS实现的一个技术难题。
2.3交通信息传输时间和空间分离技术
在实际交通系统中，任何交通事件的发生在时间和空间上均是分离的，而信息系统在传输信息过程中却是时空同时进行的。另外，计算和通信系统本身是一个非常复杂的物理系统，甚至有些情况下，通信系统的复杂性远高于所要控制的物理系统，为了达到对大量数据流的高可靠实时通信要求，其数据交换设备往往比各接入终端还要复杂。因此，如何使交通通信系统中各个数据流在传输通道上具有时间和空间的分离组合性，实现高度可靠的实时传输性能，是实现高性能T-CPS的关键。
3 交通CPS的实际应用
交通CPS通过计算、通信与物理系统的一体化设计，以使系统更加可靠和高效，并与云计算结合，为驾驶员为提供安全舒适的驾驶，改善驾驶环境。交通CPS包括三层：感知层、网络层和应用层。其系统框架图如图2所示，车内各种传感器和智能手机等形成感知层，完成对道路、车辆信息和驾驶习惯数据的采集；车内传输节点(V 节点)和路边汇聚节点(I节点)构成网络层，负责数据传输，其传输模式包括V2V、V2I 和I2V；汇聚节点完成数据归类融合，加入用于云计算平台处理的簇头，并接入汽车云计算平台，从而组成应用层，云计算平台完成海量数据的分析、处理和存储，汽车可以通过各类公共网络接入平台并获得综合信息服务。
当车辆发生异常事件时，T-CPS 系统中的车载传感器设备对当前道路状况、车辆信息和驾驶行为等数据完成实时采集，采集的数据一方面通过车内模型预测通过V2V传播，实现实时告警；另一方面则通过V2I 将采集数据传输至汇聚点，上传到云平台，进行海量数据的存储和处理，为驾驶情况评估提供数据处理能力，对整个实时路况进行分析，并将其应用于路径计算和实时导航服务。
图2 T-CPS系统框架图
Fig.2 T-CPS Architecture
3.1城市交通拥堵的缓解
城市交通拥堵一般涉及时间域和空间域的信息，而拥堵问题很大程度上是由于没有较好地利用现有交通信息造成的。在时间域方面，一个交通堵点的运行状态一般是随着时间演化的，堵点并不是一直呈现拥堵状态。比如，上班早高峰和下班晚高峰一般是堵点拥堵程度最大的时间节点，其他时间节点的拥堵程度稍好。在空间域方
面，交通拥堵节点的空间分布具有一定特点，堵点一般发生在人群和商业较为密集或路况十分复杂的地方，比如商业街的入口和出口、大型交叉路口、桥梁和隧道的入口和出口等地方。应用T-CPS，可以通过感知层感知堵点处的交通信息，经过海量信息处理提取有效信息，然后输送至控制中心进行决策分析，可以采取强制措施(红绿灯控制)和指导措施(VMS及LED诱导)2种策略予以疏导，从而缓解交通拥堵。
3.2车辆安全的实时监控
随着城市化的发展，现在的“两客一危”车辆(长途客车、高速客车及危险品运输车)运输行业发展迅速，如何实现变被动安全管理模式为主动消除安全隐患模式的转变是车辆安全运输的关键。T-CPS可以通过GPS定位，实时获取“两客一危”车辆的相关信息(如位置、速度、方向、与前车的距离、相对速度、车道线信息、当前车辆地理位置和海拔高度等)，进而通过可靠的通讯网络将实时数据传输到控制中心，同时，控制中心也可以将检测到的误操作或安全隐患等警报或预警信息及时回传给驾驶人，从而有效控制“两客一危”车辆的安全事故。
3.3交通节能减排
城市低碳经济的发展必然要求城市交通的人－车－路处于协调发展的环境中，而在人－车－路协调发展过程中，车辆能耗/排放与其运行工况之间具有密切关系，道路交通系统的车辆能耗/排放随车辆运行工况的变化而不断演变。在低碳经济和可持续发展背景下，从系统论的观点看，掌握协调交通环境下路段中车辆的整体能耗/排放演变规律显得尤为重要。T-CPS可以根据驾驶人的操作意图，设计多目标的分层控制系统，包括行驶环境、车辆和驾驶人状态信息识别，基于安全与经济性的车辆轨迹预测，基于预测控制的车辆经济性控制和车辆安全一体化控制，车辆底层部件协调控制等分层控制系统，通过环境及车辆信息识别及预测，综合协调整车各子系统，同时实现车辆最优的安全性、燃油经济性、低排放和行驶舒适性。
3.4车路协同
车路协同系统(Cooperative Vehicle In -frastructure System，CVIS)是基于无线通信、传感检测等技术获取车辆和道路信息，通过车车、车路协同通信(Dedicated Short-Range Communication, DSRC)进行交互和共享，实现车辆和道路基础设施之间智能协同与配合，达到优化利用交通系统资源、提高道路交通安全、缓解交通拥堵的目标。T-CPS可以深度整合智能车辆技术、智能路侧系统技术和车车/车路协同通信交互技术，变被动处理交通事故方式为主动的安全保障，有效减少交通系统各种碰撞事故，提高交通系统的运输效率。
3.5无人自动驾驶车辆
无人自动驾驶车辆，也称智能车，是室外轮式移动机器人在交通领域的重要应用。无人自动驾驶车辆具有灵活性搞、建设成本低、运营成本低、环保等优点，在城市交通、军事用途和高速公路环境等方面均有广泛的应用前景[16]。研究表明，驾驶员90%以上的信息是通过研究获得的，而T-CPS系统可以通过精确的视觉导航技术、智能PID车体控制技术、安全保障技术、可靠的车间通信技术、调度技术等，来实现无人自动驾驶车辆的可靠运行，以降低交通事故发生率和提高交通系统运行效率。
4 总结
交通CPS一方面作为CPS的一个具体领域，研究交通CPS能够为CPS理论发展提供基础；另一方面，交通CPS 将是下一代智能交通系统发展的重要方向，是解决现有交通问题的客观需要。
文中基于CPS概念并结合交通系统具有海量的交通信息、物理感知设备多等特点，介绍了T-CPS的基本架构。一方面作为CPS应用领域的一个子系统，T-CPS具有与CPS很多相似的特征，由于T-CPS针对实际的交通系统，研究T-CPS 可以为CPS发展提供应用基础；另一方面，T-CPS 将成为下一代ITS发展的重要方向，研究T-CPS 可以为解决现有的交通问题提供新的技术支撑。然而必须指出，T-CPS作为一个崭新的研究领域，需要更多的研究来支撑T-CPS发挥实际应用。
