多粒度時(shí)空對(duì)象行為特征的描述方法研究

曹一冰，華一新，郭邵萌

（1. 信息工程大學(xué) 地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450001；2. 黃河水文水資源科學(xué)研究院，河南 鄭州 450004）

0 引 言

傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)經(jīng)過(guò)50多年的發(fā)展，已經(jīng)建立起了成熟的基礎(chǔ)理論、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用平臺(tái)，無(wú)論是在數(shù)據(jù)源的支持種類(lèi)、數(shù)據(jù)的管理能力、信息的分析和計(jì)算能力、結(jié)果的可視化表達(dá)方式、系統(tǒng)的應(yīng)用模式、人機(jī)的交互方式等方面都取得了長(zhǎng)足的發(fā)展[1]。廣泛應(yīng)用于資源與環(huán)境監(jiān)測(cè)、災(zāi)害評(píng)估與應(yīng)急響應(yīng)、城市規(guī)劃與建設(shè)管理、醫(yī)療衛(wèi)生與軍事行動(dòng)等領(lǐng)域，揭示了各種事物與現(xiàn)象的空間分布特征和動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，為人們更好地解決以空間位置為特征的應(yīng)用問(wèn)題提供了技術(shù)支撐[2]。隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新興IT技術(shù)的出現(xiàn)和蓬勃發(fā)展，傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)的發(fā)展面臨著新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，各大地理信息系統(tǒng)平臺(tái)廠(chǎng)商通過(guò)對(duì)服務(wù)端平臺(tái)產(chǎn)品的重構(gòu)和擴(kuò)展，已經(jīng)能夠支持大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)，如ESRI對(duì)ArcGIS for Server產(chǎn)品進(jìn)行重構(gòu)，在10.5版本中推出了新一代ArcGIS服務(wù)端產(chǎn)品ArcGIS Enterprise，提供對(duì)矢量、表格、柵格和影像的大數(shù)據(jù)分析能力以及實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)的接入、存儲(chǔ)、可視化和分析能力[3]，但是這種擴(kuò)展方式并沒(méi)有從根本上改變GIS以地圖為模板的間接建模方式，難以對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體對(duì)象進(jìn)行全方位的描述，特別是不能滿(mǎn)足描述現(xiàn)實(shí)世界動(dòng)態(tài)變化和多能自主的要求，不能描述時(shí)空實(shí)體的自主認(rèn)知和行為特征。

在這樣的背景下，文獻(xiàn)[2]提出了全空間信息系統(tǒng)的概念，提出了構(gòu)建無(wú)所不在的空間信息系統(tǒng)世界的構(gòu)想和泛在空間的概念。文獻(xiàn)[4]進(jìn)一步明確了全空間信息系統(tǒng)的基本概念和基本特征，提出了多粒度時(shí)空對(duì)象的基本概念，明確了采用多粒度時(shí)空對(duì)象構(gòu)建全空間信息系統(tǒng)的研究思路及其關(guān)鍵問(wèn)題。文獻(xiàn)[1]分析了傳統(tǒng)GIS空間數(shù)據(jù)模型的不足，提出了多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型的概念和描述框架，明確了多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型的建模思路。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)的分析可知，多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型具有多粒度、多類(lèi)型、多形態(tài)、多參照系、多元關(guān)聯(lián)、多維動(dòng)態(tài)、多能自主7個(gè)特點(diǎn)，需要從時(shí)空參照、空間位置、空間形態(tài)、組成結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)關(guān)系、認(rèn)知特征、行為特征和屬性特征8個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行描述[1]，其中行為特征作為描述框架的一個(gè)重要方面，將其抽象并進(jìn)行描述能夠更好地體現(xiàn)時(shí)空實(shí)體的多維動(dòng)態(tài)和多能自主特點(diǎn)，可以將傳統(tǒng)GIS中靜態(tài)的、孤立的、被動(dòng)的對(duì)象轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)的、聯(lián)動(dòng)的、自主的多粒度時(shí)空對(duì)象，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一個(gè)“活”的全空間信息系統(tǒng)。

傳統(tǒng)GIS的研究基本不涉及行為特征，而是采用一組與數(shù)據(jù)一起存儲(chǔ)于地理數(shù)據(jù)庫(kù)中的規(guī)則來(lái)表達(dá)地理要素的動(dòng)態(tài)方面，規(guī)則的增、刪、改并不會(huì)影響原始數(shù)據(jù)的完整性，全空間信息系統(tǒng)中則直接采用對(duì)象化的方式組織空間和非空間數(shù)據(jù)，能夠?qū)?duì)象進(jìn)行全方位的描述，行為特征作為描述對(duì)象的一個(gè)方面，能夠更加靈活地實(shí)現(xiàn)在信息空間中構(gòu)建一個(gè)動(dòng)態(tài)的現(xiàn)實(shí)世界的目的。

