王茂勝，付　佳，高　朋，何　峻*

基于CSCW的協(xié)同測(cè)繪生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

王茂勝，付佳，高朋，何峻*

（61243部隊(duì)，甘肅 蘭州 730020）

將CSCW應(yīng)用到測(cè)繪生產(chǎn)中，提出并設(shè)計(jì)了基于CSCW的測(cè)繪生產(chǎn)系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、流程及關(guān)鍵技術(shù)分析研究，并對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)極大地便利了分布在不同地方的各個(gè)測(cè)圖單位和用圖單位在測(cè)繪生產(chǎn)中進(jìn)行協(xié)作、協(xié)商，實(shí)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(shí)間和人力資源。

CSCW；協(xié)同測(cè)繪生產(chǎn)；W-V集成服務(wù)器

1概述

隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，軍事測(cè)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(shí)代。然而，現(xiàn)在的測(cè)繪生產(chǎn)還是面臨著很多問題，一是大的時(shí)間急迫的測(cè)繪任務(wù)對(duì)單個(gè)測(cè)繪單位來說無法完成，同時(shí)各測(cè)繪生產(chǎn)單位分布在全國(guó)不同地方。二是共同承擔(dān)一項(xiàng)測(cè)繪任務(wù)時(shí)，要浪費(fèi)大量的人力物力來召開會(huì)議共同協(xié)商，制定統(tǒng)一的測(cè)繪計(jì)劃，并且商定測(cè)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(cè)圖單位不能很好溝通協(xié)商，測(cè)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(cè)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(fèi)寶貴的時(shí)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(zhēng)，對(duì)測(cè)繪生產(chǎn)的要求越來越高，測(cè)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(zhēng)勝敗帶來至關(guān)重要的作用。計(jì)算機(jī)支持協(xié)同工作的出現(xiàn)為解決以上測(cè)繪問題帶來了契機(jī)。

計(jì)算機(jī)支持協(xié)同工作 （ComputerSupported Co—operativeWork，CSCW）是指利用計(jì)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(gè)時(shí)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(jì)、軟件開發(fā)、遠(yuǎn)程教育和多媒體會(huì)議等領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。計(jì)算機(jī)支持協(xié)同工作在當(dāng)今社會(huì)變得日益重要。

計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同測(cè)繪生產(chǎn)是在計(jì)算機(jī)的支持下，各異地協(xié)作測(cè)繪單位圍繞一個(gè)共同的測(cè)繪項(xiàng)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(cè)繪生產(chǎn)。計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同測(cè)繪生產(chǎn)將解決測(cè)繪生產(chǎn)及產(chǎn)品應(yīng)用中存在的問題。

2基于CSCW 測(cè)繪生產(chǎn)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境分析

本系統(tǒng)將被實(shí)現(xiàn)成為網(wǎng)絡(luò)化測(cè)繪生產(chǎn)的一個(gè)實(shí)用平臺(tái)。該平臺(tái)通過網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫的支撐，主要為各測(cè)繪單位及用圖單位提供協(xié)同測(cè)量、共享資源與信息交流服務(wù)。平臺(tái)在擁有完備的信息服務(wù)功能的同時(shí)，在服務(wù)端集成ARCGIS、CAD、MapInfo等測(cè)繪軟件應(yīng)用系統(tǒng)，進(jìn)行以遠(yuǎn)程協(xié)同測(cè)繪為主的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)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(cè)繪設(shè)備資源得到更為有效的集成和應(yīng)用，項(xiàng)目中提出將CSCW技術(shù)融入網(wǎng)絡(luò)測(cè)繪生產(chǎn)模式，所要設(shè)計(jì)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(huì)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(gè)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(huì)員之間交流的質(zhì)量，從而增進(jìn)彼此的信任；同時(shí)，基于獨(dú)立計(jì)算體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用共享的實(shí)現(xiàn)，使得平臺(tái)為各個(gè)測(cè)繪單位提供Arcgis、CAD、MapInfo等測(cè)繪軟件遠(yuǎn)程操作服務(wù)成為可能。

簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)上述交互功能的同時(shí)，又融入了虛擬空間管理機(jī)制，使得虛擬組織成員的會(huì)議討論更加直觀、方便和安全；另外，為滿足平臺(tái)的可擴(kuò)展性，系統(tǒng)增加了本地資源訪問的接口，為與會(huì)成員實(shí)時(shí)調(diào)用或存儲(chǔ)本地會(huì)議相關(guān)資料提供了方便。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究，視頻的存在并不能提高網(wǎng)絡(luò)會(huì)議的質(zhì)量，所以在網(wǎng)絡(luò)會(huì)議系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)摒棄了視頻功能。同時(shí)，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(huì)議的集中可控性。對(duì)于應(yīng)用共享系統(tǒng)，鑒于該子系統(tǒng)在實(shí)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(duì)獨(dú)立地運(yùn)行，以確保服務(wù)器運(yùn)行的可靠性。而視頻監(jiān)控服務(wù)作為獨(dú)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(shí)間和方式。