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收稿日期：2013-05-02；修回日期：2013-06-24。 基金项目：国家863计划项目（2012AA050803）；新能源电力系统国家重点实验室开放课题（LAPS13009）。 作者简介：许少伦（1978－），男，山东临沂人，工程师，博士研究生，主要研究方向：信息物理融合系统、SCADA 、智能电网；严正（1964－）， 男，江西赣州人，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统优化运行、电力系统稳定分析、智能电网；张良（1990－），男，山东济宁人，硕士研究生，主要研究方向：电力系统分析和计算；唐聪（1988－），男，江苏南通人，硕士研究生，主要研究方向：电力系统分析和计算。 文章编号：1001-9081（2013）S2-0001-05 信息物理融合系统的特性、架构及研究挑战 许少伦 1，2* ，严 正1，2 ，张良1，2 ，唐 聪 1，2 （1．电力传输与功率变换控制教育部重点实验室（上海交通大学），上海200240； 2．上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海200240） (*通信作者电子邮箱slxu@sjtu．edu．cn) 摘要：近年来，信息物理融合系统（CPS ）已成为国内外学术界和科技界研究的重要方向，被认为是继计算机、互 联网之后世界信息技术的第三次浪潮。CPS 是一个多维、 异构、深度融合的开放式系统，涉及计算机、通信、控制等多个学科的知识， 由于各个学科领域在研究理论和方法上存在明显不同，所以给CPS 的应用研究带来了极大的挑战。基于此背景，从整体的角度对CPS 进行综合阐述，首先介绍CPS 的定义、主要特性以及国内外的应用研究现状，之后阐述CPS 的典型组成架构、抽象框架以及CPS 节点的主要构成，最后以电力、能源行业的CPS 应用研究为主线，从系统理论基础、建模、仿真、设计开发以及其核心组成部分（计算、通信、控制）等多个方面论述了目前CPS 研究过程中所面临的主要挑战和初步解决方案。 关键词：信息物理融合系统；系统架构；信息抽象；CPS 节点；网络融合中图分类号：TP393 文献标志码：A Cyber physical system:features，architecture，and research challenges XU Shaolun 1，2* ，YAN Zheng 1，2，ZHANG Liang 1，2，TANG Cong 1，2 (1．Key Laboratory of Control of Power Transmission and Conversion，Ministry of Education (Shanghai Jiao Tong University )，Shanghai 200240，China ; 2．School of Electronic Information and Electrical Engineering，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China ) Abstract:In recent years，Cyber-Physical System (CPS)has become an important research direction of the academic and scientific fields．It is considered to be the third wave of the information technology．CPS is a multi-dimensional，heterogeneous，deeply integrated open system，including lots of knowledge from domains of computer，communication and control．The significant differences in the theory and methods of these subjects bring great challenges to the research of CPS．Based on this，the definition，main features and the domestic and international research status were introduced．Next，the system architecture，abstraction strategy and CPS node module were illustrated．Finally，taking the research on the power and energy industries as the main line，the research challenges in system theory，modeling，simulation，design，development of CPS and its core components (computing，communication and control)were presented in detail． Key words:Cyber-Physical System (CPS );system architecture;information abstraction;CPS node;network convergence 0引言 随着计算机技术、网络通信技术的发展，以及现代工业需 求的提高， 对物理设备提出了信息化和网络化的需求，由于传统的嵌入式系统是封闭的，并没有外留运算接口，不能满足现在物理设备可控、 可信和可扩展等功能需求，这使得对计算单元与物理对象通过通信网络高度耦合的大型复杂系统的研究出现并得到发展。这类集计算、通信和控制能力于一体的信息物理融合系统（Cyber-Physical System ，CPS ）已成为当今工业信息化发展的新趋势。 CPS 不同于现有的传感器嵌入式系统，也不同于传统的计算机控制系统，它是一种全新的设计理念，其建设目标是实现信息世界和物理世界的完全融合，构建一个可控、可信、可扩展并且安全高效的CPS 网络，并最终从根本上改变人类构 建工程物理系统的方式。 本文首先介绍CPS 的定义、特性以及国内外的应用研究现状， 之后阐述了CPS 的典型组成架构和CPS 节点，最后从多个方面论述了电力、能源等大型基础设施行业的CPS 应用研究过程中所面临的主要挑战。 1 信息物理融合系统概述 1．1 信息物理融合系统的定义 信息物理融合系统的概念最早是由美国国家基金委员会 于2006年提出，国内外的学者和研究机构分别从不同的角度对CPS 进行了描述，其中将比较综合、全面的说法简述如下： 美国国家基金委员会提出 ：“CPS 是一种计算资源和物理资源紧密结合和协作的系统。未来的CPS 在适应性、自主性、效率、功能、可靠性、安全性和可用性方面均将远远超过现 Journal of Computer Applications 计算机应用，2013，33(S2):1－5，45ISSN 1001-9081CODEN JYIIDU 2013-12-31 http://www．joca．cn
