信息物理社会融合

1、计算机科学的发展计算机科学的发展 算法的科学算法的科学 单机系统，如何提高计算性能（时空复杂度）。单机系统，如何提高计算性能（时空复杂度）。 算法互动的科学算法互动的科学 分布并行计算系统，如何利用多台系统的计算性能。分布并行计算系统，如何利用多台系统的计算性能。 算法、人、环境互动的科学算法、人、环境互动的科学 融合算法、人和环境因素，提供高效服务（物联网为输入融合算法、人和环境因素，提供高效服务（物联网为输入，云计算为平台，移动互联网为服务），云计算为平台，移动互联网为服务）CPS（Cyber Physical Systems ）视角）视角 CPS之前之前 嵌入式系统嵌入式系统 实时实时物

2、理信号物理信号 实时实时工业控制工业控制 CPS兴起兴起 信息信息-物理融合物理融合系统系统 融合计算、通信和控制融合计算、通信和控制 智能电网系统、航空航天系统智能电网系统、航空航天系统 CPSCPS的的“3C”3C”融合融合aaassss物理基础设施/系统通信网络CCC分布式控制器传感器动作器 CPS带来带来的技术优势的技术优势 CPS的的“3C”融合使得融合使得系统能力更强、品质更高系统能力更强、品质更高 传感传感+通信形成交叉感知的能力增强通信形成交叉感知的能力增强 从集中控制到分布普适控制的能力增强从集中控制到分布普适控制的能力增强 多实体实时交互与协同形成能力优化的品质更高多实体实

3、时交互与协同形成能力优化的品质更高CPSCPS及其特点及其特点 CPSCPS具有强烈的现时代重大应用背景具有强烈的现时代重大应用背景基于经济与社会发展面临的交通拥挤基于经济与社会发展面临的交通拥挤, ,能源危机能源危机, ,气候变化气候变化, ,医疗成本医疗成本等挑战等挑战, CPS, CPS实现计算实现计算/ /通信通信/ /控制技术与物理系统的一体化设计控制技术与物理系统的一体化设计, ,可可使新一代复杂工程系统更加可靠高效使新一代复杂工程系统更加可靠高效, ,智能协作智能协作, ,使系统具备更优的使系统具备更优的功能功能/ /性能品质性能品质; ;城市交通系统城市交通系统, ,智能电网系

4、统智能电网系统, ,航空航天系统航空航天系统, ,节能建筑系统节能建筑系统, ,保健医保健医疗系统疗系统, , 城市供水等重大基础设施系统等是典型的城市供水等重大基础设施系统等是典型的CPSCPS应用系统应用系统. . 体现工业化与信息化深度融合体现工业化与信息化深度融合 ； CPSS（ Cyber-Physical-Social Systems）信息信息-物理物理-社会融合系统社会融合系统人机物和谐计算环境愿景人机物和谐计算环境愿景 人机物和谐计算环境是未来计算技术追求的愿景人机物和谐计算环境是未来计算技术追求的愿景 人类社会、信息空间、物理世界三者的全面连通与融合正人类社会、信息空间、物理

5、世界三者的全面连通与融合正在成为新一代计算技术的重要特征与主要趋势。在成为新一代计算技术的重要特征与主要趋势。 人机物三者相互融合环境的本质是为人们提供更透明、更人机物三者相互融合环境的本质是为人们提供更透明、更智能、更泛在、更绿色、更安全的一体化服务，是高度和智能、更泛在、更绿色、更安全的一体化服务，是高度和谐的社会生活环境。谐的社会生活环境。人与社会人与社会信息世界信息世界物理世界物理世界人在计算系统中的作用越发重要人在计算系统中的作用越发重要众包（众包（Crowdsourcing） - 企业企业/研发机构利用互联网将工作分配出去、发现创意或解决技术问题研发机构利用互联网将工作分配出去、发

6、现创意或解决技术问题，利用，利用大量用户的创意和能力大量用户的创意和能力。群智感知（群智感知（Crowd and Participatory Sensing） - 大量大量普通用户普通用户使用使用移动设备移动设备作为基本感知单元，通过作为基本感知单元，通过物联网物联网/移动互联移动互联网进行协作网进行协作，实现感知任务分发与感知数据收集利用，最终完成大规，实现感知任务分发与感知数据收集利用，最终完成大规模的、复杂的社会感知任务。模的、复杂的社会感知任务。Common Sense (UC Berkeley) 人计算（人计算（Human Computation） - 变变“人让机器算人让机器算”为

