基于便携式移动终端的虚拟地理环境协同感知问题研究
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动终端使用者作用于共享虚拟地理空间的操作以一 种有效的形式及时传送给系统中的其他成员, 并使 其他用户状态和意图以一致的形式、 较高的效率被 参与协同工作的其他终端用户所感知 , 理解别人的 活动 , 为自己的活动提供相关信息! , 从而缩短各 终端使用者的心理距离 , 这是用户使用便携式移动
图 1 便携式移动终端硬件构 成
1. 2
移动终端的软件构成
应用软件。这里 OS 是最基本的系统软件 , 可为用 户提供编程环境, 同时也为多处理机系统提供文件 缓存功能。除此之外 , 前端结构上还包括很多必要 的软件, 比如 : 通信类软件, 负责对内部处理结构之 间通信和对外与空间数字化网的通信 ; 系统函数库 ( 子程序库) , 用以简化用户编程 ; 用户应用程序, 用 于实现人机交互和图像采集与融合 , 数据处理任务 规划等功能。以上前端结 构软件可保存 在电子盘 上, 也可固化在 H OST 的 EPROM 中。
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测
绘
工
程
第 19 卷
源自文库
图 2 便携式移动终端软件构成
并行处理结构软件是通过一个支持分布式程序 设计和多机并发处理的 OS, 来实现多处理结构并行 对同一个问题进行求解的功能。除此之外, 并行处 理结构软件还包括一系列诸如系 统测试与诊断 程 序、 OS 引导程序、 异常 处理与动态重 构等程序 , 用 以检测分布式程序运行过程中的动态错误和冗余容 错, 这些程序也可固化在处理器的 EPROM 中。当 系统需要复位 时先由 主机 启动 各 CPU 的 测试 程 序, 对系统模块进行预测和诊断, 待确认各模块正常 后, 将 OS 内核加载到指定的固定内存区域 , 并在每 个 CPU 中建立一 个副本, 这样不 仅减少了因进 程 迁移带来的额外开销, 同时也大大减少了程序运行 时的系统数据交换量 , 极大地提高系统效率。分布 式程序运行过程中产生的动态错误可以通过异常处 理与动态重构程序发现和处理 , 对能恢复的予以恢 复, 对于不能恢复的及时重构并发出告警。 I/ O 处理结构软件主要包括以下几个部分 : I/ O 通道测试和诊断程序、 实时 I/ O 驱动程序和与并行处 理结构的通信程序。以上程序可以被固化在 IOP1 和 IOP2 的 EPROM 中。对于 I/ O 处理结构与并行处理 结构的通信问题, 可以通过在 IOP 的双口 RAM 中开 辟共享缓冲区的办法加以解决, 首先, 并行处理结构 通过共享缓冲区向 IOP 发送输入请求, IOP 查询共享 缓冲区状态获取该请求信息时要验证其有效性, 确认 合法后启动输入通道工作 , 待数据采集和预处理完成 后, IOP 中断输入请求 , 完成数据通信。同样, 与 IOP 间的异步握手和信号传递也可采用类似的方法来实 现, 这样就实现了通过 IOP 运行相应 I/ O 驱动程序来 控制有关输出通道的工作。 1. 3 多移动终端的虚拟地理环境体系结构分析 对于多移动终端的虚拟地理环境体系结构 , 可 以通过典型的客户/ 服务器 Client / Server 结构与嵌 入式数据库相结合的方法加以实现。采用这样的模 式有利于维护场景数据的一致性 , 便于对用户的注
Abstract: T o provide a por table and convenient plat for m f or peo ple t o cooperat e w it h each ot her is t he main purpose o f t he coo perative virt ual geogr aphic enviro nm ent sy st em based on po rt able mobile term inal, and the premises of w hich is t he cooperat ive aw areness f or t he part icipato r int o t he w or k. Ent ering on t he hardw ar e and soft w are com posing of m obile t erminal, in t his paper, t he system st ruct ure of t he plat f orm