《信息—物理融合系统》系列论文阅读报告 ACM Matrix_68 一.论文的基本信息 篇名：信息—物理融合系统 著者：何积丰李宣东 刊名：中国计算机学会通讯 卷期：第九卷第七期 出版年月：2013年7月 二.论文要解决的问题及其重要性 1.问题： 信息—物理融合系统(cyber physical system,CPS) 与传统的嵌入式系统不同，着重考量计算部件与物理环境的有机融合，将现有的独立设备进行智能化连接，实现自适应的组网与交互，从而使系统之间实现相互感知、有效协同，根据任务需求对计算逻辑进行自动调整与配置。计算设备可以更精确地获取外界信息并实时做出针对性、智能化的反应，提高计算性能与质量，提供及时、精确、安全可靠的服务与控制，实现物理世界与信息世界的整合与统一。 2.重要性： CPS 自提出以来，短短数年间就获得国内外大量专家、学者的关注，被视为继计算机、互联网之后的又一重要里程碑，是国际信息技术竞争力新的制高点之一，被认为是未来20 年、乃至21 世纪最重要且最有可能改变人类社会的研究领域之一，具有重大战略意义。 三.论文介绍的主要内容以及解决方案 1.CPS行为建模及其仿真验证 建模方法：通过扩展传统的计算模型，使其具有同时描述计算过程和物理过程的能力，从而支持对CPS 行为的描述。基于服务的CPS 行为融合建模是将面向服务的建模方法引入CPS 建模之中，将物理过程、交互过程以及计算过程以服务的形式进行封装和集成，实现计算过程和物理过程的异构集成。将CPS 自底向上分为物理层、控制层和服务层。控制层是系统设计的关键，它从物理层得到服务请求，向服务层查询或者更新服务，之后再反馈给物理层，实现计算和物理的融合。黄健基于面向服务的体系结构的思想对CPS 中物理实体提供的服务进行建模，将物理实体作为服务的提供者，通过对物理实体的情景信息建模来解决物理实体提供服务的动态性和不确定性问题。
多源信息融合软件的设计与实现精编W O R D 版 IBM system office room 【A0816H-A0912AAAHH-GX8Q8-GNTHHJ8】
多源信息融合软件的设计与实现 摘要：针对多源信息类型不一致影响信息利用效率的问题，文章在分析传统多源数据融合模型的基础上，研究了多源信息融合软件的架构及相关技术，设计并开发的软件具有较高的实用价值。 关键词：多源信息；信息融合；软件开发 多源信息融合是通过将多种信源在空间上和时间上的互补与冗余信息依据某种优化准则组合起来，产生对特点对象的一致性解释与描述。数据融合技术是指利用计算机对获得的信息，在一定准则下加以自动分析、综合，以完成所需决策和评估任务而进行的信息处理技术。主要包括对各类信息源给出有用信息的采集、传输、综合、过滤、相关及合成，以便辅助人们进行态势/环境判定、规划、探测、验证。 数据格式统一是进行数据处理的前提。由于信息的来源多，数据格式类别差异较大，对于数据处理带来不便。多源信息融合软件能够实现多源异构数据信息整合，对于充分利用信息资源、提高数据处理系统性能具有实用价值。 1 多源数据融合模型 根据对输入信息的抽象或融合输出结果的不同，可以将信息融合分为不同的3级，包括数据级融合、特征级融合及决策级融合。 作为数据级的多源数据融合模型的结构如图1所示。多源数据经过数据清理、数据集成、数据变换，形成有效数据，通过数据处理形成数据挖掘分析等处理工作的有效数据。
数据清理是指去除源数据集中的噪声数据和无关数据，处理遗留数据和清洗脏数据，去除数据域的知识背景上的白噪声，考虑时间顺序和数据变化等。主要包括处理噪声数据，处理空值，纠正不一致数据等。 数据集成就是将多文件或多数据库运行环境中的异构数据进行合并处理，将多个数据源中的数据结合起来存放在一个一致的数据存储中。 数据变换就是将数据变换成统一的适合处理的形式。数据变换主要包括平滑、聚集、属性构造、数据泛化和规范化等内容。 2 多源信息融合软件设计 2.1 软件架构 多源信息融合软件的技术要求是实现多源异构数据向指定关系数据库进行可靠转换。就是按照指定关系数据库的表结构要求，实现多源异构数据的数据导入及格式转换问题。软件的组成框图如图2所示。软件主要包括2个主要模块，多源数据预处理模块和数据导入模块。数据预处理模块主要进行数据清理及格式转换，实现常用的数据（txt、xls、关系数据库等数据）转换为目标数据库支持的数据格式。数据导入实现指定类型数据转换为指定结构数据。 2.2 关键技术 为了保证多源信息软件的可靠运行，需解决数据类型的适应性和扩展性问题，以及数据转换的可靠性、可预制性、数据转换过程的可监督性问题。 2.2.1 基于模块化设计的类型转换
电力信息化融合与创新 6月28日，“2006年中国电力企业信息化发展高层论坛”暨“电力信息化标杆企业系列评选”结果发布会在四川省成都市举行。本次论坛在信息产业部中国电子信息产业发展研究院的支持下，由中国电力企业联合会科技服务中心和中国信息化推进联盟主办，赛迪顾问股份有限公司承办，这是赛迪顾问自2004、2005年承办电力企业信息化发展高层论坛以来的又一次关于电力企业信息化发展的盛会。 此次论坛以“标杆、融汇、创新”为主题，来自中国电力企业联合会、国家电网公司、南方电网公司、发电集团、各网省公司、供电企业、发电企业，以及IBM、用友IFS、Nokia、Oracle、浪潮集团、金思维、深信服等知名企业的领导与专家、专业咨询机构赛迪顾问的专家参加了本次会议，高峰互动、激荡智慧，就电力信息化标杆及电力信息化的热点问题进行了研讨。 本次会议的重要议程之一是发布2006年电力信息化标杆企业系列评选的结果。 一、电力信息化标杆企业评选背景 电力行业作为国民经济的支柱产业，在十一五期间将进入加速发展期。