基于CSCW的協(xié)同測繪生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計與研究

王茂勝，付　佳，高　朋，何　峻*

基于CSCW的協(xié)同測繪生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計與研究

王茂勝，付佳，高朋，何峻*

（61243部隊，甘肅 蘭州 730020）

將CSCW應(yīng)用到測繪生產(chǎn)中，提出并設(shè)計了基于CSCW的測繪生產(chǎn)系統(tǒng)，對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、流程及關(guān)鍵技術(shù)分析研究，并對系統(tǒng)功能進(jìn)行實現(xiàn)。本系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)極大地便利了分布在不同地方的各個測圖單位和用圖單位在測繪生產(chǎn)中進(jìn)行協(xié)作、協(xié)商，實現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)的快速交流和共享，節(jié)約了寶貴的時間和人力資源。

CSCW；協(xié)同測繪生產(chǎn)；W-V集成服務(wù)器

1概述

隨著計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，軍事測繪由傳統(tǒng)的作業(yè)方法進(jìn)入數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的時代。然而，現(xiàn)在的測繪生產(chǎn)還是面臨著很多問題，一是大的時間急迫的測繪任務(wù)對單個測繪單位來說無法完成，同時各測繪生產(chǎn)單位分布在全國不同地方。二是共同承擔(dān)一項測繪任務(wù)時，要浪費大量的人力物力來召開會議共同協(xié)商，制定統(tǒng)一的測繪計劃，并且商定測繪過程中出現(xiàn)的許多具體問題及細(xì)節(jié)。三是用圖單位和測圖單位不能很好溝通協(xié)商，測繪產(chǎn)品很難滿足用圖單位的意愿。四是不能很好的共享測繪資源，不能很好地進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)的交流，難免要做大量重復(fù)性工作，浪費寶貴的時間和資源。以信息化和數(shù)字化為代表的現(xiàn)代化高科技戰(zhàn)爭，對測繪生產(chǎn)的要求越來越高，測繪產(chǎn)品的精確性、更新速度、快捷傳輸和合理應(yīng)用都將給戰(zhàn)爭勝敗帶來至關(guān)重要的作用。計算機(jī)支持協(xié)同工作的出現(xiàn)為解決以上測繪問題帶來了契機(jī)。

計算機(jī)支持協(xié)同工作 （ComputerSupported Co—operativeWork，CSCW）是指利用計算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，支持工作群體成員在共享環(huán)境下的協(xié)同工作、交互協(xié)商、分工合作、共同完成某些任務(wù)。它支持多個時間上分離、空間上分布，而工作又相互依賴的協(xié)作成員的協(xié)同工作。CSCW自1984年由IreneGreif和Paul-Cashman首先提出以來，不斷發(fā)展成熟起來，在包括產(chǎn)品設(shè)計、軟件開發(fā)、遠(yuǎn)程教育和多媒體會議等領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。計算機(jī)支持協(xié)同工作在當(dāng)今社會變得日益重要。

計算機(jī)支持的協(xié)同測繪生產(chǎn)是在計算機(jī)的支持下，各異地協(xié)作測繪單位圍繞一個共同的測繪項目，承擔(dān)相應(yīng)部分的任務(wù)，并行交互地進(jìn)行工作，最終快速圓滿地完成測繪生產(chǎn)。計算機(jī)支持的協(xié)同測繪生產(chǎn)將解決測繪生產(chǎn)及產(chǎn)品應(yīng)用中存在的問題。

2基于CSCW 測繪生產(chǎn)系統(tǒng)的總體設(shè)計

2.1系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境分析

本系統(tǒng)將被實現(xiàn)成為網(wǎng)絡(luò)化測繪生產(chǎn)的一個實用平臺。該平臺通過網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫的支撐，主要為各測繪單位及用圖單位提供協(xié)同測量、共享資源與信息交流服務(wù)。平臺在擁有完備的信息服務(wù)功能的同時，在服務(wù)端集成ARCGIS、CAD、MapInfo等測繪軟件應(yīng)用系統(tǒng)，進(jìn)行以遠(yuǎn)程協(xié)同測繪為主的網(wǎng)絡(luò)化測繪生產(chǎn)服務(wù)與示范。