is pro posed; t he characterist ic o f cooper at ive aw areness f or mobile term inal is summ ar ized; t he spat ial aw are ness cooperat ive mo del is put for ward. Key words: virt ual geogr aphic environment ; co operat ive aw areness; spat ial aw areness; mobile t erminal 近年来 , 随着 Mo bile GIS 理论研究和实践的深 入以及 Mo bile Com put ing 技术应用的发展, 这两个 研究领域间出现了趋于相互融合的发展趋势 , 一方 面, 从事 Mo bile GIS 的研究者们认识到移动性是该 系统面向广泛性和多样性的应用场景所不可或缺的 特性 ; 另一方面, 从事 M obile Co mput ing 的研究者 们逐渐认为比起为用户提供任意时间、 任意地点获 取信息的服务更重要的是, 移动计算应该为用户提 供无论何时、 无论何地进行协作的能力。在系统中 , 协作是通过用户与机器以及用户与用户之间的交互 完成的, 因此, 作为用户协作的基础 , 协同感知的优 劣对于系统而言至关重要
。怎样能使各便携式移
收稿日期 : 2009 12 01 作者简介 : 辛 欣 ( 1981- ) , 男 , 博士研究生 .
第5期
辛
欣 , 等 : 基于便携式移动终端的虚拟地理环境协同感知问题研究
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需求无疑是个很大的制约因素 , 成为在便携式移动 终端的虚拟地理环境实际应用中 , 必须加以考虑并 予以很好解决的问题。
Research on cooperative awareness of virtual geographic environment system based on portable mobile terminal
XIN Xin 1 , YOU Xiong 1 , WEI W ei2 , ZH ANG Jun ru 3
靠共享存储器完成 , 出于容错的考虑, 由总线控制器 BCU 1 和 BCU2 共同承担总线仲裁和差错管理, 这 样当 BCU 1 一旦发生故障 , 备用总线控制器 BCU2 就可继续完成总线操作的控制。作为前端结构的多 媒体主机可由 CP U1 和有关 I/ O 模块、 存储器、 电 子盘 ( 取代一般微机系统中的硬盘、 软盘、 光盘) 等部 分构成, 其功能主要是为用户提供编程环境、 人机交 互平台和与空间信息网的通信服务 , 方便用户进行 程序添加和卸载、 缓冲、 空间数据管理和信息处理。 可采用多核并行处理结构, 增强并行处理能力和冗 余容错的功能 , 同时增强系统的可靠性。 出于系统可靠性和冗余容错的考虑, 设了 2 个 IOP 专用 I/ O 并联 , 负责与移动终端连接的外设等 有关的实时 I/ O 处理 , 其中包括可 外接传感 / 探测 设备及信息预处理以 及外接打印、 显示设备等 , 此 外, 作为系统总线和 I/ O 局部总线之间的连 接桥, IOP 还具备总线适配器的其 它各种功能, 2 个 IOP 中平时只 IOP1 起作 用, IOP2 为备用, 处 于热备份 或冷备份状态, 当 IOP1 发生故 障时可无缝切换到 IOP2。
( 1. Institut e of Survey ing and M apping , Informat ion Eng ineer ing U niver sity, Zheng zhou 450052, China; 2. No rtheast N o rmal U niversity, Changchun 130117, China; 3. Sheny ang A rt illery Academy, Shenyang 110000, China)
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便携式移动终端的虚拟地理环境体 系构成
移动终端的硬件构成 根据移动终端硬件特点以及其与外部信息交换