电力体制改革的深入推进和现代化电力企业建设的要求对信息化提出了全新要求，信息化将成为电力企业集团化运作、集约化发展、精细化管理的重要推动力，电力信息化将由调整期进入加速期。 面对新的发展阶段，电力信息化面临着机遇与挑战，如何构建坚强的IT架构、如何促使IT与业务融合、如何实现IT的有效管控、如何提升信息化的绩效，是电力信息化的新课题。电力信息化比以往更期待业界的交流与借鉴，更需要开拓思路与创新发展。 为促进电力行业企业信息化建设和应用水平的提高，推动电力信息化的健康发展，中国电力企业联合会科技服务中心会同中国电子信息产业发展研究院、中国信息化推进联盟开展了“电力信息化标杆企业系列评选”。评选工作于2005年11月宣布启动，2006年3月正式进入实施阶段。 二、关于标杆企业评选的指标体系 为了科学、合理的评价电力企业信息化发展水平，自2005年以来，由中国电力企业联合会科技服务中心和中国电子信息产业发展研究院组织、由赛迪顾问股份有限公司承担研制了“电力企业信息化水平评价指标体系”，2005年11月形成了指标体系的征求意见版，并组织电力行业信息化专家对该指标体系进行了研讨。指标体系是基于电力企业业务特征、电力信息化特征的深入研究而编制的，一级指标共包括五个方面:业务支持程度、信息技术水平、信息化绩效水平、IT管理能力、信息化持续发展能力。本届“电力信息化标杆企业系列评选”参考了该指标体系，并在评选过程中，对指标体系进行了完善，进一步基于不同类型电力企业特点，分别提出了适用于发电企业、电网企业、电力科研院所、电力建设企业的指标体系。 对于电力信息化解决方案，从解决方案对电力企业的业务支持能力、解决方案的技术性能与应用效果、方案提供商的实施与服务能力方面进行综合评估。 三、评选结果 经过企业申报材料收集、初评审核、现场调研、专家咨询、专家评审等环节的工作，历时4个月，最终评选出2006年电力信息化标杆企业48家、电力信息化创新企业3家、优秀信息化主管27位，电力信息化优秀解决方案提供商11家、电力信息化建设突出贡献企业2家。(评选结果名单见附录。) 四、标杆企业信息化特点 本届电力信息化标杆企业的发展水平在一定程度上反映了电力企业信息化发展的先进水平，从本届电力信息化标杆企业所反映的信息化水平来看，在业务支持、IT绩效、IT管理方面的能力有了显著提高。 1、信息技术对企业业务提供了全面支持，业务与IT融合程度高
ITS中的信息采集 简介 中的信息采集简介 姓名：何晓轩 学号：121604020016 专业：交通运输工程 年6月 2013 2013年
ITS ITS的概念 的概念ITS（Intelligient Transportation Systems) 利用最先进的信息、通讯技术实现交通的高度信息化，充分合理利用道路资源，实现车辆和行人在道路上的最佳流动，从而缓解道路的超负荷使用。出行者能有效调节自己的出行计划，分散拥挤路段的交通量，达到大幅度提高运输效率、安全性、舒适性并促进环境保护的目的。 实时、准确的交通信息采集是实现交通控制与管理、以及交通流诱导等应用的前提和关键。
交通信息的基础地位 ： 静态交通信息 静态交通信息： 相对固定不变的交通信 息。如：路网信息、交通基 础设施信息等。 ： 实时交通信息： 实时交通信息 随时间变化的交通流信 息。如交通流信息、交通事 故信息、加普通管制信息等。 交通信息采集主要关注 的是实时交通信息中的交通 流信息。如车流量、平均车 速、车辆定位、行程时间等。
当前主要采集技术 根据采集车辆是否与采集系统进行交互，交通信息采集技术分为两大类：独立式采集技术和协作式采集技术。 独立式： 感应线圈检测、地磁检测、微波检测、红外检测、视频检测。 协作式： 基于GPS定位的采集技术、基于RFID的采集技术、基于蜂窝网 络的采集技术。
感应线圈检测 感应线圈检测器是一种基于电磁感应原理的车辆检测器，它的感应器是埋在地面下通有一定工作电流的环形线圈，通过检测线圈电感量的变化达到检测车辆存在的目的。 可实现车流量、平均 车速、车道占有率、平均 车长、平均车间距等交通 信息检测。
交通信息采集技术综述 摘要：我们都知道，准确的交通信息采集是智能交通系统的基石。如何获得准确、实时的交通信息对ITS的应用效果起着至关重要的作用。而交通信息的采集又分为静态交通信息采集与动态交通信息采集。因此本文将分类介绍这两种交通信息所对应的采集技术，其中着重介绍动态交通信息技术采集，分析它们的优缺点与适用场所，并对交通信息采集技术的未来发展做出合理展望。 关键词：交通信息；采集技术；智能交通系统；动态；静态； Abstract:As we all know, the accurate traffic information collection is the foundation of Intelligent Transport System. How to obtain accurate and real-time traffic information plays an important role in ITS application. The traffic information collection is divided into two parts: static traffic information acquisition and dynamic traffic information collection. So this article will introduce classification of these two kinds of traffic information collection technology, which mainly focuses on dynamic traffic information collection, analysis the advantages and disadvantages of them and scope of application. Also, make reasonable forecast of the future development of traffic information collection technology. Key Words: traffic information; technology of collection; Intelligent Transport System; static; dynamic; 引言 20 世纪90 年代以来，智能交通系统（Intelligent Transportation System，ITS）得到了飞速发展，并日益成为提高运输效率、改善行车安全、减少空气污染的重要途径。