本书着重探讨能源、交通、信息以及人文之间的紧密联系与互动关系，并从独特视角出发，深入分析这些领域间的相互联结、相互作用及其融合过程。本书通过整合人文、信息及物理世界的视角，助力读者深入理解能源、交通、信息三者间的关联性。书中详细阐明了能源网、交通网、信息网与人文网（即“四网”）以及能源流、物质流、信息流和价值流（即“四流”）的融合理论与实践，内容涵盖“四网四流”融合的哲学思想、科学原理、工程哲学，其目标设定与运作机制，关键要素与实现效益，具体实现途径以及整体框架的构建。本书综合了数字技术和数字经济的前沿发展，对科学理论研究人员和技术实践应用人员均有很高的价值。

致 谢
自 序
前 言
第1章 能源数智化带来的社会变革
韩伟，陈清泉，胡友豪，刘昶，周友
1.1 人工智能驱动的能源安全 ...001
1.1.1 人工智能的简要回顾 ...001
1.1.2 能源系统中的人工智能 ...003
1.1.3 人工智能驱动能源的安全性 ...008
1.2 能源生态系统的碳中和 ...011
1.2.1 自然和能源生态系统 ...011
1.2.2 能源生态系统路线图 ...014
1.2.3 能源生态系统中的碳中和 ...016
1.3 从工业革命4.0 到 5.0 ...018
1.3.1 从工业1.0 到工业4.0 ...018
1.3.2 工业5.0 的介绍 ...020
1.3.3 工业5.0 的技术推动因素 ...023
1.4 超智能社会5.0 的新标志 ...027
1.4.1 什么是社会 5.0 ...027
1.4.2 社会的演化方向 ...030
1.4.3 实现社会 5.0 的目标 ...034
参考文献 ...036
第2章 数智化驱动的哲学- 科学- 工程融合
刘春华，陈清泉，丰阔，韩伟，周友
2.1 以人为本的信息- 物理- 社会 ...040
2.1.1 工业人文的概念 ...040
2.1.2 人文网络的发展 ...043
2.1.3 信息- 物理- 社会的整合关键 ...044
2.1.4 人文网络的构建 ...045
2.2 数智化时代下的人- 人工智能- 环境 ...047
2.2.1 概述 ...047
2.2.2 数智化时代人工智能面临的挑战 ...052
2.2.3 数智化驱动的工业人文 ...055
2.3 数智化驱动的人- 机- 物协同 ...056
2.3.1 人- 机- 物的定义 ...056
2.3.2 人- 机- 物中人文网的重要性 ...057
2.3.3 网络的融合 ...057
2.3.4 小结 ...060
2.4 数智：哲学- 科学- 工程的交互式融合 ...060
2.4.1 交互式融合的哲学思想 ...061
2.4.2 交互式融合的科学理论 ...063
2.4.3 交互式融合的工程实践 ...065
参考文献 ...067
第3章 数智生产力驱动的四网四流融合
李晓华，陈清泉，赵航，李锦，姚寅，韩伟，周友
3.1 信息革命下的社会行为模式 ...068
3.1.1 信息革命的发展历史及进程 ...068
3.1.2 当代信息革命的主要技术 ...071
3.1.3 信息网络技术与未来元宇宙的融合及应用 ...075
3.2 能源革命解决气候问题：碳达峰和碳中和 ...077
3.2.1 气候问题引发的能源革命 ...077
3.2.2 能源革命下的机遇与挑战 ...080
3.2.3 四网四流下能源革命的发展 ...084
3.2.4 能源革命中的四网四流典型案例 ...088
3.3 交通革命带来的移动格局变化 ...089
3.3.1 当今时代的交通变革 ...089
3.3.2 四网融合带来的交通产业变化 ...090
3.3.3 移动格局变化带来的具体改变 ...097
3.4 以人为本的四大网络的融合 ...100
3.4.1 以人为本的工业5.0 ...100
3.4.2 数字人文网络及其在四网四流中的应用 ...103
3.4.3 四网四流推动工业4.0 向工业5.0 转型 ...108
参考文献 ...109
第4章 基于四网四流的智慧新基建
江朝强，陈清泉，马天录，项景淳，汪晓胜，陈晨，
孙宏斌，周友
4.1 能源互联网 ...112
4.1.1 能源互联网概要 ...112
4.1.2 智能汽车充电的能源流和信息流 ...114