為使現(xiàn)有的信息資源、應(yīng)用系統(tǒng)和測繪設(shè)備資源得到更為有效的集成和應(yīng)用，項目中提出將CSCW技術(shù)融入網(wǎng)絡(luò)測繪生產(chǎn)模式，所要設(shè)計開發(fā)的協(xié)同系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境具體如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境

2.2系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

該協(xié)作生產(chǎn)系統(tǒng)繼承了CSCW理論和基于B/S的多層架構(gòu)思想，由電子白板、語音會議系統(tǒng)和應(yīng)用共享系統(tǒng)（內(nèi)含視頻監(jiān)控服務(wù)插接）3個子系統(tǒng)構(gòu)成，目的在于通過引入圖片和語音等內(nèi)容豐富的信息，以提高各會員之間交流的質(zhì)量，從而增進(jìn)彼此的信任；同時，基于獨立計算體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用共享的實現(xiàn)，使得平臺為各個測繪單位提供Arcgis、CAD、MapInfo等測繪軟件遠(yuǎn)程操作服務(wù)成為可能。

簡單的文字交流可以增進(jìn)協(xié)作人員的相互了解，而形象的圖文和色彩信息的加入，可以進(jìn)一步增加交流信息的內(nèi)容含量。白板在實現(xiàn)上述交互功能的同時，又融入了虛擬空間管理機(jī)制，使得虛擬組織成員的會議討論更加直觀、方便和安全；另外，為滿足平臺的可擴(kuò)展性，系統(tǒng)增加了本地資源訪問的接口，為與會成員實時調(diào)用或存儲本地會議相關(guān)資料提供了方便。

根據(jù)國內(nèi)外的相關(guān)研究，視頻的存在并不能提高網(wǎng)絡(luò)會議的質(zhì)量，所以在網(wǎng)絡(luò)會議系統(tǒng)的設(shè)計時摒棄了視頻功能。同時，將多媒體語音服務(wù)器與白板服務(wù)器進(jìn)行了集成，組成W-V（Whiteboardand Voice）集成服務(wù)器，以此來提高會議的集中可控性。對于應(yīng)用共享系統(tǒng)，鑒于該子系統(tǒng)在實際應(yīng)用中的特殊需求，其服務(wù)端與W-V集成服務(wù)器被隔離，使其相對獨立地運行，以確保服務(wù)器運行的可靠性。而視頻監(jiān)控服務(wù)作為獨立的插接服務(wù)，可以由用戶自行選擇其與應(yīng)用共享服務(wù)協(xié)同工作的時間和方式。

整個協(xié)作支持系統(tǒng)的管理和相關(guān)流程的控制，由會議控制服務(wù)器進(jìn)行全面協(xié)調(diào)；同時，在服務(wù)器端設(shè)立了專門的控制臺，可供管理員實時監(jiān)控服務(wù)器運行狀態(tài)及各類虛擬會議室狀態(tài)。該支持系統(tǒng)可以看作是基于平臺的功能組件，系統(tǒng)用戶的授權(quán)和宏觀管理由平臺業(yè)務(wù)邏輯層進(jìn)行控制；而基于Web系統(tǒng)的正常運行，由平臺的Web服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器做支撐。系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