实时、准确的交通信息采集是实现交通控制与管理，以及交通流诱导等应用的前提和关键。我们通常根据信息的变化程度，将交通信息分为2 种：静态交通信息和动态交通信息。其中，静态交通信息指短期内不会发生太大变化的交通信息，如路网信息、交通基础设施信息等；动态交通信息是指随时间变化的交通信息，如交通流信息、交通事故信息、环境状况信息等。而智能交通的信息采集主要关注的是动态交通信息中的交通流信息，如车流量、平均车速、车辆类型、车辆定位、行程时间等。对于上述不同类型的交通信息，采集技术种类很多，动态交通信息采集可分为非自动采集和自动采集两大类。非自动采集需要人工干预才能完成交通信息的采集，需要大量的人力和物力，不适用于长时间的观测，而且人工采集获得的动态交通信息很难满足ITS对交通信息的实时性要求。自动采集技术完全依靠采集设备自动感知道路上车辆的存在和通过，实现对交通流信息全方位、实时的采集。本文通过对各种动态交通信息自动采集技术进行比较研究，分析了各自所能采集的交通流参数及优缺点，并对自动采集技术的优化选用进行了分析，最后根据交通工程和信息技术的发展状况，对未来动态交通信息采集技术的发展方向进行了展望。 1.静态交通信息采集技术 金泰交通信息主要包括与道路交通规划、管理相关的一些比较固定的、在短
本次讲座主要讲了多源数据融合的定义、应用领域、所具有的优势、信息融合的级别、通用处理结构、主要技术方法、要解决的几个关键问题和未来的主要研究方向。下面就围绕这几个方面进行阐述。 多源信息融合是一种多层次，多方面的处理过程，包括对多源数据进行检测、相关、组合和估计，从而提高状态和身份估计的精度，以及对战场态势和威胁的重要程度进行实时完整的评估。简单说，多源信息融合就是对多源信息进行综合处理，从而得出更为准确、可靠的结论。例如我们感知天气，通过我们的体表感觉温度的高低，通过眼睛观察天气的晴朗或阴雨，通过耳朵听风的大小，然后将这些信息通过大脑的综合处理，对天气有一个总体的感知定位。 多源信息融合在各个领域都有着广泛的应用。如军事上进行战场监视、图像融合，包含医学图像融合等、工业智能机器人（对图像、声音、电磁等数据进行融合，以进行推理，从而完成任务）、空中交通管制（由导航设备、监事和控制设备、通信设备和人员四部分组成）、工业过程监控（过程诊断）、刑侦（将人的生物特征如指纹、虹膜、人脸、声音等信息进行融合，可提高对人身份识别的能力）、遥感等。 信息融合技术越来越受到人们的重视，这时因为它在信息处理方面具有一定的优势。增强系统的生存能力，也就是防破坏能力，改善系统的可靠性；可以在时间、空间上扩展覆盖范围；提高可信度，降低信息的模糊度，如可以使多传感器对同一目标或时间加以确定；提高空间分辨率，多传感器信息的合成可以获得比任一单传感器更高的分辨率；增加了测量空间的维数，从而使系统不易受到破坏。 信息融合的级别有多种分类方法，若按数据抽象的层次来分，可分为数据级融合、特征级融合和决策级融合。数据级融合是直接对传感器的观测数据进行融合处理，然后基于融合后的结果进行特征提取和判断决策。数据级融合的精度高，但由于数据量大，故处理的时间长，代价高，数据通信量大，抗干扰能力差，并且要求传感器是同类的。多应用在多源图像复合、同类雷达波形的直接合成等。特征级融合是先由每个传感器抽象出自己的特征向量（比如目标的边缘、方向、速度等信息），融合中心完成的是特征向量的融合处理。这种融合级别实现了可观的数据压缩，降低了通信带宽的要求，有利于实现实时处理，但却损失了一部分有用信息，使融合性能有所降低。决策级融合是先由每个传感器基于自己的数据作出决策，然后融合中心完成的使局部决策的融合处理。这种级别的融合数据损失量大，相对来讲精度低，但却抗干扰能力强，通信量小，对传感器依赖小，不要求同质传感器，融合中心处理代价低。 图1、集中式结构 多源数据融合的通用结构有集中式结构、分布式结构和混合式结构。集中式结构是所有传感器的数据直接送给融合中心进行处理，结构如图1所示。 分布式结构是融合中心收到的是经过局部处理的数据，结构如图2所示。混合式结构是
交通信息采集技术综述 摘要：智能交通系统的发展离不开交通采集信息的支持，交通信息采集技术的不断成熟与革新为交通信息处理和服务提供了丰富的交通数据资源。总结目前动态交通采集信息流行的采集技术及方法；并分析多种采集技术的优缺点，为面向交通信息利用的交通信息采集、预处理技术方法提供参考。 关键词：交通信息；采集技术；智能交通；检测技术；综述 Traffic Information Acquisition Technology Overview Abstract:The development of the intelligent transportation system cannot leave the support of gathering information,traffic information collection technology matures and innovation for traffic information processing and service provides a rich data resources.Summary of the current dynamic traffic popular gathering information acquisition technology and method;And analyzes the advantages and disadvantages of various acquisition technology,for traffic information using the method of traffic information collection,pretreatment technology to provide the reference. Key words:Traffic Information; Acquisition Technology; Intelligent Transportation; Detection Technology; Overview 0引言 交通信息是ITS顺利实施的重要前提，及时、准确地感知多源的交通信息对于ITS来说是至关重要的。