虛擬地理環(huán)境中基于多Agent的數(shù)據(jù)和計(jì)算協(xié)同研究.pdf

1、協(xié)同虛擬地理環(huán)境作為一個(gè)新的研究方向，其多維多感知的虛擬環(huán)境更加符合人類(lèi)空間認(rèn)知特點(diǎn)，分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)又為專(zhuān)家、政府人員以及民眾等提供了交流、研討甚至決策的理想平臺(tái)，協(xié)同工作機(jī)制則保證了交流交互過(guò)程中的有序性。這些基本特性使得協(xié)同虛擬地理環(huán)境自然成為虛擬地理環(huán)境發(fā)展的重要方向。與一般虛擬環(huán)境所具有的沉浸感、交互性、信息集中和智能性四大特性相比，協(xié)同虛擬地理環(huán)境還具有分布式、共享性、多用戶參與、協(xié)同性等特性。 多用戶的協(xié)同機(jī)制，包

2、括多用戶之間的通信、數(shù)據(jù)、計(jì)算協(xié)同控制等是目前研究的焦點(diǎn)問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)協(xié)同虛擬地理環(huán)境的多用戶參與協(xié)同所涉及的一些問(wèn)題(如開(kāi)放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、分布資源協(xié)同、多用戶協(xié)同控制機(jī)制以及網(wǎng)絡(luò)瓶頸限制等)未進(jìn)行系統(tǒng)分析和提出切實(shí)可行的解決方案。本著學(xué)科交叉的思想和原則，借助其他領(lǐng)域的技術(shù)和方法，本文首先建立協(xié)同虛擬地理環(huán)境的多Agent系統(tǒng)和多用戶協(xié)同控制模型，并設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)群組算法來(lái)求解協(xié)同任務(wù)，接著分別從數(shù)據(jù)協(xié)同、計(jì)算協(xié)同、實(shí)時(shí)協(xié)同環(huán)境幾方面開(kāi)展深

3、入研究，最后結(jié)合一個(gè)應(yīng)用案例建立原型系統(tǒng)并驗(yàn)證了上述理論和技術(shù)方案的可行和正確性。論文主要研究工作如下： 1)由于多用戶可能處于各種異構(gòu)的環(huán)境下，且具有動(dòng)態(tài)加入和離開(kāi)系統(tǒng)環(huán)境的特性，為了使協(xié)同交互控制更加靈活有效，在分析現(xiàn)有協(xié)同模型的基礎(chǔ)上，本文建立協(xié)同虛擬地理環(huán)境的多Agent系統(tǒng)，并利用Agent之間信息交互集中和對(duì)等通信兩種模式的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了混合協(xié)同控制模型，即部分Agent間可以直接通訊，部分Agent間通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)行通訊

4、，從而既能夠減輕服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，也能實(shí)現(xiàn)高效的資源管理和搜索，以適用復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境。此外本文也設(shè)計(jì)一個(gè)動(dòng)態(tài)群組算法來(lái)組織和控制不同的Agent協(xié)同完成任務(wù)。 2)針對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)源和異構(gòu)地理信息處理環(huán)境下的數(shù)據(jù)共享問(wèn)題，本文對(duì)協(xié)同虛擬地理環(huán)境內(nèi)常見(jiàn)的數(shù)據(jù)類(lèi)型和特點(diǎn)進(jìn)行分析，進(jìn)而基于混合協(xié)同控制模型，采用Agent技術(shù)，開(kāi)展協(xié)同功能模型設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)訪問(wèn)并發(fā)控制、多服務(wù)器協(xié)同、以及數(shù)據(jù)搜索機(jī)制研究，建立虛擬地理環(huán)境數(shù)據(jù)協(xié)同服務(wù)，把整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)