本文面向全空間信息系統(tǒng)，基于多粒度時(shí)空對(duì)象，對(duì)行為特征的基礎(chǔ)理論和描述方法展開(kāi)探索性研究，主要包括：多粒度時(shí)空對(duì)象行為的基本概念、行為的觸發(fā)方式、行為的分類(lèi)方式、行為的描述框架、行為能力的描述方法、環(huán)境影響因素的描述方法、行為觸發(fā)條件的描述方法、行為作用對(duì)象的描述方法、行為計(jì)算模型的描述方法等，以期對(duì)后續(xù)行為特征的研究提供基礎(chǔ)理論指導(dǎo)。

1 多粒度時(shí)空對(duì)象行為特征概述

多粒度時(shí)空對(duì)象的行為特征是描述全空間信息系統(tǒng)中不同對(duì)象之間聯(lián)動(dòng)與響應(yīng)、接受與傳播的重要方面，是體現(xiàn)時(shí)空對(duì)象相互作用、動(dòng)態(tài)變化、多能自主的核心。通過(guò)對(duì)行為的基本概念及特點(diǎn)、觸發(fā)方式、分類(lèi)方式和描述框架的全方位闡述，可以為行為的形式化描述奠定理論基礎(chǔ)。

1.1 多粒度時(shí)空對(duì)象行為的基本概念

多粒度時(shí)空對(duì)象的行為是指實(shí)體對(duì)象具有的引起自身或其他外部對(duì)象（包括外部環(huán)境）狀態(tài)變遷的能力，也是實(shí)體對(duì)象隨著時(shí)間推移，在內(nèi)在規(guī)律和外部干擾下的表現(xiàn)（動(dòng)作）。內(nèi)在規(guī)律指的是實(shí)體對(duì)象在全空間場(chǎng)景中所遵循的規(guī)則，如自身的物理特性等，外部干擾指的是各種外部干擾因素，包括外部環(huán)境的自然規(guī)律（重力、風(fēng)力、溫度、物體間的相互作用力等）和其他時(shí)空對(duì)象的刺激[5]。

從多粒度時(shí)空對(duì)象行為的定義可以看出，行為包含兩個(gè)方面的內(nèi)容：從行為的產(chǎn)生機(jī)理角度來(lái)看，行為是對(duì)象具有的某種能力，包含在具體的時(shí)空對(duì)象中，能夠?qū)ψ陨砘蛘咂渌麜r(shí)空對(duì)象施加影響動(dòng)作，影響自身的過(guò)程體現(xiàn)為響應(yīng)，影響其他時(shí)空對(duì)象或環(huán)境的過(guò)程體現(xiàn)為控制；從行為的外在表現(xiàn)角度來(lái)看，行為是實(shí)體對(duì)象執(zhí)行的某種動(dòng)作，是行為觸發(fā)的結(jié)果，是對(duì)象能力的外化。與傳統(tǒng)實(shí)體對(duì)象的行為相比，多粒度時(shí)空對(duì)象的行為具有以下特點(diǎn)：

1）多粒度特性。多粒度體現(xiàn)時(shí)空對(duì)象的組成與分解，當(dāng)認(rèn)知和表達(dá)對(duì)象的角度發(fā)生變化時(shí)，對(duì)象就在多個(gè)粒度之間無(wú)縫切換，對(duì)象的各個(gè)方面都可能會(huì)發(fā)生變化[6]。行為特征作為多粒度時(shí)空對(duì)象8個(gè)描述方面之一并不隨著對(duì)象粒度的變化而發(fā)生變化，但是具有行為特征的主體對(duì)象會(huì)發(fā)生變化，如戰(zhàn)斗機(jī)隨著場(chǎng)景的不同可能會(huì)有集群、圖標(biāo)、模型等多個(gè)粒度，當(dāng)粒度切換時(shí)戰(zhàn)斗機(jī)始終持有打擊行為，但是打擊行為的主體對(duì)象分別為集群、圖標(biāo)（單個(gè)戰(zhàn)斗機(jī)對(duì)象）、模型（子對(duì)象炸彈）。此外，對(duì)象的行為不僅可以通過(guò)其父對(duì)象繼承而來(lái)，還可以通過(guò)組合子對(duì)象進(jìn)而獲取子對(duì)象的行為，具體行為的實(shí)施和效果由子對(duì)象來(lái)決定，如皮卡具有運(yùn)動(dòng)行為沒(méi)有打擊行為，但是將皮卡和機(jī)槍組合后，皮卡就獲得了打擊行為，其打擊效果實(shí)際上是由掛載的機(jī)槍來(lái)決定。