目前，世界上很多大中城市都已经具备了实时采集、处理、分析和发布大规范道路网络的交通信息的能力。交通信息采集的必要性主要体现在以下三个方面：1.智能交通系统建设的需要，2.提供交通信息服务的需要，3.交通规划的需要。由此可见，交通信息的采集已成为交通管理监控活动的重要组成部分。 1交通信息主要采集技术 1.1微波雷达交通信息采集技术 1.1.1技术原理 微波雷达检测器可安装在路中央的半空，也可安装在路边。当车辆穿过雷达波覆盖区域时，车辆会将雷达波束反射至雷达天线，接收器通过雷达天线接收车辆的信息，包括车速、车流量、车长等数据。 1.1.2 技术介绍 常用的微波雷达检测技术包括微波检测、红外检测、超声波检测和激光检测。 微波检测器是一种工作在微波频段的雷达探测器，行驶的车辆反射由它发射的调频微波，反射波的频率由于多普勒效应会发生偏移，根据这种频率的偏移可以检测车流信息。 微波检测器采集系统由微波检测器、串口数据传输线、系统软件和固定支架构成。安装在支架上的检测器利用串口数据传输线与通信设备相连。微波检测器可以与控制中心的主控机进行通信，检测器将采集的交通数据发送至主控机，主控机可以对检测器进行参数的设定和故障检测。 微波检测器在恶劣的气候下性能出色，能够全天候工作；安装维护方便；使用寿命长。但是在车辆拥堵以及车辆分布不均的情况下，可能会漏记车辆的通过数据，测量精度会降低。 红外检测器是基于光学原理的车辆检测器，包括有主动和被动两种类型。 主动红外检测器可以发射有一定能量的红外线，如果有车辆经过，该红外线会被车辆反射回检测器。检测器通过对反射回来的红外线的能量分析，可以获得交通量、车速、排队长度等交通数据。 主动型红外检测器包括一个红外发光管和一个接收管。检测器的红外发射管向道路上辐射由调制脉冲发生器产生的调制脉冲。红外接收管接收由车辆反射回来的红外线脉冲，红外线脉冲被接收后，经红外调解器调解，经过选通，放大，整流和滤波后触发驱动器输出一个检测信号。 被动红外检测器利用的是车辆本身辐射的能量，它利用一个能量接收传感器检测在一定区域内经过的车辆的能量。根据接收能量的变化，被动红外检测器可以获得交通量，排队长度等交通数据。 红外检测器安装和维护较方便，具有快速准确的检测能力。缺点是受周围环境和气象的影响较大，工作现场的灰尘、冰雾会影响系统的正常工作，检测精度会降低，误检率较高。 超声波检测器利用车辆形状对超声波的影响，对车流量、车速以及道路占有率等交通信息进行采集，
附录A工业控制系统信息物理融合中的威胁 A.1感知层安全威胁 感知层主要由各种物理传感器、执行器等组成，是整个物理信息系统中信息的来源。为了适应多变的环境，网络节点多布置在无人监管的环境中，因此易被攻击者攻击。常见的针对感知层的攻击方式有： a)数据破坏：攻击者未经授权，对感知层获取的信息进行篡改、增删或破坏等； b)信息窃听：攻击者通过搭线或利用传输过程中的非法监听，造成数据隐私泄露等问 题； c)节点捕获：攻击者对部分网络节点进行控制，可能导致密钥泄露，危及整个系统的 通信安全。 A.2网络层安全威胁 网络层一般要接入网络，而接入网络本身就会给整个物理信息系统带来威胁。一方面，作为链接感知层和控制层的数据传输的通道，其中传输的信息易成为攻击者的目标；另一方面，由于接入网络，网络层易受到攻击。网络层的主要安全威胁如下： a)拒绝服务攻击：攻击者通过先向服务器发送大量请求，使得服务器缓冲区爆满而被 迫停止接受新的请求，使系统崩溃从而影响合法用户的使用； b)选择性转发：恶意节点在接收到数据后，不全部转发所有信息，而是将部分或全部 关键信息在转发过程中丢掉，破坏了数据的完整性； c)方向误导攻击：恶意节点在接收到数据包后，对其源地址和目的地址进行修改，使 得数据包沿错误路径发送出去，造成数据丢失或网络混乱。 A.3控制层安全威胁 控制层中数据库中存放着大量用户的隐私数据，因此在这一层中一旦发生攻击就会出现大量隐私泄漏的问题。针对应用层的主要威胁有： a)用户隐私泄漏：用户的所有的数据都存储在控制层中的数据库中，其中包含用户的 个人资料等隐私的数据都存放在数据库中，一旦数据库被攻陷，就会导致用户的隐 私产生泄漏，造成很严重的影响； b)恶意代码：恶意代码是指在运行过程中会对系统造成不良影响的代码库，攻击者一 般会将这些代码嵌入到注释中，脚本一旦在系统中运行，就会对系统造成严重的后 果； c)非授权访问：对于一个系统来说，会有各种权限的管理者，比如超级管理员，对该 系统有着最高的操作权限，一般管理员对该系统有部分的操作权限。非授权访问指 的就是攻击者在未经授权的情况下不合理的访问本系统，攻击者欺骗系统，进入到 本系统中对本系统执行一些恶意的操作就会对本系统产生严重的影响。
八、交通流信息采集系统设计 1.交通信息采集系统背景简介 交通信息是城市交通规划和交通管理的重要基础信息，通过获取全面的、丰富的、实时的交通信息不但可以把握城市道路的发展现状，而且可以对未来发展进行预测，为城市交通规划和交通管理部门的正确决策提供科学依据。交通信息服务也是智能交通系统功能的一个重要方面，未来智能交通系统先进的交通管理系统（ATMS）和先进的交通信息系统（ATIS）等都离不开交通信息，动态交通诱导功能是智能交通系统的核心之一，这一功能的实现也是以城市交通系统中实时交通信息为基础。因此，交通信息采集与处理技术无论对城市的交通规划、路网建设、交通管理，还是对未来智能交通系统功能的实现都是非常重要的，是城市交通发展规划和道路交通科学管理的重要建设内容。 现代化智能交通管理系统的建设过程中，实现交通状况的实时检测和判别是关键的一步，道路车辆数据采集器是交通信息数据重要的采集终端，主要功能是对于过往车辆进行计数、测速、车型分类，然后分析计算占道信息、单位时间内车流量、车流平均速度等，以此判断道路拥挤状况，然后通过通信接口，把采集到的数据按预定的时间处理周期发送到管理监控中心，为交通调度和交通事件告警提供决策服务。车流检测器伴随着智能交通系统技术的渐趋成熟而快速发展起来，独立的车检器在国外已经有80多年的历史。