1.1.3　信息物理系统的信息特征

系统论认为，任何系统（包括生物系统或生物个体）均由物质、能量和信息构成，且三者在系统构造中相互依存，同样重要：物质决定存在、能量驱动运动、信息指导（Steering）运动方向。其中信息是灵魂，是大系统千变万化的根本。

纵观人类的科技发展，实质上经历了物质发展、能量发展和信息发展三个重要阶段。“石器时代”“青铜器时代”以材料物质应用水平作为古代科技的发展标尺；“蒸汽机时代”“原子能时代”以能量获取应用水平表达近代科技的发展水平；“信息时代”则是人类现代科学技术发展的重要标志，是物质、能量发展之后又一科技发展的新时代。信息获取和应用使得人类能够更为深刻地认识大自然各种规律，产生远比物质能量时代更大的科学进步。电子信息系统技术的发展应用，充分证明了这一点。人们享受信息技术给生产、生活和学习带来的巨大便利，创造更美好的世界。

图1-1　信息系统与物理系统功能交互示意图

但不可否认的是，与物质、能量相比，人类对信息本身的科学概念和基本规律的认识显得十分简单、原始和粗糙，基本处于感性认识水平。

信息物理系统体现了不同学科方向的科学家努力探索信息本质、应用信息改善大型人造工程系统运行效率的科学研究的殊途同归。在形式上，信息物理系统研究试图建造一种计算（信息进程）和物理进程高度融合的统一体，应用计算、通信与控制等技术方法构建下一代智能系统，理论本质上却是对信息的科学理论与应用的深刻探究。

尽管对信息物理系统的研究最初源于电子信息技术高速发展所带来的“技术势能”，如嵌入式计算、通信网络、物联网应用、云计算等技术的兴起，势必要应用到解决具体工程问题中。但是，超前发展的单项信息技术解决实际复杂问题的能力却是有限的，面对大型人造工程系统（如城市交通系统）所遇到的问题更是无从下手。显然，有效解决大型工程系统的复杂问题不是简单的电子信息技术的开发和应用过程，而是要进行广泛深入的系统与信息基础研究。

另外，对信息物理系统相关研究的牵引推动来自大型人造工程系统高效可靠运行、社会运行安全管理等对信息应用的重大需求。例如，道路交通系统通常是由成熟的工程组件所构造，由巨大的汽油能源消耗所驱动，相比之下，交通信息对这一系统高效运行的调节作用不能充分发挥，成为道路交通系统构造的短板，因而客观上需要从信息基础上进行研究，构造交通与信息高度融合的道路交通系统，指导信息技术和产品装置在系统中的合理应用。

信息物理系统相关理论和方法应用不限于电子信息系统，还可应用于大型工程系统，甚至人类行为系统和社会系统的构建和组织。这些系统在构造上差异巨大，但是其运行都离不开信息，因而对信息的研究就成为重点。信息科学试图揭示信息基本规律和原理，并不关心信息在哪些系统中以何种形式表现，是信息物理系统研究的基础。只有依赖信息科学揭示的信息基础科学理论，信息物理系统才有可能根据大型工程系统运行面临的问题，将信息进程与工程系统的物理进程融合，通过计算、通信和控制有机融合深度协作，实现对大型工程系统实时感知、动态控制和信息服务，拓展大型工程系统动态响应范围，应对高负荷和突发负载，使之高效、安全、可靠地运行。