4.1.3 智慧能源系统 ...116
4.1.4 综合能源系统 ...121
4.2 智能网联交通 ...123
4.2.1 电气化赋能绿色出行 ...123
4.2.2 智能网联交通 ...127
4.2.3 智能交通系统 ...130
4.3 工业物联网中的协作机器人 ...133
4.3.1 工业物联网 ...133
4.3.2 物联网中的协作机器人 ...135
4.3.3 智能工业系统 ...138
4.4 智慧城市生态操作系统 ...140
4.4.1 智慧城市生态系统 ...140
4.4.2 低碳智慧城市 ...143
4.4.3 智慧城市与智能计算 ...145
参考文献 ...149
第5章 人机交互的数智化框架
李浩天，陈清泉，何峣杰，赵晨皓，王涣之，周友
5.1 设计原则与设计模式 ...153
5.2 数据驱动的信息- 物理数字孪生 ...156
5.2.1 背景介绍 ...156
5.2.2 数字孪生概念 ...157
5.2.3 数字孪生模型 ...159
5.2.4 数字孪生的应用案例及挑战 ...161
5.3 知识驱动的人- 信息融合孪生 ...163
5.3.1 背景介绍 ...163
5.3.2 虚拟孪生的概念与挑战 ...164
5.3.3 融合孪生的概念和模型 ...166
5.3.4 融合孪生的应用案例 ...168
5.4 智能驱动的人- 信息- 物理的演化孪生 ...170
5.4.1 背景介绍 ...170
5.4.2 感知融合的结构与性质 ...172
5.4.3 模型管理的使能技术 ...173
5.4.4 演化孪生的功能层 ...175
5.4.5 演化孪生的应用和挑战 ...176
5.4.6 演化孪生的未来里程碑 ...177
参考文献 ...181
第6章 数智化四网四流工程体系构建
韩伟，陈清泉，周友，饶宏，袁智勇，谈赢杰，徐
敏，路迪，武嘉伟，施昊宏，周安健，杜长虹，卢国
成，邱玥，周苏洋，张薇，李鹰，雷明姁，黄春莺，
程海龙，童丹，李驰
6.1 构建以新能源为主体的新型电力系统 ...185
6.1.1 新型电力系统的主要特点 ...186
6.1.2 以数字电网赋能新型电力系统 ...187
6.1.3 智慧综合能源服务 ...189
6.1.4 智慧综合能源服务基础理论与方法 ...190
6.1.5 典型的智慧综合能源服务平台 ...191
6.2 行为驱动的智能汽车与绿色交通 ...192
6.2.1 背景简介 ...192
6.2.2 电动汽车未来发展趋势 ...194
6.2.3 智能汽车的发展 ...199
6.2.4 小结 ...205
6.3 协作机器人驱动的智能制造流程 ...205
6.3.1 人机协作 ...206
6.3.2 协作机器人的发展趋势 ...211
6.3.3 工业5.0 时代的协作机器人 ...213
6.3.4 小结 ...214
6.4 智能化综合能源服务与社会生态系统 ...215
6.4.1 综合能源系统（IES）和智能化综合能源
服务（IIES） ...215
6.4.2 智能化综合能源服务基本特征 ...216
6.4.3 智能化综合能源服务基本理论与方法 ...218
6.4.4 典型智能综合能源服务平台 ...219
6.5 数智化工程驱动的智慧城市 ...222
6.5.1 智慧城市的出现 ...224
6.5.2 智慧城市：四网四流融合创新 ...228
6.5.3 案例与实践 ...231
6.5.4 小结 ...235
6.6 四网四流融合实践：数智化工程之路 ...235
6.6.1 四网四流可视化：加速网络与物理世界
的融合 ...235
6.6.2 四网四流价值体系：推动网络与人文世界融合 ...242
6.6.3 四网四流智慧城市：物理、人文和网络
世界的全面融合 ...246
6.6.4 四网四流实践：数智化工程之路 ...252
6.6.5 小结 ...254
参考文献 ...255

《能源、交通、信息与人文融合：数智化的力量》以能源、交通、信息和人文的网和流的互动为重点，通过物理世界、信息世界和人文世界的融合帮助读者理解能源、交通、信息和人文的相互作用关系；提出了包括能源网、交通网、信息网、人文网的“四网”，以及能源流、信息流、物质流、价值流的“四流”在内的“四网四流”（4 Networks 4 Flows，4N4F）融合的全新理论，重点阐述其哲学、科学和工程思想，融合的机制、关键和优势，融合的框架，以及融合的载体。本书通过案例研究来说明所采用的方法和技术，对于理论研究和工程应用都非常有帮助。