2）動(dòng)態(tài)變化特性。行為會(huì)隨著時(shí)空對(duì)象所處的時(shí)間和空間環(huán)境的變化而變化。隨時(shí)間變化方面，行為在對(duì)象的全生命周期中是動(dòng)態(tài)變化的，這種變化不僅體現(xiàn)在一種行為的強(qiáng)弱變化，還體現(xiàn)在不同行為的獲取和消亡，如戰(zhàn)斗機(jī)在有彈載的情況下具有打擊行為，當(dāng)無(wú)彈載時(shí)就失去了打擊行為，同時(shí)戰(zhàn)斗機(jī)掛載不同的炸彈其打擊行為的強(qiáng)弱也是不同的；隨空間環(huán)境變化方面，行為隨著對(duì)象所處空間位置和環(huán)境因素的不同而發(fā)生變化，如汽車(chē)的運(yùn)動(dòng)行為會(huì)隨著道路路面狀況的不同而變化（公路、山路、草地等），同時(shí)還受風(fēng)力等環(huán)境因素的影響。

3）方向傳導(dǎo)特性。對(duì)象的行為并不是孤立的，而是存在相互影響，有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，也就是說(shuō)行為具有傳導(dǎo)特性，行為的傳導(dǎo)具有方向性，可以依據(jù)對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系采用單向或定向的方式傳導(dǎo)，如雷達(dá)探測(cè)到目標(biāo)后向?qū)楆嚨匕l(fā)送消息的信息傳輸行為，可能會(huì)引發(fā)導(dǎo)彈的發(fā)射、飛行和打擊行為，也可以采用廣播的方式傳導(dǎo)；如導(dǎo)彈的打擊行為，會(huì)按照一定的計(jì)算模型傳遞給其打擊范圍內(nèi)的所有對(duì)象，對(duì)象根據(jù)毀傷效果和自身的抗打擊能力決定是否觸發(fā)其狀態(tài)變化行為（位置和形態(tài)的變化等）。

4）多能自主特性。多能體現(xiàn)在多粒度時(shí)空對(duì)象在其生命周期中可以具有多種類(lèi)別的行為，如獲取信息、處理信息、傳遞信息、調(diào)整狀態(tài)、實(shí)施動(dòng)作等行為，自主體現(xiàn)在多粒度時(shí)空對(duì)象具有自我控制和自主決策能力，會(huì)根據(jù)外界的刺激和所處的環(huán)境決定執(zhí)行的動(dòng)作。

在全空間信息系統(tǒng)中并不是所有的對(duì)象都具有行為特征，有些對(duì)象雖然其狀態(tài)也隨著時(shí)間的推移發(fā)生變化，但是這些變化完全是被動(dòng)的，這類(lèi)對(duì)象主要是現(xiàn)實(shí)世界中沒(méi)有生命和智能的實(shí)體，如機(jī)場(chǎng)、地形、陣地、建筑物、物資、給養(yǎng)等，他們是交互的接收者，不能通過(guò)行為主動(dòng)地去影響和改變自身或其他對(duì)象的狀態(tài)和行為。本文的研究對(duì)象主要針對(duì)全空間場(chǎng)景中具有行為特征的實(shí)體對(duì)象，這類(lèi)實(shí)體對(duì)象具有時(shí)間、空間、屬性、形態(tài)、關(guān)系等多元特征，并且是可以感知、表達(dá)和量化的。

1.2 多粒度時(shí)空對(duì)象行為的觸發(fā)方式

行為的觸發(fā)方式是指引起多粒度時(shí)空對(duì)象行為執(zhí)行的方式，根據(jù)行為執(zhí)行方式的不同可以將行為的觸發(fā)方式分為：時(shí)間觸發(fā)、規(guī)則觸發(fā)、事件/消息觸發(fā)和狀態(tài)觸發(fā)，如圖1所示。