的流程、 规模, 图 1 所示的硬件结构可很好的满足其 要求。终端的硬件构成总体上可分为前端结构、 并 行处理结构和 I/ O 处理结构 3 个部分 , 互相之间可 通过两级总线连接, 构成多层次、 递阶控制的紧耦合 多处理器系统。其中, 前端结构和并行处理结构在 硬件构成上互相交织并不各自独立 , 只是从逻辑和 功能上将它们区分为 2 个层次。 第一级总线为系统总线 , 可采用 P CI 总线, 这 是一种性价比很高的开放式总线。从数据宽度到总 线频带宽基本上可满足一般用户的需求, 而且支持 无限读写突发方式和并发操作。其作用是将系统中 各层处理器互连在一起。各层处理器之间的通信依
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终端在虚拟地理环境中进行协同的关键问题之一。 然而 , 由于系统运行的网络环境的复杂性和客户端 的多样性 , 使得位于不同地理位置的用户在共享的 虚拟地理环境中协同, 很难达到良好、 实时的协同感 知效果, 这对当前用户间协作关系越来越密切、 协作 效率越来越高、 协同任务和环境越来越复杂的现实
与硬件结构相对应的 , 如图 2 中所示, 移动终端 的软件构成同样也由 3 个层次组成 : 前端结构软件、 并行处理结构软件和 I/ O 处理结构软件。 其中 , 前端结构软件最主要功能是建立一个具 有冗余容错的功能、 支持多机并行处理并能为用户 提供适人化的人机交互环境。因此 , 需要引入一系 列诸如并行处理操作系统 ( OS) 、 OS 引导程序、 系统 异常处理与动态重构程序以及应用程序开发工具等
第 19 卷第 5 期 2010 年 10 月
测 绘 工 程 ENGINEERING OF SURV EYING AND M APP IN G
V ol. 19 . 5 O ct. , 2010
基于便携式移动终端的虚拟地理环境 协同感知问题研究
辛 欣 ,游
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雄 ,卫
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伟 , 张君儒
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( 1. 信息工程大学 测绘学院 , 河南 郑州 450052; 2. 东北师范大学 , 吉林 长春 130117; 3. 沈阳炮兵学院 , 辽 宁 沈阳 110000) 摘 要 : 基于便携式移动终端的虚拟地理环境 系统的 主要目 的 , 是提供一 个便于 携带、 方便 使用并 支持多人 交互合
作的平台 , 其中用户之间的协同感知必然 是多用户 进行协 同工作的 基础。从 便携式 移动终 端的硬 件和软件 构成着 手 , 从终端到体系构建多移动终端用户虚拟地 理环境 体系结 构 , 总结便携 式移动 终端协 同感知 问题自 身的特 点 , 提 出基于空间感知的协同模型。 关键词 : 虚拟地理环境 ; 协同感知 ; 空间感知 ; 移动终端 中图分类号 : T P391 文献标 志码 : A 文章编号 : 1006 7949( 2010) 05 0024 05
并以此指导人们的行为。认识论认为感知是一种知 识, 是对某种事实的认知[ 3] 。在移动环境下的协同 存在和感知( Presence and Aw areness)
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是移动协
作的一个重要保证。其关键就在于运用感知技术来 及时获得用户间 协作过程中的有效交互 和感知信 息, 使得移动用户间的协作能够顺利进行。基于便 携式移动终端的 虚拟地理环境协同感知 兼有传统 CSCW ( Com put er Suppo rt Cooperative Work ) 和 M obil e GIS 的 优点 , 不仅 使群 组协 同方 式有 了更 多、 更灵活的选择 , 同时也使得各用户对虚拟地理环 境的认知跳出 了第一人称 ( f irst per son) 视点 的局 限, 在移动性的基础上 , 为用户提供了多样化感知和 适应技术 , 使得协作更加自然、 流畅。因此 , 基于便 携式移动终端的虚拟地理环境对协同感知提出了更
册、 登陆和用户替身进行管理 , 客户端方面 , 对部分 数据植入嵌入式数据库 , 实时场景通过下载即时数 据进行更新, 显示并感知其它用户的状态, 也解决了 网络连接性差的问题, 如图 3 所示。
图 3 多移动终 端的虚拟地理环境体系结构
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基于便携式移动终端的虚拟地理环境协 同感知的特点