2.3系統(tǒng)模型設(shè)計

本系統(tǒng)采用了基于服務(wù)器的系統(tǒng)模型。在服務(wù)器端，系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和協(xié)作支持服務(wù)器組成。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器負(fù)責(zé)系統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)服務(wù)和管理；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器由Web服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器相互集成而成，為系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)會話處理及相關(guān)邏輯應(yīng)用處理；而在協(xié)作支持服務(wù)器中，由會議管理服務(wù)器來進(jìn)行系統(tǒng)的協(xié)作流程控制，以白板服務(wù)器、多媒體語音服務(wù)器構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)會議的主要環(huán)境支撐，通過應(yīng)用共享服務(wù)器和多媒體視頻服務(wù)器來管理、監(jiān)控各類第三方的應(yīng)用服務(wù)，以滿足測繪生產(chǎn)的需要。在客戶端，主要由Web瀏覽器組成，并采用JavaApplet技術(shù)，將系統(tǒng)界面和客戶端應(yīng)用與Web進(jìn)行了有效集成。具體如圖3所示。

圖3　協(xié)作支持系統(tǒng)模型

3　基于CSCW的測繪生產(chǎn)系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

3.1系統(tǒng)執(zhí)行流程

網(wǎng)絡(luò)化測繪服務(wù)平臺的協(xié)作支持環(huán)境，與平臺進(jìn)行了可靠的無縫集成。平臺授權(quán)會員只有在通過平臺資格驗證的前提下，才具備進(jìn)一步使用協(xié)作支持系統(tǒng)的權(quán)限。在網(wǎng)絡(luò)化測繪過程中，分布在各地的測繪單位和用圖單位可以在預(yù)先約定的時間，在獲得權(quán)限后，可以利用白板和多媒體會議系統(tǒng)，直接針對某個預(yù)定的議題，在線進(jìn)行討論和交流；同時，測繪單位可以使用基于獨立計算結(jié)構(gòu)的應(yīng)用共享功能，在線進(jìn)行測繪資源計劃管理、測繪方案設(shè)計或者網(wǎng)上統(tǒng)一驗收。此時，測繪單位及用圖單位之間可以對任何具有會議需求的突發(fā)問題進(jìn)行會議討論。系統(tǒng)執(zhí)行流程如圖4所示。

圖4　系統(tǒng)執(zhí)行流程

3.2網(wǎng)絡(luò)會議控制流程

鑒于虛擬網(wǎng)絡(luò)會議的特殊性，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)化測繪的需求，協(xié)作支持系統(tǒng)有必要對網(wǎng)絡(luò)會議的流程進(jìn)行專門的控制。本系統(tǒng)將會議的正常過程大致分為會議服務(wù)啟動、會議準(zhǔn)備、會議室創(chuàng)建、成員邀請、會議啟動、成員討論和會議結(jié)束7個階段。在會議服務(wù)啟動后，預(yù)先約定參加會議的企業(yè)會員可以進(jìn)入公共討論區(qū)，進(jìn)行會議前的具體準(zhǔn)備，在準(zhǔn)備完畢之后，由會議的發(fā)起人進(jìn)行會議室的創(chuàng)建（包括會議室名稱和加入密碼的設(shè)定），并向其它參加會議的成員發(fā)出邀請，成員得到邀請后，通過相關(guān)的會議室密碼，進(jìn)入已創(chuàng)建的會議室，開始會議討論。會議控制流程具體如圖5。

圖5　會議控制流程

3.3關(guān)鍵技術(shù)

1）獨立計算體系結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的應(yīng)用共享采用的計算模式較為低級，其對異種異構(gòu)的個性化客戶端需求和低帶寬、高性能和高安全的保障要求顯得力不從心。該系統(tǒng)借鑒citrix的獨立計算體系結(jié)構(gòu)技術(shù)（ICA）：在服務(wù)端軟件的開發(fā)中，應(yīng)用邏輯被從用戶界面中分離出來，保證應(yīng)用軟件所有的運行和計算都在服務(wù)器上進(jìn)行。同時，應(yīng)用集中控制原理對各類會話進(jìn)行調(diào)度和安全性處理；而在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議組件上，通過采用高效的遠(yuǎn)程顯示服務(wù)協(xié)議，使得在應(yīng)用共享的過程中，只允許鍵盤信息、鼠標(biāo)事件和屏幕更新通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，從而使得共享過程中用戶僅需要10kbps的帶寬；在客戶端通過相關(guān)控件和安全機(jī)制，使得在適應(yīng)各類現(xiàn)有客戶終端的同時，具備各種級別的訪問本地系統(tǒng)的能力。