圖1 行為的觸發(fā)方式Fig.1 Trigger mode of behaviors

時(shí)間觸發(fā)方式：場(chǎng)景運(yùn)行到一定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，時(shí)空對(duì)象自動(dòng)觸發(fā)相關(guān)的行為或者時(shí)空對(duì)象根據(jù)固定的時(shí)間間隔觸發(fā)某個(gè)行為，如定時(shí)炸彈的爆炸，雷達(dá)按固定頻率發(fā)射電磁波等行為的觸發(fā)。

規(guī)則觸發(fā)方式：時(shí)空對(duì)象需要滿(mǎn)足若干條件時(shí)才能觸發(fā)相關(guān)的行為，如電子眼判定闖紅燈，攝像頭需要拍到車(chē)輪越過(guò)停車(chē)線(xiàn)、經(jīng)過(guò)路口、通過(guò)路口三張照片才能認(rèn)定車(chē)輛闖紅燈，并觸發(fā)信息傳輸行為，修改數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息，缺一張照片都不能認(rèn)定闖紅燈。

事件/消息觸發(fā)方式：又可細(xì)分為事件觸發(fā)和消息觸發(fā)。事件觸發(fā)是由用戶(hù)通過(guò)外接設(shè)備觸發(fā)，全空間信息系統(tǒng)能夠感受到用戶(hù)觸發(fā)的事件，并將事件轉(zhuǎn)換為特定的消息發(fā)送到系統(tǒng)的消息隊(duì)列中，然后根據(jù)消息觸發(fā)對(duì)象的行為；消息觸發(fā)是直接根據(jù)消息隊(duì)列中的消息觸發(fā)對(duì)象的行為，消息的來(lái)源有3種（全空間信息系統(tǒng)產(chǎn)生、事件轉(zhuǎn)換產(chǎn)生、其他消息產(chǎn)生）。從本質(zhì)上講這兩種方式類(lèi)似，都具有源對(duì)象和目標(biāo)對(duì)象，比較常見(jiàn)，大部分行為的觸發(fā)方式都屬于這一類(lèi)。

狀態(tài)觸發(fā)方式：時(shí)空對(duì)象在自身狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)觸發(fā)相關(guān)的行為，如水由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)引起的運(yùn)動(dòng)行為。

1.3 多粒度時(shí)空對(duì)象行為的分類(lèi)

行為分類(lèi)是對(duì)多粒度時(shí)空對(duì)象的行為特征進(jìn)行形式化描述的基礎(chǔ)，決定著行為能力參數(shù)、環(huán)境影響因素、行為觸發(fā)條件的內(nèi)容和取值?？紤]到時(shí)空對(duì)象的行為類(lèi)型多樣，特征復(fù)雜，以及考察視角的不同，為了盡量涵蓋時(shí)空對(duì)象的所有行為[7]，本文從行為的產(chǎn)生結(jié)果出發(fā)，對(duì)多粒度時(shí)空對(duì)象的行為進(jìn)行分類(lèi)，可以將行為劃分為：信息傳輸行為和狀態(tài)變化行為兩大類(lèi)，每一大類(lèi)又包含若干小類(lèi)，如圖2所示。

圖2 基于結(jié)果的行為分類(lèi)Fig.2 Behavior classif i cation based on behavior results

信息傳輸行為：這類(lèi)行為不引起時(shí)空對(duì)象各方面狀態(tài)的變化，可分為信息發(fā)送行為和信息接收行為。信息發(fā)送行為是時(shí)空對(duì)象根據(jù)內(nèi)部機(jī)制、外部環(huán)境或者其他對(duì)象的觸發(fā)產(chǎn)生的對(duì)外發(fā)送特定格式信息的行為，信息的發(fā)送方式包括廣播、單向、定向等，如雷達(dá)發(fā)射電磁波、傳感器告警通知、長(zhǎng)機(jī)和僚機(jī)的協(xié)同等行為；信息接收行為是時(shí)空對(duì)象根據(jù)內(nèi)部機(jī)制具有的接收和解析特定格式信息的行為，這類(lèi)行為主要用來(lái)感知外界的變化，根據(jù)認(rèn)知的結(jié)果決定對(duì)象的動(dòng)作。如雷達(dá)接收物體反射的電磁波、陸?？諈f(xié)同作戰(zhàn)等行為。