7、为“机器让人算机器让人算”，通过设计各种游戏，通过设计各种游戏/应用，让用应用，让用户无意识贡献人类识别能力。户无意识贡献人类识别能力。混合智能（混合智能（Hybrid Intelligence） - 人类智能人类智能 + 机器智能机器智能：机器的优势在于快速低成本地对信息进行存储：机器的优势在于快速低成本地对信息进行存储、比较、排序和检索，人脑的优势在于联想、推理、分析、归纳，而、比较、排序和检索，人脑的优势在于联想、推理、分析、归纳，而“群智群智”的优势在于智慧的互补。的优势在于智慧的互补。reCAPTCHA (CMU) 从从CPS到到CPSSCPS从通常的关注计算、通讯和控制的融合进而扩

8、展到考从通常的关注计算、通讯和控制的融合进而扩展到考虑人类和社会特征，进入虑人类和社会特征，进入CPSS时代。时代。CPS的快速发展对人的行为和交互产生了巨大影响，而的快速发展对人的行为和交互产生了巨大影响，而CPS中的很多复杂问题需要集成考虑人的因素（中的很多复杂问题需要集成考虑人的因素（Human in the Loop）。）。从从CPS发展到发展到CPSS是一个自然进化的结果。是一个自然进化的结果。从从CPSCPS到到CPSSCPSS：系统互联：系统互联SocialSocial意味着连接；意味着连接；CPSSCPSS将推动分布式将推动分布式CPSCPS系统系统间互联，形成大规模、更具间互

9、联，形成大规模、更具扩展性、鲁棒性和动态性系扩展性、鲁棒性和动态性系统统。孤立系统间需要孤立系统间需要ConnectionConnection不同社群系统间需不同社群系统间需ConnectionConnection城市系统间需要城市系统间需要ConnectionConnection从从CPS到到CPSS物理和社会空间元素或数据通过网络传输到信息空间，物理和社会空间元素或数据通过网络传输到信息空间，信息空间经过计算和决策对物理和社会空间做出反馈。信息空间经过计算和决策对物理和社会空间做出反馈。科学决策人类移动性数据为人类移动性数据为健康卫生、传染病防健康卫生、传染病防范范提供决策依据。提供决策依

10、据。城市规划利用人流轨迹发掘城市功能区域利用人流轨迹发掘城市功能区域，完善完善城市规划城市规划。能源消耗利用带利用带GPS 的出租车的出租车掌握城市能耗掌握城市能耗，并并为制定城市能源政策提供依据。为制定城市能源政策提供依据。政府服务社会感知数据为政府社会感知数据为政府了解社情民意、打了解社情民意、打造服务平台造服务平台等提供支持。等提供支持。CPSS典型应用：智慧城市典型应用：智慧城市CPSS实例：健康计算实例：健康计算传统医疗信息，融合物理和社会空间实时信息，在信息空传统医疗信息，融合物理和社会空间实时信息，在信息空间进行集成和处理，提供更加间进行集成和处理，提供更加WiseWise的决策

11、。的决策。CPSS研究特征研究特征研究目标研究目标：微观：微观系统功能系统功能 宏观宏观社会目标社会目标研究研究方法方法：模型驱动模型驱动 数据驱动数据驱动研究对象研究对象：对象实体对象实体 关联关联关系关系应用模式应用模式：人机交互人机交互 人机物协同人机物协同核心思想核心思想：重视人的参与：重视人的参与 - 人参与感知人参与感知 - 人参与认知分析人参与认知分析CPSS主要研究问题主要研究问题系统建模系统建模：如何对物理、硬件、软件和社会实体进行统一建：如何对物理、硬件、软件和社会实体进行统一建模，描述复杂交互作用关系模，描述复杂交互作用关系算法方法算法方法：研究信息：研究信息-物理物理-

12、社会三元协同方法（协同感知、社会三元协同方法（协同感知、协同分析、协同服务）协同分析、协同服务）系统平台系统平台：研究基础软件框架，为系统的开发、测试和部署：研究基础软件框架，为系统的开发、测试和部署提供支撑提供支撑性能评测性能评测：研究可靠性、安全性、实时性验证与评测：研究可靠性、安全性、实时性验证与评测典型应用典型应用：智慧城市、健康卫生、公共安全：智慧城市、健康卫生、公共安全The Emergence of Intelligent Enterprises: From CPS to CPSS , IEEE Intelligent SystemsCyber-Physical-Social Systems for Command and Control, IEEE Intelligent SystemsThe Future of Human-in-the-Loop Cyber-Physical Systems, IEEE ComputerEnabling Cyber-Physical-Social Systems (CPSS): For a Better FuturePhysical-Cyber-Social Computing (Report from Dagstuhl Seminar 13402)Cyber-Physical-Social Systems In