5、部可以共享的數(shù)據(jù)管理起來(lái)，邏輯上整合在一起形成一個(gè)虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)，提供給用戶使用，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)的互連、互操作和協(xié)同工作。 3)針對(duì)集中服務(wù)器模式容易受到帶寬、時(shí)間及流動(dòng)性的限制，從而影響數(shù)據(jù)傳輸效率的問(wèn)題，本文根據(jù)協(xié)同虛擬地理環(huán)境多用戶參與特點(diǎn)，分析了協(xié)同虛擬地理環(huán)境主要數(shù)據(jù)類(lèi)型的傳輸特點(diǎn)，針對(duì)異步同時(shí)協(xié)同模式對(duì)數(shù)據(jù)協(xié)同的要求，基于混合協(xié)同控制模型和對(duì)等服務(wù)思想，設(shè)計(jì)了兩種數(shù)據(jù)傳輸模型，一是數(shù)據(jù)分發(fā)模型，解決地理場(chǎng)景等大數(shù)據(jù)量的靜態(tài)

6、數(shù)據(jù)分發(fā)問(wèn)題；一是即時(shí)數(shù)據(jù)傳輸模型，通過(guò)建立多播樹(shù)來(lái)處理協(xié)同工作中即時(shí)產(chǎn)生的交流交互動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)來(lái)減輕數(shù)據(jù)服務(wù)器負(fù)載和降低帶寬限制的影響。 4)針對(duì)協(xié)同虛擬地理環(huán)境內(nèi)的資源模型集成和開(kāi)放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)問(wèn)題，論文利用網(wǎng)格技術(shù)建立協(xié)同虛擬地理環(huán)境服務(wù)體系框架，并設(shè)計(jì)了其運(yùn)行機(jī)制和邏輯任務(wù)管理流程，以實(shí)現(xiàn)異地分布的數(shù)據(jù)資源、地學(xué)應(yīng)用模型、計(jì)算資源和信息共享，增強(qiáng)協(xié)同虛擬地理環(huán)境服務(wù)能力，提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。并在此服務(wù)框架下，以分布

7、式計(jì)算和移動(dòng)Agent計(jì)算為例，探討了計(jì)算資源注冊(cè)管理、模型服務(wù)部署、路由控制管理、運(yùn)行流程等計(jì)算服務(wù)的關(guān)鍵問(wèn)題，最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該方案的可行性。 5)針對(duì)協(xié)同虛擬地理場(chǎng)景的建立，論文首先從場(chǎng)景對(duì)象、場(chǎng)景建模技術(shù)、場(chǎng)景優(yōu)化管理對(duì)三維地理場(chǎng)景建模進(jìn)行總體討論，并以分布式地形實(shí)時(shí)漫游為例，對(duì)地形數(shù)據(jù)預(yù)先處理、數(shù)據(jù)流程、簡(jiǎn)化模型等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討，并利用數(shù)據(jù)分發(fā)模型，實(shí)現(xiàn)多用戶參與的虛擬地形環(huán)境實(shí)時(shí)漫游和協(xié)同交互。同時(shí)也討論了協(xié)同虛擬

8、地理環(huán)境中的多用戶交流交互模式，側(cè)重混合協(xié)同控制模型和即時(shí)數(shù)據(jù)傳輸模型在多用戶視頻協(xié)同中的應(yīng)用。 6)從技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，論文以小流域協(xié)同壩系規(guī)劃為研究背景，設(shè)計(jì)了基于多Agent系統(tǒng)的原型系統(tǒng)功能體系結(jié)構(gòu)，同時(shí)分別針對(duì)地理場(chǎng)景繪制和協(xié)同、視頻協(xié)同、網(wǎng)格服務(wù)、移動(dòng)計(jì)算服務(wù)、分布式計(jì)算服務(wù)選擇相應(yīng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，最后選擇了GlobusToolKit、Voyager、Jini和ComputeFarm等技術(shù)和軟件開(kāi)發(fā)包，建立原型實(shí)驗(yàn)環(huán)境，分