狀態(tài)變化行為：對(duì)象行為觸發(fā)后引起自身或者其他時(shí)空對(duì)象空間位置、空間姿態(tài)、空間形態(tài)、關(guān)聯(lián)關(guān)系、組成結(jié)構(gòu)、屬性特征中的一個(gè)或多個(gè)狀態(tài)發(fā)生變化的行為，又可分為位姿變化行為、形態(tài)變化行為、關(guān)系變化行為、組成分解行為、屬性變化行為和復(fù)合變化行為。位姿變化行為是對(duì)象行為觸發(fā)后引起自身或者其他時(shí)空對(duì)象空間位置或者空間姿態(tài)（俯仰角、偏航角、滾轉(zhuǎn)角）發(fā)生變化的行為，如汽車(chē)行駛、飛機(jī)轉(zhuǎn)彎飛行等行為；形態(tài)變化行為是對(duì)象行為觸發(fā)后引起自身或者其他時(shí)空對(duì)象形態(tài)發(fā)生變化的行為，如對(duì)象碰撞、道路擴(kuò)建、動(dòng)植物的生長(zhǎng)等行為；關(guān)系變化行為是對(duì)象行為觸發(fā)后引起兩個(gè)或多個(gè)對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系發(fā)生變化的行為，如飛機(jī)隨著飛行位置的不同切換地面管制單位保持通話(huà)、對(duì)象消亡引起的指揮關(guān)系變化等行為；組成分解行為是對(duì)象行為觸發(fā)后引起自身或者其他時(shí)空對(duì)象組成結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的行為，如航天器的解體、星箭分離等行為；屬性變化行為是對(duì)象行為觸發(fā)后引起自身或者其他時(shí)空對(duì)象屬性特征發(fā)生變化的行為，如傳感器采集信息的更新等行為；復(fù)合變化行為是行為觸發(fā)后引起自身或者其他時(shí)空對(duì)象的多個(gè)特性同時(shí)發(fā)生變化的行為，如炸彈的爆炸會(huì)同時(shí)引起其他對(duì)象的位置、姿態(tài)、形態(tài)、關(guān)系和屬性中的某幾個(gè)方面發(fā)生變化。

1.4 多粒度時(shí)空對(duì)象行為特征的描述框架

由于多粒度時(shí)空對(duì)象的行為具有動(dòng)態(tài)變化、方向傳導(dǎo)和多能自主特性，考慮到行為的觸發(fā)方式和分類(lèi)方式，需要從以下6個(gè)方面對(duì)行為特征進(jìn)行全方位的描述，如圖3所示。

圖3 多粒度時(shí)空對(duì)象行為特征的描述框架Fig.3 Description frame of behavior characteristics of spatial-temporal objects of multi-granularity

行為類(lèi)型主要描述行為的類(lèi)別，行為類(lèi)別的不同會(huì)影響行為特征其他5個(gè)方面的內(nèi)容；行為能力主要描述行為的各種能力以及能力的取值和范圍；環(huán)境影響因素主要描述環(huán)境因素對(duì)行為能力的影響效能；行為觸發(fā)條件主要描述引起行為動(dòng)作執(zhí)行的條件，包括觸發(fā)方式和觸發(fā)參數(shù)；行為作用對(duì)象主要描述行為觸發(fā)后影響的全空間運(yùn)行系統(tǒng)中的對(duì)象集合；行為計(jì)算模型是對(duì)象行為動(dòng)作執(zhí)行的決策模塊，決定著行為產(chǎn)生的結(jié)果。其中行為能力、環(huán)境影響因素和行為觸發(fā)條件的描述體現(xiàn)了行為的動(dòng)態(tài)變化特性，行為作用對(duì)象的描述體現(xiàn)了行為的方向傳導(dǎo)特性，行為計(jì)算模型的描述體現(xiàn)了行為的多能自主特性。

2 多粒度時(shí)空對(duì)象行為特征的形式化描述

多粒度時(shí)空對(duì)象行為特征的形式化描述即行為建模，是探索一種能夠盡可能貼近真實(shí)時(shí)空實(shí)體行為特征的表達(dá)模型，使構(gòu)造時(shí)空對(duì)象的人能夠按照這種模型方便地構(gòu)造一個(gè)數(shù)字世界中行為上真實(shí)的時(shí)空對(duì)象[8]。行為建模的主要目標(biāo)是對(duì)全空間中時(shí)空實(shí)體的行為進(jìn)行準(zhǔn)確建模，使得能在計(jì)算機(jī)上對(duì)其進(jìn)行再現(xiàn)和驅(qū)動(dòng)[9]。

