CPS技术最早出现在美国,美国科学院将CPS作为美国的重点研究方向以来,CPS已经被世界各国所重视,并投入了大量的研究资金。美国总统科学与技术顾问委员会将CPS作为IT最重要的研究方向,认为它是美国国防和情报系统的核心和关键的基础设施。我国也十分重视CPS技术的发展,将其作为促进国民经济发展的一个重要技术。在国家自然科学基金、863计划和973计划中,都将CPS列入了研究热点和重点。本文工作主要是研究CPS的基本原理、CPS体系结构和层次化领域建模技术,并基于层次化领域建模技术构建CPS的环境信息的建模框架。本文首先研究了CPS的概念,通过几个具有代表性的定义,包括美国自然科学基金、美国国家标准与技术研究院、Lee Edward A.、SaStry、何积丰院士等给出的定义,总结了CPS概念中的核心就是可控的网络化物理过程和计算过程的融合,并描述了CPS的运行方式和体系结构,重点强调了CPS中的感知和控制功能。其次,从数据和元数据入手,引入了模型与元模型,定义了“元”所代表的层次关系,描述了元关系所具有的特征：相对性和无限性。为了避免元层次的无限性所带来的问题,引入了有限层次元模型体系,并阐述了一种典型的4层元层结构-元对象机制。通过对领域模型的定义和解释,展示了领域模型存在的必要性和有效性。然后给出了分析并建立层次化领域模型的一般步骤。再次,提出了一种环境信息的建模方法,该方法利用层次化的建模思想和领域化的建模方法,定义了环境信息的元元模型,为实现环境信息的元信息的统一和在不同领域中展现形式的多样性打下了基础。最后,设计了一个CPS环境信息建模工具。该工具的理论基础是层次化领域建模理论。依据该技术,设计了CPS环境信息建模工具。具体内容包括CPS环境信息元元模型的语法定义、CPS环境信息元元模型的约束、建模工具的功能需求和建模的系统设计。