我国从上世纪90年代初开始逐步引入以线圈检测技术为代表的车辆检测器，经过十几年的发展，技术上基本走向成熟，性能价格比也很高，但在稳定性、抗干扰、检测灵敏度等方面还有所欠缺，因此国产车检器市场尚处于培育阶段。目前国内应用的车检器多数还是采用国外的进口设备，如英国PEEK公司的MTS4E，南非NORTECH的TD634ES，南非PROCON公司的LD系列车检器，英国的MoniSense系列、德国SIEMENS公司的产品等。 目前国际上对交通流量数据采集有很多种方式，微波雷达、视频、红外和地感线圈等，归纳起来主要有三大类：磁频、波频和视频。环形地感线圈采集方式属于磁频采集技术，当有机动车通过检测区域时，在电磁感应的作用下交通检测器内的电流会跳跃式上升。当该电流超过指定阀值时会触发记录仪，实现对车辆计数和通过时间的检测。通过设置双线圈可以实现车辆通过时速度的检测。 蓝盾LD-100地感线圈交通信息采集系统是一种采用磁频技术开发的交通流量检测器，它使用环形地感线圈作为车辆通过时的电磁感应传感器。可以对路段的交通流量进行检测，系统由前置路口设备和后台中心数据处理两部分组成。该系统是安徽蓝盾光电子股份有限公
智能交通信息采集技术研究与软件实现 发表时间：2019-11-14T11:04:32.650Z 来源：《科学与技术》2019年第12期作者：朱旭 [导读] 我国解决交通拥堵的一个出路是建成智能交通信息采集系统，通过对各类数据的获取和计算，合理调整不同道路中的车流量以及交通指示灯的运行情况。 摘要：我国解决交通拥堵的一个出路是建成智能交通信息采集系统，通过对各类数据的获取和计算，合理调整不同道路中的车流量以及交通指示灯的运行情况。基于对智能交通信息采集系统整体性实现方法的了解和明确，本文重点分析了软件系统的实现方式，从而让该系统能够发挥其本身具有的作用，实现对于交通拥堵问题的全面解决。 关键词：智能交通系统；数据采集系统；分析软件 引言：智能交通信息采集技术一方面要实现对所有数据的收集和整理，为后续的工作过程奠定基础，尤其是要了解交通系统是否处于最优质的运行状态。另一方面要分析该系统是否能够处于安全稳定的运行状况下，尤其是通过对软件系统的使用，主动或被动消除运行过程中存在的干扰，提高系统运行稳定性。 一、智能交通信息采集技术的实现 （一）道路信息获取 道路信息获取包括多种信息，首先是整个道路系统中的车流量以及人行流量，实现今后一段时间内交通拥堵程度的准确预测。其次明确道路在单位时间内的车辆类型，大型车辆对于交通系统的堵塞危害更为严重，小型车辆在达到一定的量级后也会出现大面积的堵塞问题，通过对这类信息的描述，可以预测交通高峰期的到来时间，为具体的设施运行参数控制过程奠定基础。最后则是需要记录其余的信息，包括道路的整修信息、人流量的信息以及交通事故的发生信息等，这些信息都需要具备极高的权重，分析该道路交通系统是否会出现严重的堵塞问题。 （二）获取信息分析 获取信息的分析要经过对于信息的全面整合，并提高信息的精度，采用方法是通过滤波的形式去除干扰，依靠对于采集到图像的像素分析，了解整个道路系统中是否存在严重的交通堵塞隐患，以此为标准了解今后是否能够获取相关的信息。了解该参数后需要对信息进行整理和核算，整理的方法是把信息输入到已经建成的数学模型中，由模型明确和分析该系统今后存在的问题以及安全隐患，尤其需要预测在单位时间整个系统是否会出现严重的交通堵塞问题。 （三）必要算法选用 由于数据采集系统并不能够属于理想运行环境，所以会受到各类干扰，这就要求选用的算法能够实现滤波工作，通常情况下，运行中能够通过对于各类干扰波的核算和检测，向整个系统中发送与之相反的信号波，以实现对于干扰信号的主动清除[1]。此外选用的软件算法系统也要确保占据更小的空间，以防止对于硬件系统造成严重的影响，并且从最终取得的实际效果上来看，该系统要能够自主清除产生的缓存碎片以及数据碎片，防止整个数据系统的存储空间逐渐下降。 （四）通信系统建成 通信系统建设过程首先要完成对于各类数据的精确传递，可通过建成无线通信系统实现这一功能，将获取的数据传递给接受设备中，将无线信号转换为电信号，通过光缆将其传递到信息化处理服务器中。 该服务器经过对信号的处理完成滤波工作，并完成像素计数工作，在此基础上了解不同区域的实际交通情况，之后则需要发出相关的指令。指令的发送过程则属于通信系统的逆运行过程，通过不同的线缆以及具体前置信号字节的使用，让不同区域的控制指令信号接收设备能够获取对这一区域被控对象的具体控制指令，并将这一指令发送给被控对象，在此基础上调节各类设施的实际运行状况。另外从实际的作用效果上来看，该系统要能够建成信号的发出和接收设备，并且借助对于各类信号作用效果的了解和描述，为这一系统的运行过程奠定基础，尤其是在相关信号的接受过程，更是需要保持所有的信号都能够被正确的设施响应，所以对通信系统的运行稳定性、安全性以及数据的处理能力都提出了极高要求。今后可通过建成的5G通信技术，实现对于各类信号的即时性传递，此外5G基站建设后可在一定程度上去除光纤通信技术，以达到削减智能交通系统建设成本的目的。 二、智能交通信息采集系统的软件实现 （一）网络功能确定 网络功能确定中，通过对当前整个交通系统需要满足项目的了解，可以确定首先要能够实现对于数据的采集和预处理、数据的储蓄等。 采集系统可由摄像头等装置记录，并通过对于像素的核算与处理，实现对于该区域单位时间内车流量、人流量等信息的全面有效分析。其次要实现对于今后一段时间交通系统运行情况的预测工作，要把已经获取的参数代入到专用的数据模型中，该模型可以通过对所有数据的核算，预测今后一段时间内是否会出现严重的交通拥堵问题。 最后则是相应的控制指令发出，通过对当前已经开发出算法和软件开发方法的研究，本文认为要在该系统中设置相应的定位体系，可借助GPS系统以及北斗卫星导航系统实现对于不同测量区域的定位工作，并且该信息要能够整合到后续的计算过程，另外通信系统可采用目前已开发出了4G通信技术或5G通信技术实现对于各类数据的及时性传输工作，从而让整个系统的运行稳定度能够获得大幅度的提高，同时对相关端口进行接入和调整，可考虑采用数据处理和采集过程中的A/D卡实现，这一技术当前已经经过了多年的发展和检验，发现能够满足智能交通系统的数据获取要求和检测要求。 （二）系统平台选择 系统平台中最基础的工作时硬件平台选择，对于智能交通系统来说，由于要全面保障其运行的稳定性，所以要在考虑整个平台性能的基础上，再完成成本、安装需求和日常检测要求的全面分析工作，其中系统的性能是需要考虑的重点。 对于软件平台，首先要考虑开发环境，可以采用Linux系统，原因是该系统与各类硬件平台之间都具有更好的兼容性，并且运行过程中，该系统具有核心稳定、功能强大等特征，可以实现数据的全面监测和管理。对于开发语言的选择，本文认为可采用C++，该语言能够实现对于所有关键功能的实现以及数据获取，并且该语言已经成为当前世界范围内最为常用的语言，可以进一步提高软件运行的稳定性和
