信息世界和物理世界的深度融合淺談CPS及其應用的論文

　　摘要：信息物理融合系統（CPS）是一種融合了計算、通信與控制的新型復雜嵌入式系統，系統中計算過程和物理過程在開放的環境下持續交互、深度融合與相互作用，一體化的實現開放嵌入式計算、網絡化實時通信與遠程精確控制等先進功能。本文先介紹了CPS的概念及特性，然后分析CPS的典型應用場景：林業監控、精準農業、智能醫療等領域，在文章的最后部分對CPS的未來進行展望并指出發展方向。

　　關鍵詞：信息物理融合系統；林業監控；精準農業； 智能醫療

　　1. 什么是CPS

　　信息物理融合系統，簡稱CPS，是一個包含了精確計算、網絡以及動態的物理環境的復雜系統，通過計算、通信和控制等相關技術的相互協作，實現信息世界和物理世界的深度融合，實現大型系統的實時感知、動態控制和信息服務。CPS強調的信息世界和物理世界的深度融合，盡量減少了人的參與，它可以自動的收集需要的信息，并傳遞給控制中心進行分析處理，再根據所作的決策，指揮傳感器終端，做出響應，從而對物理環境進行改變。這就是CPS區別于現有的系統的一個主要特點：反饋控制，接受物理世界的信息，經過處理后，再影響或改變物理世界。

　　2. CPS的應用

　　2.1林業檢測

　　2008年，由香港科技大學啟動了一個項目，其目標是在一個野外的真是環境，部署超過1000個節點的無線傳感網系統，連續運轉一年以上。該系統能夠為實現大規模林業監控提供技術支持和實踐經驗，系統的主要功能包括：一方面，通過傳感器收集包括溫度、濕度、光照和二氧化碳濃度等多種數據，采集的信息為多種重要應用提供支持，如森林監測、森林觀測和研究、火災風險評估、野外救援等；另一方面，是無線傳感器網絡研究領域就建立長期大規模無線傳感器網絡系統而進行的前瞻研究與探索。希望能夠探索潛在的研究空間，提供可能的科學解決方案，特別是針對在原始森林中部署1000多個節點且需要持續工作一年以上的無線傳感器網絡系統所面臨的研究和工程挑戰，展開探索。此項目是將CPS的概念應用到林業中的一個項目，在科研和工程上都有很大的意義。

　　2.2精準農業

　　精準農業PA是二十世紀八十年代初發展起來的一門新興的跨學科綜合技術，是當今農業發展的新潮流，是由信息技術支持的定位、定時、定量地實施現代化農業操作技術與管理的系統，其基本涵義是根據農作物生長的土壤性狀，調節對農作物的投入，即一方面跟蹤掌握土壤的變化，另一方面根據農作物的生產目標，以最少的或最節省的投入達到同等收入或更高的收入，并改善環境，高效地利用各類農業資源，取得經濟效益和環境效益。

　　精準農業包括全球定位系統、農田信息采集系統、農田遙感監測系統、農田地理信息系統、農業專家系統、智能化農機具系統、環境監測系統、系統集成、網絡化管理系統和培訓系統。CPS系統的環境感知、控制決策、閉環反饋等機制，對應了精準農業中的三個步驟：感知土壤環境、根據生產目標決策、調整生產策略。我國當前農業問題面臨著資源匱乏、污染嚴重等許多問題，國際競爭日益激烈，而農業是關系國計民生的，因此，在我國實施精準農業的研究具有重要的戰略意義。將目前的研究熱點CPS與精準農業的結合，是未來有前景的研究方向之一。

　　2.3智能醫療

　　以數字化病歷和電子處方系統為基礎，整合成為個人電子健康檔案，然后進行聯網，在擴展到更大范圍內的醫療信息共享，就可以實現"區域醫療信息網絡"和"醫療協作平臺"。2008年，有上海市的區域醫療信息整合平臺的研究與應用，通過驗收。該項目通過數據整合和交換平臺、應用支撐平臺及信息資源目錄服務平臺的研發，實現了區域健康檔案應用共享子系統、區域診療信息應用共享子系統、區域醫學影像應用共享子系統、社區綜合健康衛生服務子系統、社區全科團隊服務管理子系統、社區居民健康檔案互動服務子系統等，并通過3T Net網絡實現區域內16家醫療機構、42個衛生服務站互聯，構建了一整套區域醫療信息整合解決方案。通過區域醫療信息整合平臺，實現了醫療機構之間的信息共享。該項目是智能醫療領域的有益的嘗試，為我國醫療協同系統的研發和實現帶來了有益的啟示。

　　3. CPS的未來

　　信息世界和物理世界相互影響，是未來的.發展趨勢之一。將信息世界中計算機精確強大的計算能力、大規模的數據處理能力應用于物理世界中，從而達到無所不在的智能，將是繼計算機、互聯網之后的信息技術發展方向之一。真正的"智能"不需要人們刻意的感知，它于不知不覺中改變人們的生活。

　　除了本文上面介紹的林業、農業、醫療等領域的應用，CPS在智能交通、智能電網、智能家居等領域也具有非常廣泛的應用前景。我們可以設想，在不遠的將來，我們的家庭將變得更加智能。出門在外，您可以通過電話、電腦來遠程遙控您的家居各智能系統，回到家里，您可以方便地控制房間內各種電器設備，可以通過智能化照明系統選擇預設的燈光場景；在公司上班時，家里的情況還可以顯示在辦公室的電腦或手機上，隨時查看；門口機具有拍照留影功能，家中無人時如果有來訪者，系統會拍下照片供您回來查詢......

　　CPS目前的前景如此美好，但是目前發展仍然面臨著一系列的問題。例如，標準化問題：目前CPS的發展尚處于初級階段，國際與國內都沒有統一的標準，在研發的過程中，也是各自有一套指標，因此，按照一定的標準制定通用的指標，將有效的促進其國內與國際產業協同與模塊化快速發展；監管和政策方面，CPS的研發和應用將會跨行業、跨部門，因此在推進產業與應用發展時通常會遇到一些問題，此時政策驅動尤為重要，需要有相關的政策等來扶植和培育CPS的發展。相信在各方面的共同努力下，我國的CPS研究事業將會迅速發展，在國際上具備一定的競爭力。

【信息世界和物理世界的深度融合淺談CPS及其應用的論文】相關文章：

淺談職業教育與產業深度融合的實現路徑論文11-01

《系列世界地圖》及其應用與推廣10-27

可能世界理論及其應用價值07-07

初中物理與信息技術融合探究論文10-22

淺談信息技術和語文教學融合10-07

信息技術與物理探究教學的有效融合論文09-09

幼兒教學和信息技術的融合的論文10-08

淺談抗菌劑及其在抗菌涂料的應用論文10-10

淺談藍牙技術及其應用08-08