信息物理系统(Cyber Physical Systems,简称CPS)作为下一代的智能系统,集成计算、控制与通信于一体,是计算进程和物理进程的统一体。CPS系统通过使用网络化的空间,以一种远程的、可靠的、实时的、安全的和协作的方式操控一个物理实体,并且通过人机交互接口来实现与物理进程的交互。CPS系统很大的一个特点是要求物理实体之间通讯的实时性,并且需要根据其空间信息来分析CPS系统的空间特性。因此,在设计和建模CPS系统时,时间和空间的信息是非常重要的,如何建模CPS系统中时间和空间信息,以及如何将时间和空间结合起来是一个急需解决的问题。同时,如何对CPS系统的通信过程进行建模是目前国内外关于CPS系统研究的热点和难点。统一建模语言(Unified Modeling Language, UML)是一种面向对象的工业化建模语言。为增强UML语言的建模能力,UML在许多其他特定的专业领域又有不同的扩展概要文件(Profile),如针对实时嵌入式系统进行建模的MARTE概要文件(The UML Profile for Modeling and Analysis of Real-time and Embedded systems, MARTE)。MARTE作为UML的扩展概要文件,增强了UML针对实时嵌入式系统进行建模的能力。因此,对象管理组织(Object Management Group, OMG)采用了MARTE概要文件来取代原有的关于调度、性能和时间性质方面的UML概要文件。在MARTE的时间模型中,即可以处理离散时间和稠密时间,又可以处理物理时间和逻辑时间,甚至还可以处理多形式时间。空间逻辑是一个适合空间表示和推理的逻辑,常见的有RCC-8, BRCC-8, S4u,以及S4u的其它分支。其中,S4u的表达能力最强,是在S4的基础上增加了全称量词和存在量词,但是S4u直接与时态逻辑结合时,会产生不确定性,而S4u的一个分支则不会。如果将S4u的分支与MARTE时间模型进行有效的结合,就能同时满足在CPS系统中对时间和空间信息的表达。Timed CSP (Communicating Sequential Process)是一门经典的描述和建模通信过程的语言。本文在MARTE时间模型,S4u的基础上,首先定义了CPS系统的时间模型,空间模型,以及时间空间模型,给出空间随着时间的变化而变化的模型。然后将定义的时间空间模型运用于CPS事件,扩展了传统的CPS事件,解决CPS系统时间空间结合的问题,CPS系统往往有且仅有一个全局观察者事件,本文也定义了CPS观察者事件。其次,本文还将定义的CPS事件运用于CPS系统通信过程建模中,基于TimedCSP,我们提出了一种建模CPS系统通信过程的建模语言,并且给出了该建模语言的语法、语义、相关的规则、轨迹(trace)模型,失败(failure)模型,失败发散(failuredivergience)模型等。最后,本文将定义的模型运用于车载设备控制器(VOBC)超速监控和保护模块建模,通过对其进行传统的UML建模,分析其时间模型和事件模型,并且通过轨迹模型来验证系统的安全性。