第1 章概述了数字与智能技术如何深入渗透至现代生活的各个层面，从工作模式、出行方式到日常生活及娱乐选择，无一不受其影响。能源领域的数字化进程有望显著增强全球能源体系的安全性、可持续性及其生产效率。展望未来，数字能源系统或许能精准识别能源需求方，并在最恰当的时机，以最低廉的成本，将能源输送至所需之地。数字化不仅极大地提升了能源系统的灵活性、稳定性与普及度，还引发了业界对人工智能赋能的能源安全和能源生态系统的碳中和、工业革命由4.0 向5.0 的跃迁以及超级智能社会5.0初现端倪等前沿议题的广泛关注。本章的核心目标在于帮助读者更深刻地理解数字化对能源领域的重大意义——既展现其蕴含的无限潜力，也揭示面临的紧迫挑战。
第2 章回顾了历史，指出在第三次工业革命之前，人类主导着能源系统的操作与管理。而今，随着能源数字化的迅猛推进，大数据与人工智能算法已广泛渗透至系统控制之中，极大地减轻了人力负担，但在此过程中，以人为本的核心价值依然不可或缺。在第四次工业革命及其向第五次工业革命的演进历程中，人文世界作为上层建筑的关键组成部分，与经济基础的信息世界及物理世界紧密相连，共同构成了“四网四流”融合的理论基石。该章将重点阐述能源数字化进程中以人为本理念的重要性以及所面临的挑战与关键要素。
第3 章聚焦于第六次信息革命的新阶段，探讨“四网四流”理念在基于在线人机交互网络中的应用实践。本章首先概述了信息革命的最新进展及其与元宇宙的融合趋势，随后深入剖析了能源革命所带来的潜在机遇与挑战。在此基础上，进一步讨论了人文数字化转型背景下交通领域的变革，并强调了人际网络智能化的重要性。
第4 章则深入阐述了“四网融合”理念的核心，即构建“人文世界、信息世界、物理世界”三位一体的生态系统，并凸显了人文世界在这一体系中的核心地位。这一理念体现了新基建背景下数字经济发展的顶层设计思路，旨在推动人文世界、信息世界与物理世界的融合发展。本章通过智慧能源、智慧工业、智慧交通、智慧城市等具体应用场景，详细探讨了这一融合发展的实践路径。具体而言，本章分析了包含能源流动与信息传输的智慧能源系统，研究了依赖跨平台通信与数据交换的智能交通系统，探索了智能工业体系中工业物联网与协作机器人的协同应用，以及具备智能计算能力的智慧城市生态系统。实践表明，人文世界的深度融合已成为加速各类智能应用发展的关键驱动力。
第5 章聚焦于物理实体与虚拟实体间的数据交互，为行业在产品生命周期管理上开辟了一条创新路径。此外，该章强调应整合客户端的人文知识与信息，它们在推动智慧产业与智慧社会的发展中扮演着举足轻重的角色。因此，人文世界、信息世界、物理世界之间的数据、信息及知识流动需在动态系统中进行建模。通过这三大世界的深度融合，我们能够实现智能认知，并在数字生态系统中进行预测、同步及优化操作。本章详细阐述了实现这一融合所需的要素与结构，以及构建该系统过程中的关键里程碑与挑战。
第6 章则是对前5 章内容的总结与升华，指出物理与虚拟实体间的数据通信已彻底重塑了行业组织产品生命周期的管理方式。企业借助数据的力量，能够优化运营、削减成本，并不断提升产品与服务的质量。然而，数据的力量虽大，但若要实现行业与社会的真正智能化，还必须将人文知识与客户信息深度融合其中。毕竟，客户才是决定行业成败的最终裁判，只有充分考虑他们的需求与偏好，才能实现可持续的增长。总体而言，人文世界、信息世界、物理世界的融合是推动工业与社会智能化的强大引擎。通过充分利用数据的力量，并结合人文知识与客户信息，我们有望为所有人构建一个更加智能、可持续的未来。本章还通过以下领域的案例研究，进一步印证了这一观点：①以新能源为主体的新型电力体系的构建；②智能汽车与绿色交通的发展；③智能制造的推进；④智能综合能源服务与社会生态系统的建设；⑤数智化驱动的智慧城市发展；⑥“四网四流”融合的可视化实践。
能源、交通、信息与人文的深度融合，其核心在于以人为本，追求人与自然和谐共生，以及可持续发展，旨在实现经济发展与环境保护的双赢。这一哲学思想正是人文世界、信息世界与物理世界深度融合的精髓所在。我们深感荣幸，能够通过本书与广大读者共同参与到这一对子孙后代福祉产生深远影响的事业中来。