物联网的发展为丰富多样的物理世界与灵活高效的信息世界搭建了交互的桥梁,使网络能够真正渗透到人们生活的各个环节当中,促使物理空间和信息空间不断的趋于融合。信息-物理空间融合的根本任务是建立物理空间和信息空间的相互映射,实现泛在事物(即:物理对象)的全面感知和互联互通。在这个过程中,信息空间需要对物理对象本质的面貌、规律、现象等方面进行全面的认知,以便为物理空间提供精准高效的智能化服务。因此,对物理对象的自然属性建模技术的研究成为了信息-物理空间融合领域的研究重点。本文围绕信息-物理空间融合中物理对象的自然属性建模问题,从物理对象的自然属性身份标识建模、基于自然属性标识模型的物理对象身份解析、物理对象的自然属性语义描述建模和基于自然属性描述模型的物理对象搜索发现这四个方面开展研究,解决物理对象在信息-物理映射过程中的身份标识、身份解析、对象表示和搜索发现问题。主要研究工作包括:(1)物理对象的自然属性身份标识建模:针对自然属性的唯一身份特征进行标识建模研究,提出了基于唯一识别类自然属性的物理对象身份标识方法;以人脸特征为例,分别提出了基于云计算和雾计算的人脸标识系统模型,在实现基于人脸的身份标识的同时,解决了标识过程中的计算、通信和存储问题,提高了标识系统的效率。(2)基于自然属性标识模型的物理对象身份解析:针对唯一识别类自然属性标识模型的特点,提出了基于唯一识别类自然属性标识的物理对象身份解析架构;以人脸标识模型为例,提出了基于MapReduce的并行人脸标识符匹配机制,以及基于云计算的人脸标识解析方案,提高了人脸标识的解析效率,并为跨行业跨平台的物联网应用提供了统一的人脸标识解析服务;提出了基于雾计算的人脸标识解析方案,大大减少了系统的网络传输量和解析响应时间;针对基于雾计算的人脸标识和解析架构中的安全和隐私问题,提出了基于Diffie-Hellman的会话密钥协商和身份认证方案、基于椭圆曲线的数据加密方案和基于安全哈希算法的数据完整性校验方案等安全和隐私保护方案,解决人脸标识和解析过程中的机密性、完整性和可用性问题。(3)物理对象的自然属性语义描述建模:研究物理对象的自然属性要素及其关联关系的语义表达方法,提出了物理对象非唯一识别类自然属性的语义描述模型;以物联网设备这一类特殊的物理对象为例,从信息-物理空间映射的角度,提出了“软件定义设备(Software-Defined Device,SDD)”的概念及其建模方法,将设备的软件管理和控制功能与硬件进行分离,实现了物联网中设备资源的统一管理、共享和重用;针对智能家居场景,提出了基于本体的SDD设备资源自然属性的语义描述建模方法,实现对智能家居场景中设备资源的抽象和自然属性描述建模。(4)基于自然属性描述模型的物理对象搜索发现:结合物理对象非唯一识别类自然属性的语义描述模型,并针对物联网搜索的特点,提出了基于语义的物理对象搜索系统逻辑架构;以智能家居场景中的设备资源为例,结合SDD的描述模型,提出了智能家居场景中基于语义的SDD设备资源搜索方法,实现了物理设备资源的快速精准搜索发现。通过对物理对象的自然属性身份标识建模、基于自然属性标识模型的物理对象身份解析、物理对象的自然属性语义描述建模和基于自然属性语义描述模型的物理对象搜索发现等方面的研究,将物理对象的自然属性以机器可理解、可处理的形式进行定义、组织、关联和存储,然后结合相关的应用对自然属性模型进行智能化分析、处理和挖掘,并作用于物理对象或物理空间,实现物理空间和信息空间的双向映射和融合。