1.2　信息物理系统交通研究应用

1.2.1　信息物理系统研究面向应用

从目前电子信息技术高位发展的层面看，信息物理系统概念体提出有其必然性，迎合了社会发展的需求。面向大型人造工程系统设计和系统构造，从实现对系统运行实时可靠、精确控制出发，通过计算与物理进程的融合度来提供可靠、安全、抗毁、可验证的系统解决方案。在宏观上，信息物理系统是由运行在不同时间和空间范围的分布式的、异步的异构系统组成的动态混合系统，包括感知、决策和控制等各种不同类型的资源和可编程组件。另外，国家级大型电网、大型隧道、长型跨海大桥，也包括道路交通系统，面临的运行低效、管理风险都对电子信息技术有强烈的应用需求，这些需求不是系统建设或运行时遇到实际问题时的补丁式信息设计，而是结构式设计需求，即在进行系统物理设计（Physical-design）的同时进行系统的信息设计（Cyber-design）。

所以，信息物理系统体现在信息技术层面，设计布局无处不在（但只在需要之处）的环境感知、嵌入式计算、网络通信和网络控制等技术系统工程，使物理系统具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治的功能。它注重计算资源与物理资源的紧密结合与协调，在环境感知的基础上，深度融合计算、通信和控制技术，形成可控、可信、可扩展的网络化电子信息设备系统，将计算能力融入物理系统，实现计算进程和物理进程深度融合，以此增强或扩展新的功能，以安全、可靠、高效和实时的方式检测或控制一个物理实体。

对信息物理系统研究起源于信息新技术的高速发展，以及如何更好地应用这些信息新技术解决复杂大型工程系统面临的复杂问题。例如，如何将先进的电子信息技术应用到道路交通系统，解决后者面临日益严重的安全、效率问题。随着研究的深入，出现了这样一个问题：将大量最先进的信息技术加入交通系统中就能很好地解决这些交通问题吗？答案很显然，简单堆加应用信息领域高新技术装置根本无法解决复杂的交通问题。

因而，信息物理系统首先是对于大型人造工程系统关于信息规律的理论研究，其次才是关于电子信息技术应用方法、工程系统信息设计方案及电子设备装置设计布局应用的工程解决方案研究。

实际上，现代信息科学与技术是发展最快的领域，因此会形成对其他领域的超前带动作用。例如，信息科学理论启发工程师去审视道路交通系统面临拥堵、低效等严重问题是否是信息流动不畅或信息应用不到位造成的，如何设计信息型道路交通系统，以及先进电子信息技术应用如何提升道路交通系统能力。

进一步应当看到，解决无人飞机操控、车辆自动驾驶、生命保障系统、大型城市道路交通控制等关键系统的复杂难题，将电子信息技术堆叠嵌入这些物理系统并不难，困难的是如何面向系统问题进行计算并给出解决方案这一信息计算进程。这里所说的计算不是简单的加减乘除、计数、求和、平均的算术过程，而是复杂的信息处理、模型求解、仿真优化、决策执行的过程。这就需要深入研究无人飞机操控、车辆自动驾驶、生命保障系统和大型城市道路交通控制关键系统特性、基本运行规律和系统环境的关系，以及信息在各种系统运行中的效用（施效）机制。这显然超出了信息科学与技术研究的范围，而是各种不同工程系统的理论研究和技术开发的内容。