行為在時(shí)空對(duì)象的全生命周期中是動(dòng)態(tài)變化的，這種變化不僅體現(xiàn)在一種行為的強(qiáng)弱變化，還體現(xiàn)在不同行為的獲取和消亡。行為的強(qiáng)弱主要通過(guò)行為能力參數(shù)和環(huán)境影響因素來(lái)決定，行為在多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型中以集合的形式進(jìn)行表達(dá)，在對(duì)象的全生命周期中隨著對(duì)象行為的變化，集合會(huì)同步地增加、刪除和更新元素。每一類(lèi)行為都是由行為類(lèi)型BehaviorType、行為名稱(chēng)BehaviorName、行為能力參數(shù)Parameters、環(huán)境影響因素Conditions、行為觸發(fā)條件Triggers、行為作用對(duì)象Receptors、行為計(jì)算模型Models組成、多粒度時(shí)空對(duì)象行為特征的總體形式化描述實(shí)例為：

Behaviors=[{BehaviorType,BehaviorName,[P arameters],[Conditions],Triggers,[Receptors],[Models]}, {BehaviorType,BehaviorName,[Parameters],[Conditions],Triggers,[Receptors],[Models]},…]

從實(shí)例中可以看出行為類(lèi)型、行為能力、環(huán)境影響因素、行為觸發(fā)條件、行為作用對(duì)象、行為計(jì)算模型是描述多粒度時(shí)空對(duì)象行為特征的重要方面，不同描述方面的關(guān)系如圖4所示。

圖4 描述行為不同特征方面間的關(guān)系Fig.4 Relationship of diあerent describing aspects of behavior characteristics

從圖中可以看出，多粒度時(shí)空對(duì)象的每種行為都由用戶(hù)交互部分和自主計(jì)算部分組成，用戶(hù)交互部分包括：行為類(lèi)型、行為能力、環(huán)境影響因素、行為觸發(fā)條件和行為作用對(duì)象，主要通過(guò)UI界面完成各種參數(shù)的交互輸入，自主計(jì)算部分根據(jù)用戶(hù)交互部分的輸入?yún)?shù)，在對(duì)應(yīng)行為計(jì)算模型的支持下完成行為的執(zhí)行，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)全空間信息系統(tǒng)中對(duì)象之間的相互作用。行為類(lèi)型的描述比較簡(jiǎn)單，已包含在行為特征的總體形式化描述中，下面分別對(duì)行為特征的其他5個(gè)方面進(jìn)行描述。

2.1 行為能力的描述方法

行為能力主要描述行為的各種能力范圍，可以包含多個(gè)行為能力描述參數(shù)Parameter，每個(gè)Parameter中包含參數(shù)的名稱(chēng)、參數(shù)的類(lèi)型、參數(shù)值的長(zhǎng)度、參數(shù)的默認(rèn)值、參數(shù)的閾值等信息，行為能力的形式化描述實(shí)例為：

Parameters=[{Name, ValueType, ValueLength,Value, MaxValue, MinValue},{Name, ValueType,ValueLength, Value, MaxValue, MinValue}, …]

行為能力與行為的類(lèi)型緊密相關(guān)，不同行為的行為能力參數(shù)在數(shù)量和內(nèi)容上都不相同，行為能力的描述方法中應(yīng)提供各種能力的默認(rèn)值，但在行為觸發(fā)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際不同的參數(shù)值計(jì)算行為的結(jié)果。如飛機(jī)的飛行行為，其行為能力參數(shù)主要有飛行的高度、飛行的速度、續(xù)航能力等，假設(shè)某型飛機(jī)的默認(rèn)飛行高度是8 000 m，默認(rèn)飛行速度是1000 km/h，默認(rèn)續(xù)航能力是8h，則其描述如下：

Parameters=[{Height, int, 4, 8000, 12000, 7000},

{Speed, double, 8, 1000, 1200, 400},

{Endurance, double, 8, 8, 20, 2}]

2.2 環(huán)境影響因素的描述方法

環(huán)境影響因素主要描述環(huán)境因素對(duì)行為能力的影響效能，Conditions是行為的環(huán)境影響因素集合，表示行為隨周?chē)h(huán)境的動(dòng)態(tài)變化特性，可以包含多個(gè)環(huán)境影響因子Condition，每個(gè)Condition中包含環(huán)境影響因子的名稱(chēng)、環(huán)境影響因子的類(lèi)別、環(huán)境影響因子的值、影響的行為能力的名稱(chēng)等，環(huán)境影響因素的形式化描述實(shí)例為：