在现实世界中 , 人们通过感知来了解周围环境
动终端使用者作用于共享虚拟地理空间的操作以一 种有效的形式及时传送给系统中的其他成员, 并使 其他用户状态和意图以一致的形式、 较高的效率被 参与协同工作的其他终端用户所感知 , 理解别人的 活动 , 为自己的活动提供相关信息! , 从而缩短各 终端使用者的心理距离 , 这是用户使用便携式移动
图 1 便携式移动终端硬件构 成
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移动终端的软件构成
应用软件。这里 OS 是最基本的系统软件 , 可为用 户提供编程环境, 同时也为多处理机系统提供文件 缓存功能。除此之外 , 前端结构上还包括很多必要 的软件, 比如 : 通信类软件, 负责对内部处理结构之 间通信和对外与空间数字化网的通信 ; 系统函数库 ( 子程序库) , 用以简化用户编程 ; 用户应用程序, 用 于实现人机交互和图像采集与融合 , 数据处理任务 规划等功能。以上前端结 构软件可保存 在电子盘 上, 也可固化在 H OST 的 EPROM 中。
∀ 26 ∀
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第 19 卷
源自文库
图 2 便携式移动终端软件构成
并行处理结构软件是通过一个支持分布式程序 设计和多机并发处理的 OS, 来实现多处理结构并行 对同一个问题进行求解的功能。除此之外, 并行处 理结构软件还包括一系列诸如系 统测试与诊断 程 序、 OS 引导程序、 异常 处理与动态重 构等程序 , 用 以检测分布式程序运行过程中的动态错误和冗余容 错, 这些程序也可固化在处理器的 EPROM 中。当 系统需要复位 时先由 主机 启动 各 CPU 的 测试 程 序, 对系统模块进行预测和诊断, 待确认各模块正常 后, 将 OS 内核加载到指定的固定内存区域 , 并在每 个 CPU 中建立一 个副本, 这样不 仅减少了因进 程 迁移带来的额外开销, 同时也大大减少了程序运行 时的系统数据交换量 , 极大地提高系统效率。分布 式程序运行过程中产生的动态错误可以通过异常处 理与动态重构程序发现和处理 , 对能恢复的予以恢 复, 对于不能恢复的及时重构并发出告警。 I/ O 处理结构软件主要包括以下几个部分 : I/ O 通道测试和诊断程序、 实时 I/ O 驱动程序和与并行处 理结构的通信程序。以上程序可以被固化在 IOP1 和 IOP2 的 EPROM 中。对于 I/ O 处理结构与并行处理 结构的通信问题, 可以通过在 IOP 的双口 RAM 中开 辟共享缓冲区的办法加以解决, 首先, 并行处理结构 通过共享缓冲区向 IOP 发送输入请求, IOP 查询共享 缓冲区状态获取该请求信息时要验证其有效性, 确认 合法后启动输入通道工作 , 待数据采集和预处理完成 后, IOP 中断输入请求 , 完成数据通信。同样, 与 IOP 间的异步握手和信号传递也可采用类似的方法来实 现, 这样就实现了通过 IOP 运行相应 I/ O 驱动程序来 控制有关输出通道的工作。 1. 3 多移动终端的虚拟地理环境体系结构分析 对于多移动终端的虚拟地理环境体系结构 , 可 以通过典型的客户/ 服务器 Client / Server 结构与嵌 入式数据库相结合的方法加以实现。采用这样的模 式有利于维护场景数据的一致性 , 便于对用户的注
Abstract: T o provide a por table and convenient plat for m f or peo ple t o cooperat e w it h each ot her is t he main purpose o f t he coo perative virt ual geogr aphic enviro nm ent sy st em based on po rt able mobile term inal, and the premises of w hich is t he cooperat ive aw areness f or t he part icipato r int o t he w or k. Ent ering on t he hardw ar e and soft w are com posing of m obile t erminal, in t his paper, t he system st ruct ure of t he plat