信息物理融合系统(CPS, Cyber Physical Systems)是将信息、物理世界和控制过程集成在一起的多维综合型系统,能够为大型工程系统提供各种信息服务和实时监控。CPS系统是一个实时系统具有较高安全性、高效可靠等特点。从应用的角度看,CPS不仅涵盖了实时监控和智能家居等与生活密切相关的方面,而且在工业控制领域以及智能管理和监控等大型系统的应用方面也日趋广泛。本文首先对CPS系统的运行方式和整体结构进行介绍,重点分析了CPS的时空特性,研究了CPS在智能感控设备、交通运输、分布式能源开发和建设、生物医疗、工业自动化和城市基础设施建设等各个领域的应用前景,提出从时空的角度对CPS进行分析和研究。其次对表示时间逻辑和空间逻辑的原语、表示模型及时态拓扑关系和空间推理逻辑的基础上,分析了现在比较流行的序列快照模型、离散格网单元列表模型、时空复合模型和基于事件时空数据模型几种时空数据模型,剖析各自的应用领域及其优缺点。提出一种结合了时钟理论和RCC-8的时空顺序图的时空模型。在该模型中,利用物理对象的时钟概念及其对应的空间位置的变化的时间差来形成时空逻辑,给出时空顺序图的逻辑表示和形式描述,用RCC来表示对象之间的位置关系,随着时间的推移对象之间的位置关系顺序地随着不同事件的发生从而在RCC中相互转化。最后将时空顺序图应用到信息物理融合系统中,以车联网为例,本文对车联网中的安全性、实时性进行了研究,将车联网中的车与车、车与人和车与周围环境的对象,用时空顺序图分析和推理车联网环境下对象与对象之间的时空关系,针对车联网环境中单一直行车道、单一转弯车道、平行多车道、多车道弯道、路边停靠站和十字交叉路口等主要交通环境利用本文提出的时空顺序图的方法对其进行分析和推理,能够更好地提高交通安全性、减少交通事故的发生,有效地实现对交通运输综合管理和控制。利用时空分析的工具和技术来模拟动态过程,对进一步的时空信息模拟、预测和决策分析具有重要意义及应用价值。