Conditions=[{FactorName, FactorType,FactorValue, TargetPara},{FactorName, FactorType,FactorValue, TargetPara}, …]

其中，環(huán)境影響因子主要包括風(fēng)力、溫度、地形、地勢(shì)、路面類(lèi)型、天氣、水流速度等，由全空間運(yùn)行系統(tǒng)提供，環(huán)境影響因子的類(lèi)別包括正影響和負(fù)影響，是指影響因子對(duì)行為能力的增強(qiáng)或削弱，影響的行為能力的名稱(chēng)是指該類(lèi)型的影響因子可能會(huì)影響的行為能力中的哪一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。同時(shí)全空間信息系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)提供環(huán)境效能字典，根據(jù)每一個(gè)環(huán)境影響因子的取值查詢(xún)其影響效能的值，影響效能的取值范圍為[-1 +1]，環(huán)境影響效能最終疊加到行為能力中。如對(duì)于飛機(jī)的飛行行為，其環(huán)境影響因素的描述如下：

Conditions=[{Wind, Positive, 5, Speed},{Temperature, Negative , -20, Endurance }]

假設(shè)根據(jù)環(huán)境效能字典查到環(huán)境影響因子Wind在5級(jí)風(fēng)的條件下影響效能為0.2，環(huán)境影響因子Temperature在-20°的條件下影響效能為0.1，則最終動(dòng)態(tài)計(jì)算的飛機(jī)飛行行為的行為能力描述為：

Parameters=[{Height, int, 4, 8000, 12000, 7000},

{Speed, double, 8, 1200, 1200, 400},

{Endurance, double, 8, 7.2, 20, 2}]

2.3 行為觸發(fā)條件的描述方法

行為觸發(fā)條件主要描述引起行為動(dòng)作執(zhí)行的條件，Triggers包括觸發(fā)方式和觸發(fā)參數(shù)等，觸發(fā)方式主要包括時(shí)間觸發(fā)、規(guī)則觸發(fā)、事件/消息觸發(fā)和狀態(tài)觸發(fā)，觸發(fā)參數(shù)與觸發(fā)方式和具體的行為類(lèi)別緊密相關(guān)，如對(duì)于按照時(shí)間觸發(fā)的飛機(jī)飛行行為，其觸發(fā)參數(shù)為某時(shí)間參照下的時(shí)間點(diǎn)，同時(shí)還應(yīng)包括飛機(jī)飛行的目的地位置。行為觸發(fā)條件的形式化描述實(shí)例為：

Triggers={TriggerType, [TriggerParameter]}

2.4 行為作用對(duì)象的描述方法

行為的作用對(duì)象是指行為觸發(fā)后會(huì)影響的全空間運(yùn)行系統(tǒng)中的對(duì)象集合，為了便于描述可以將其分為三類(lèi)：對(duì)象自身、行為能力范圍內(nèi)的所有對(duì)象、對(duì)象交互列表。一般情況下系統(tǒng)會(huì)根據(jù)行為的類(lèi)別自動(dòng)確定行為的作用對(duì)象，這種情況一般適用于對(duì)象自身和行為能力范圍內(nèi)的所有對(duì)象，如對(duì)于飛機(jī)的飛行行為，行為作用的對(duì)象為飛機(jī)自身，對(duì)于雷達(dá)的電磁波發(fā)送行為，行為作用的對(duì)象是場(chǎng)景中的所有對(duì)象，對(duì)于炸彈的爆炸行為，行為作用的對(duì)象是炸彈爆炸范圍內(nèi)的所有對(duì)象等，但是對(duì)于像飛機(jī)通信這樣一些行為類(lèi)型，需要事先建立飛機(jī)之間的通聯(lián)關(guān)系，或者在行為作用對(duì)象的描述中動(dòng)態(tài)增加對(duì)象交互列表，以驅(qū)動(dòng)行為的執(zhí)行，這類(lèi)行為作用對(duì)象的形式化描述實(shí)例為：

Receptors=[Obj1, Obj2, …, Objn]