f orm is pro posed; t he characterist ic o f cooper at ive aw areness f or mobile term inal is summ ar ized; t he spat ial aw are ness cooperat ive mo del is put for ward. Key words: virt ual geogr aphic environment ; co operat ive aw areness; spat ial aw areness; mobile t erminal 近年来 , 随着 Mo bile GIS 理论研究和实践的深 入以及 Mo bile Com put ing 技术应用的发展, 这两个 研究领域间出现了趋于相互融合的发展趋势 , 一方 面, 从事 Mo bile GIS 的研究者们认识到移动性是该 系统面向广泛性和多样性的应用场景所不可或缺的 特性 ; 另一方面, 从事 M obile Co mput ing 的研究者 们逐渐认为比起为用户提供任意时间、 任意地点获 取信息的服务更重要的是, 移动计算应该为用户提 供无论何时、 无论何地进行协作的能力。在系统中 , 协作是通过用户与机器以及用户与用户之间的交互 完成的, 因此, 作为用户协作的基础 , 协同感知的优 劣对于系统而言至关重要
。怎样能使各便携式移
收稿日期 : 2009 12 01 作者简介 : 辛 欣 ( 1981- ) , 男 , 博士研究生 .
第5期
辛
欣 , 等 : 基于便携式移动终端的虚拟地理环境协同感知问题研究
∀ 25 ∀
需求无疑是个很大的制约因素 , 成为在便携式移动 终端的虚拟地理环境实际应用中 , 必须加以考虑并 予以很好解决的问题。
Research on cooperative awareness of virtual geographic environment system based on portable mobile terminal
XIN Xin 1 , YOU Xiong 1 , WEI W ei2 , ZH ANG Jun ru 3
靠共享存储器完成 , 出于容错的考虑, 由总线控制器 BCU 1 和 BCU2 共同承担总线仲裁和差错管理, 这 样当 BCU 1 一旦发生故障 , 备用总线控制器 BCU2 就可继续完成总线操作的控制。作为前端结构的多 媒体主机可由 CP U1 和有关 I/ O 模块、 存储器、 电 子盘 ( 取代一般微机系统中的硬盘、 软盘、 光盘) 等部 分构成, 其功能主要是为用户提供编程环境、 人机交 互平台和与空间信息网的通信服务 , 方便用户进行 程序添加和卸载、 缓冲、 空间数据管理和信息处理。 可采用多核并行处理结构, 增强并行处理能力和冗 余容错的功能 , 同时增强系统的可靠性。 出于系统可靠性和冗余容错的考虑, 设了 2 个 IOP 专用 I/ O 并联 , 负责与移动终端连接的外设等 有关的实时 I/ O 处理 , 其中包括可 外接传感 / 探测 设备及信息预处理以 及外接打印、 显示设备等 , 此 外, 作为系统总线和 I/ O 局部总线之间的连 接桥, IOP 还具备总线适配器的其 它各种功能, 2 个 IOP 中平时只 IOP1 起作 用, IOP2 为备用, 处 于热备份 或冷备份状态, 当 IOP1 发生故 障时可无缝切换到 IOP2。
( 1. Institut e of Survey ing and M apping , Informat ion Eng ineer ing U niver sity, Zheng zhou 450052, China; 2. No rtheast N o rmal U niversity, Changchun 130117, China; 3. Sheny ang A rt illery Academy, Shenyang 110000, China)
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便携式移动终端的虚拟地理环境体 系构成
移动终端的硬件构成 根据移动终端硬件特点以及其与外部信息交换