整個(gè)協(xié)作支持系統(tǒng)的管理和相關(guān)流程的控制，由會(huì)議控制服務(wù)器進(jìn)行全面協(xié)調(diào)；同時(shí)，在服務(wù)器端設(shè)立了專門的控制臺(tái)，可供管理員實(shí)時(shí)監(jiān)控服務(wù)器運(yùn)行狀態(tài)及各類虛擬會(huì)議室狀態(tài)。該支持系統(tǒng)可以看作是基于平臺(tái)的功能組件，系統(tǒng)用戶的授權(quán)和宏觀管理由平臺(tái)業(yè)務(wù)邏輯層進(jìn)行控制；而基于Web系統(tǒng)的正常運(yùn)行，由平臺(tái)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(jì)

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(tái)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(huì)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(huì)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(huì)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(cè)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(cè)繪生產(chǎn)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

3.1系統(tǒng)執(zhí)行流程

網(wǎng)絡(luò)化測(cè)繪服務(wù)平臺(tái)的協(xié)作支持環(huán)境，與平臺(tái)進(jìn)行了可靠的無縫集成。平臺(tái)授權(quán)會(huì)員只有在通過平臺(tái)資格驗(yàn)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(cè)繪過程中，分布在各地的測(cè)繪單位和用圖單位可以在預(yù)先約定的時(shí)間，在獲得權(quán)限后，可以利用白板和多媒體會(huì)議系統(tǒng)，直接針對(duì)某個(gè)預(yù)定的議題，在線進(jìn)行討論和交流；同時(shí)，測(cè)繪單位可以使用基于獨(dú)立計(jì)算結(jié)構(gòu)的應(yīng)用共享功能，在線進(jìn)行測(cè)繪資源計(jì)劃管理、測(cè)繪方案設(shè)計(jì)或者網(wǎng)上統(tǒng)一驗(yàn)收。此時(shí)，測(cè)繪單位及用圖單位之間可以對(duì)任何具有會(huì)議需求的突發(fā)問題進(jìn)行會(huì)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(huì)議控制流程

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

圖5　會(huì)議控制流程

3.3關(guān)鍵技術(shù)

1）獨(dú)立計(jì)算體系結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的應(yīng)用共享采用的計(jì)算模式較為低級(jí)，其對(duì)異種異構(gòu)的個(gè)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(dú)立計(jì)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(yùn)行和計(jì)算都在服務(wù)器上進(jìn)行。同時(shí)，應(yīng)用集中控制原理對(duì)各類會(huì)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(shí)，具備各種級(jí)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(duì)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(shí)采取相關(guān)的策略對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(shí)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(duì)應(yīng)用層協(xié)議集的每個(gè)子協(xié)議實(shí)現(xiàn)時(shí)，分別建立一個(gè)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(gè)線程執(zhí)行某個(gè)子協(xié)議時(shí)能夠獨(dú)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(jì)過程中，應(yīng)用Applet數(shù)字簽名和認(rèn)證技術(shù)對(duì)存放在服務(wù)器端的Applet進(jìn)行封裝簽名，客戶在訪問時(shí)可以通過相關(guān)認(rèn)證機(jī)制對(duì)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(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同測(cè)繪奠定了基礎(chǔ)。作為一種新型測(cè)繪模式，網(wǎng)絡(luò)化測(cè)繪必將推動(dòng)新世紀(jì)測(cè)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(xiàng)目的實(shí)際需求出發(fā)，具備功能豐富、結(jié)構(gòu)開放和跨平臺(tái)性等優(yōu)點(diǎn)，可望為網(wǎng)絡(luò)化測(cè)繪提供有力的支持。協(xié)同測(cè)繪系統(tǒng)可以帶來很多的益處。這體現(xiàn)在測(cè)繪產(chǎn)品生產(chǎn)效率和成本兩個(gè)方面。

1）有助于各測(cè)繪單位之間更好的通信和交流；協(xié)同測(cè)繪時(shí)，能更好地利用分布在不同地理位置的測(cè)繪人員和專家的技能；并使測(cè)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(cè)繪活動(dòng)；統(tǒng)一測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。提高測(cè)繪過程中的效率和效果。

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

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