2）一致性和并發(fā)控制。由于協(xié)作支持系統(tǒng)涉及到多用戶的信息共享和并發(fā)輸入，有必要對用戶在協(xié)作過程傳遞的消息命令及輸入、輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性處理，同時采取相關(guān)的策略對多用戶并發(fā)事件進(jìn)行有效控制。本系統(tǒng)在技術(shù)路線上采用了多輸入流支持、優(yōu)先權(quán)控制和對象鎖相結(jié)合的混合模式。首先，采用注重“數(shù)據(jù)一致”的系統(tǒng)整體一致性模型，在此基礎(chǔ)上采用消息機(jī)制對各類用戶進(jìn)行輸入輸出的優(yōu)先權(quán)控制。其次，通過服務(wù)器端通信，進(jìn)行服務(wù)器序列化機(jī)制的轉(zhuǎn)發(fā)。服務(wù)器對源客戶端需要中轉(zhuǎn)的宏命令進(jìn)行一致性處理，然后再轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)客戶端，從而實現(xiàn)了多輸入流協(xié)作。此外，在服務(wù)器應(yīng)用和客戶端Applet中，對應(yīng)用層協(xié)議集的每個子協(xié)議實現(xiàn)時，分別建立一個同步塊，以限制自由訪問網(wǎng)絡(luò)接插建立的輸入流和輸出流，使得當(dāng)某個線程執(zhí)行某個子協(xié)議時能夠獨占這些網(wǎng)絡(luò)資源，以保證線程能夠完整正確地執(zhí)行子協(xié)議。

3）JavaApplet本地資源訪問。由于Applet的安全機(jī)制，按照傳統(tǒng)方式，客戶端通過瀏覽器從服務(wù)器下載到本機(jī)虛擬內(nèi)存中的JavaApplet，沒有訪問客戶本機(jī)資源的權(quán)限。本系統(tǒng)在客戶端Applet的設(shè)計過程中，應(yīng)用Applet數(shù)字簽名和認(rèn)證技術(shù)對存放在服務(wù)器端的Applet進(jìn)行封裝簽名，客戶在訪問時可以通過相關(guān)認(rèn)證機(jī)制對Applet進(jìn)行本地資源訪問的授權(quán)，從而使得集中式協(xié)作支持向分布式擴(kuò)展。

4　結(jié)束語

現(xiàn)代科技特別是信息與通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同測繪奠定了基礎(chǔ)。作為一種新型測繪模式，網(wǎng)絡(luò)化測繪必將推動新世紀(jì)測繪業(yè)的飛速發(fā)展。本文所提出的基于Java的協(xié)作支持系統(tǒng)，從某應(yīng)用項目的實際需求出發(fā)，具備功能豐富、結(jié)構(gòu)開放和跨平臺性等優(yōu)點，可望為網(wǎng)絡(luò)化測繪提供有力的支持。協(xié)同測繪系統(tǒng)可以帶來很多的益處。這體現(xiàn)在測繪產(chǎn)品生產(chǎn)效率和成本兩個方面。

1）有助于各測繪單位之間更好的通信和交流；協(xié)同測繪時，能更好地利用分布在不同地理位置的測繪人員和專家的技能；并使測繪資源共享，減少重復(fù)工作；更好地協(xié)調(diào)單位之間的測繪活動；統(tǒng)一測繪標(biāo)準(zhǔn)和驗收標(biāo)準(zhǔn)。提高測繪過程中的效率和效果。

2）極大地減少了測繪項目的完成時間，有助于提高測繪產(chǎn)品的質(zhì)量和測繪產(chǎn)品革新；減少測繪成本；用圖單位也可以參測量進(jìn)程，可以提高圖幅利用的滿意度。

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