蘇南自創(chuàng)區(qū)橫跨蘇南五市，涵蓋10家國(guó)家高新區(qū)，是我國(guó)首個(gè)以城市群為基本單元的自主創(chuàng)新示范區(qū)，蘇南自創(chuàng)區(qū)建設(shè)以來(lái)形成了上下聯(lián)動(dòng)、統(tǒng)籌集成的推進(jìn)模式，初步構(gòu)建了產(chǎn)業(yè)特色化發(fā)展的體系，但是在實(shí)際的發(fā)展過(guò)程中還存在區(qū)域協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制有待進(jìn)一步完善，產(chǎn)業(yè)同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象比較明顯的問(wèn)題，高新區(qū)在創(chuàng)業(yè)資源集聚、創(chuàng)新人才引進(jìn)、科技金融體系建設(shè)、高成長(zhǎng)性企業(yè)培育等方面仍顯不足。

2.5 行為計(jì)算模型的描述方法

行為計(jì)算模型是對(duì)象行為動(dòng)態(tài)執(zhí)行的決策模塊，決定著行為產(chǎn)生的結(jié)果，是整個(gè)全空間場(chǎng)景中對(duì)象之間相互作用和行為傳導(dǎo)的核心，行為計(jì)算模型面向?qū)I(yè)領(lǐng)域，與行為的類(lèi)型緊密相關(guān)，一般需要面向不同的行為類(lèi)型開(kāi)發(fā)相應(yīng)的行為計(jì)算模型。通過(guò)對(duì)行為類(lèi)型、行為能力、環(huán)境影響因素、行為觸發(fā)條件、行為作用對(duì)象的描述，為行為計(jì)算模型提供了基本的輸入?yún)?shù)，這部分內(nèi)容一般可通過(guò)用戶(hù)UI交互輸入，行為計(jì)算模型不與用戶(hù)產(chǎn)生交互，主要根據(jù)不可描述性的規(guī)則和算法自主計(jì)算，產(chǎn)生對(duì)全空間場(chǎng)景中其他對(duì)象的影響，不僅可以作用于對(duì)象自身，還可以施加給外部對(duì)象或環(huán)境。

行為計(jì)算模型可以根據(jù)需要從模型庫(kù)中進(jìn)行選取，模型庫(kù)支持用戶(hù)的自定義擴(kuò)展，對(duì)于復(fù)雜的行為其執(zhí)行可能會(huì)需要多個(gè)計(jì)算模型的協(xié)同[10-11]，各模型之間可以通過(guò)圖形建模的方式指定輸入輸出以及模型的執(zhí)行順序，行為計(jì)算模型的形式化描述實(shí)例為：

Models=[Model1, Model2, …, Model3]

2.6 行為的形式化描述示例

為了數(shù)據(jù)交換的方便，可以考慮采用可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言XML對(duì)多粒度時(shí)空對(duì)象的行為特征進(jìn)行形式化描述，將數(shù)據(jù)的內(nèi)容與顯示處理分開(kāi)，提高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和利用的效率[12]。下面以飛機(jī)的飛行行為為例，從飛行行為的類(lèi)型、飛行行為的能力、飛行行為的環(huán)境影響因素、飛行行為的觸發(fā)條件、飛行行為的作用對(duì)象、飛行行為的計(jì)算模型6個(gè)方面對(duì)飛機(jī)的飛行行為進(jìn)行形式化描述，示例如下：

3 結(jié)束語(yǔ)

本文從多粒度時(shí)空對(duì)象行為的基本概念、觸發(fā)方式、分類(lèi)方式、描述框架等方面對(duì)多粒度時(shí)空對(duì)象的行為特征進(jìn)行了闡述，有助于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和理解行為在多粒度時(shí)空對(duì)象數(shù)據(jù)模型中的地位和作用；給出了多粒度時(shí)空對(duì)象行為的總體形式化描述方法，分別從行為能力、環(huán)境影響因素、行為觸發(fā)條件、行為作用對(duì)象和行為計(jì)算模型5個(gè)方面對(duì)對(duì)象的行為特征進(jìn)行詳細(xì)描述并分析了行為特征不同描述方面的關(guān)系，可以為全空間場(chǎng)景中多粒度時(shí)空對(duì)象的行為建模提供基本思路。

本文以全空間信息系統(tǒng)為研究背景，對(duì)多粒度時(shí)空對(duì)象行為特征的基礎(chǔ)理論和描述方法進(jìn)行了探索性研究，要進(jìn)行具體的行為建模和行為實(shí)現(xiàn)還需要進(jìn)一步深化理論和實(shí)踐方面的研究，包括行為的存儲(chǔ)與管理、行為的結(jié)構(gòu)化描述與表達(dá)、行為的動(dòng)態(tài)添加與刪除、行為的驅(qū)動(dòng)與傳導(dǎo)、行為的可視化顯示與交互等。