第37卷第10期自动化学报Vol.37,No.10 2011年10月ACTA AUTOMATICA SINICA October,2011 信息物理融合系统研究综述 王中杰1谢璐璐1 摘要信息物理融合系统(Cyber-physical systems,CPS)是多维异构的计算单元和物理对象在网络环境中高度集成交互的新型智能复杂系统,具有实时、鲁棒、自治、高效和高性能等特点.本文首先介绍了CPS的概念和特征,综述了CPS的当前发展状况与应用前景;其次,对CPS的系统构成进行了简要分析,讨论了CPS与相关技术的区别与联系;最后,对CPS技术发展所面临的主要挑战及可能的研究方向进行了总结与展望. 关键词信息物理融合系统,实时,高性能,嵌入式系统,网络控制 DOI10.3724/SP.J.1004.2011.01157 Cyber-physical Systems:A Survey WANG Zhong-Jie1XIE Lu-Lu1 Abstract Being a real-time and robust autonomous system with high performances,cyber-physical systems(CPS)are a kind of novel intelligent complex systems with di?erent scales of computation and physical components tightly integrated and interacted under the future networks.The notion and the characteristics of CPS as well as the development of this technology are?rst presented.Then,the technology framework of CPS and its relationship with other related systems and technologies are discussed.Finally,challenges to be dealt with for CPS are pointed out,and the future research directions are discussed. Key words Cyber-physical systems(CPS),real-time,high performance,embedded system,networked control 嵌入式技术、计算机技术和网络技术的发展,为人类的生活带来了极大便利.但随着硬件产品性能和数据处理能力的不断提升,网络通信技术的飞速发展,计算机系统的信息化与智能化,人们对于各种工程系统和计算设备的需求已不仅仅局限于系统功能的扩充,而是更关注系统资源的合理有效分配和系统性能效能的优化,以及服务个性化与用户满意度的提升.在这种需求的引导下,信息物理融合系统(Cyber-physical systems,CPS)作为一种新型智能系统应运而生,并引起了各国政府、学术界和商业界的高度重视. CPS可以理解为基于嵌入式设备的高效能网络化智能信息系统,它通过一系列计算单元和物理对象在网络环境下的高度集成与交互来提高系统在信息处理、实时通信、远程精准控制以及组件自主协调等方面的能力,是时空多维异构的混杂自治 收稿日期2010-04-14录用日期2011-05-17 Manuscript received April14,2010;accepted May17,2011 国家高技术研究发展计划(863计划)(2011AA040502),国家自然科学基金(71071116),上海市基础研究重点项目(10JC1415300)资助Supported by National High Technology Research and Devel-opment Program of China(863Program)(2011AA040502),Na-tional Natural Science Foundation of China(71071116),and Shanghai Key Project of Basic Research(10JC1415300) 1.同济大学电子与信息工程学院上海201804 1.College of Electronics and Information Engineering,Tongji University,Shanghai201804系统[1?2].CPS在功能上主要考虑性能优化,是集计算、通信与控制3C(Computation,communica-tion,control)技术[3]于一体的智能技术,具有实时、安全、可靠、高性能等特点.相较于现有的实时嵌入式系统和网络控制系统,CPS关注资源的合理整合利用与调度优化,能实现对大规模复杂系统和广域环境的实时感知与动态监控,并提供相应的网络信息服务,且更为灵活、智能、高效. CPS与人类的生活和社会的发展息息相关,是涵盖了小到纳米级生物机器人,大到全球能源协调与管理系统等涉及人类基础设施建设的复杂大系统. CPS的典型应用包括智能交通领域的自主导航汽车、无人飞行机;生物医疗领域的远程精准手术系统、自主计算与感控的植入式生命设备;以及智能电网、家庭机器人、智能建筑等,是构建人类未来智慧城市的基础. 本文对信息物理融合系统这一新兴技术进行了概述.首先,介绍了CPS的概念和特点,综述了CPS的发展现状和应用前景;其次,对CPS的系统构成和理论基础进行了说明,分析了现有的CPS架构,讨论了CPS与计算机系统、嵌入式系统、网络控制系统和物联网等技术的区别与联系;最后,分析了CPS研究所面临的挑战,并对CPS的技术发展和应用实现进行了展望.