虛擬地理環(huán)境中基于多Agent的數據和計算協(xié)同研究.pdf

1、協(xié)同虛擬地理環(huán)境作為一個新的研究方向，其多維多感知的虛擬環(huán)境更加符合人類空間認知特點，分布式的系統(tǒng)結構又為專家、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，協(xié)同工作機制則保證了交流交互過程中的有序性。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)同機制，包

2、括多用戶之間的通信、數據、計算協(xié)同控制等是目前研究的焦點問題。目前國內外對協(xié)同虛擬地理環(huán)境的多用戶參與協(xié)同所涉及的一些問題(如開放系統(tǒng)結構、分布資源協(xié)同、多用戶協(xié)同控制機制以及網絡瓶頸限制等)未進行系統(tǒng)分析和提出切實可行的解決方案。本著學科交叉的思想和原則，借助其他領域的技術和方法，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，并設計動態(tài)群組算法來求解協(xié)同任務，接著分別從數據協(xié)同、計算協(xié)同、實時協(xié)同環(huán)境幾方面開展深

3、入研究，最后結合一個應用案例建立原型系統(tǒng)并驗證了上述理論和技術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的環(huán)境下，且具有動態(tài)加入和離開系統(tǒng)環(huán)境的特性，為了使協(xié)同交互控制更加靈活有效，在分析現有協(xié)同模型的基礎上，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等通信兩種模式的優(yōu)點，設計了混合協(xié)同控制模型，即部分Agent間可以直接通訊，部分Agent間通過轉發(fā)進行通訊

4、，從而既能夠減輕服務器的負擔，也能實現高效的資源管理和搜索，以適用復雜的應用環(huán)境。此外本文也設計一個動態(tài)群組算法來組織和控制不同的Agent協(xié)同完成任務。 2)針對異構數據源和異構地理信息處理環(huán)境下的數據共享問題，本文對協(xié)同虛擬地理環(huán)境內常見的數據類型和特點進行分析，進而基于混合協(xié)同控制模型，采用Agent技術，開展協(xié)同功能模型設計、數據訪問并發(fā)控制、多服務器協(xié)同、以及數據搜索機制研究，建立虛擬地理環(huán)境數據協(xié)同服務，把整個系統(tǒng)內

5、部可以共享的數據管理起來，邏輯上整合在一起形成一個虛擬數據庫，提供給用戶使用，實現異構數據的互連、互操作和協(xié)同工作。 3)針對集中服務器模式容易受到帶寬、時間及流動性的限制，從而影響數據傳輸效率的問題，本文根據協(xié)同虛擬地理環(huán)境多用戶參與特點，分析了協(xié)同虛擬地理環(huán)境主要數據類型的傳輸特點，針對異步同時協(xié)同模式對數據協(xié)同的要求，基于混合協(xié)同控制模型和對等服務思想，設計了兩種數據傳輸模型，一是數據分發(fā)模型，解決地理場景等大數據量的靜態(tài)

6、數據分發(fā)問題；一是即時數據傳輸模型，通過建立多播樹來處理協(xié)同工作中即時產生的交流交互動態(tài)數據，通過數據中轉來減輕數據服務器負載和降低帶寬限制的影響。 4)針對協(xié)同虛擬地理環(huán)境內的資源模型集成和開放系統(tǒng)結構問題，論文利用網格技術建立協(xié)同虛擬地理環(huán)境服務體系框架，并設計了其運行機制和邏輯任務管理流程，以實現異地分布的數據資源、地學應用模型、計算資源和信息共享，增強協(xié)同虛擬地理環(huán)境服務能力，提高系統(tǒng)的可擴展性。并在此服務框架下，以分布

7、式計算和移動Agent計算為例，探討了計算資源注冊管理、模型服務部署、路由控制管理、運行流程等計算服務的關鍵問題，最后通過實驗驗證該方案的可行性。 5)針對協(xié)同虛擬地理場景的建立，論文首先從場景對象、場景建模技術、場景優(yōu)化管理對三維地理場景建模進行總體討論，并以分布式地形實時漫游為例，對地形數據預先處理、數據流程、簡化模型等關鍵技術進行探討，并利用數據分發(fā)模型，實現多用戶參與的虛擬地形環(huán)境實時漫游和協(xié)同交互。同時也討論了協(xié)同虛擬

8、地理環(huán)境中的多用戶交流交互模式，側重混合協(xié)同控制模型和即時數據傳輸模型在多用戶視頻協(xié)同中的應用。 6)從技術實現上，論文以小流域協(xié)同壩系規(guī)劃為研究背景，設計了基于多Agent系統(tǒng)的原型系統(tǒng)功能體系結構，同時分別針對地理場景繪制和協(xié)同、視頻協(xié)同、網格服務、移動計算服務、分布式計算服務選擇相應的技術實現方案，最后選擇了GlobusToolKit、Voyager、Jini和ComputeFarm等技術和軟件開發(fā)包，建立原型實驗環(huán)境，分