的流程、 规模, 图 1 所示的硬件结构可很好的满足其 要求。终端的硬件构成总体上可分为前端结构、 并 行处理结构和 I/ O 处理结构 3 个部分 , 互相之间可 通过两级总线连接, 构成多层次、 递阶控制的紧耦合 多处理器系统。其中, 前端结构和并行处理结构在 硬件构成上互相交织并不各自独立 , 只是从逻辑和 功能上将它们区分为 2 个层次。 第一级总线为系统总线 , 可采用 P CI 总线, 这 是一种性价比很高的开放式总线。从数据宽度到总 线频带宽基本上可满足一般用户的需求, 而且支持 无限读写突发方式和并发操作。其作用是将系统中 各层处理器互连在一起。各层处理器之间的通信依
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终端在虚拟地理环境中进行协同的关键问题之一。 然而 , 由于系统运行的网络环境的复杂性和客户端 的多样性 , 使得位于不同地理位置的用户在共享的 虚拟地理环境中协同, 很难达到良好、 实时的协同感 知效果, 这对当前用户间协作关系越来越密切、 协作 效率越来越高、 协同任务和环境越来越复杂的现实
与硬件结构相对应的 , 如图 2 中所示, 移动终端 的软件构成同样也由 3 个层次组成 : 前端结构软件、 并行处理结构软件和 I/ O 处理结构软件。 其中 , 前端结构软件最主要功能是建立一个具 有冗余容错的功能、 支持多机并行处理并能为用户 提供适人化的人机交互环境。因此 , 需要引入一系 列诸如并行处理操作系统 ( OS) 、 OS 引导程序、 系统 异常处理与动态重构程序以及应用程序开发工具等
第 19 卷第 5 期 2010 年 10 月
测 绘 工 程 ENGINEERING OF SURV EYING AND M APP IN G
V ol. 19 . 5 O ct. , 2010
基于便携式移动终端的虚拟地理环境 协同感知问题研究
辛 欣 ,游
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雄 ,卫
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伟 , 张君儒
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( 1. 信息工程大学 测绘学院 , 河南 郑州 450052; 2. 东北师范大学 , 吉林 长春 130117; 3. 沈阳炮兵学院 , 辽 宁 沈阳 110000) 摘 要 : 基于便携式移动终端的虚拟地理环境 系统的 主要目 的 , 是提供一 个便于 携带、 方便 使用并 支持多人 交互合
作的平台 , 其中用户之间的协同感知必然 是多用户 进行协 同工作的 基础。从 便携式 移动终 端的硬 件和软件 构成着 手 , 从终端到体系构建多移动终端用户虚拟地 理环境 体系结 构 , 总结便携 式移动 终端协 同感知 问题自 身的特 点 , 提 出基于空间感知的协同模型。 关键词 : 虚拟地理环境 ; 协同感知 ; 空间感知 ; 移动终端 中图分类号 : T P391 文献标 志码 : A 文章编号 : 1006 7949( 2010) 05 0024 05
并以此指导人们的行为。认识论认为感知是一种知 识, 是对某种事实的认知[ 3] 。在移动环境下的协同 存在和感知( Presence and Aw areness)
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是移动协
作的一个重要保证。其关键就在于运用感知技术来 及时获得用户间 协作过程中的有效交互 和感知信 息, 使得移动用户间的协作能够顺利进行。基于便 携式移动终端的 虚拟地理环境协同感知 兼有传统 CSCW ( Com put er Suppo rt Cooperative Work ) 和 M obil e GIS 的 优点 , 不仅 使群 组协 同方 式有 了更 多、 更灵活的选择 , 同时也使得各用户对虚拟地理环 境的认知跳出 了第一人称 ( f irst per son) 视点 的局 限, 在移动性的基础上 , 为用户提供了多样化感知和 适应技术 , 使得协作更加自然、 流畅。因此 , 基于便 携式移动终端的虚拟地理环境对协同感知提出了更
册、 登陆和用户替身进行管理 , 客户端方面 , 对部分 数据植入嵌入式数据库 , 实时场景通过下载即时数 据进行更新, 显示并感知其它用户的状态, 也解决了 网络连接性差的问题, 如图 3 所示。
图 3 多移动终 端的虚拟地理环境体系结构
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基于便携式移动终端的虚拟地理环境协 同感知的特点
在现实世界中 , 人们通过感知来了解周围环境