馬冰冰

摘要：糧食安全是事關(guān)民生的首要問(wèn)題，我國(guó)政府歷來(lái)十分重視對(duì)糧食儲(chǔ)備的管理。由于糧庫(kù)信息的實(shí)時(shí)更新不易實(shí)現(xiàn)、對(duì)儲(chǔ)糧信息的獲取和應(yīng)用有其特殊要求，傳統(tǒng)的糧庫(kù)管理方式已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代糧食安全的需要。本論文旨在將Agent技術(shù)集成到Grid GIS結(jié)構(gòu)框架中，研究地理信息服務(wù)的管理以及基于Agent的服務(wù)查找與組合策略等關(guān)鍵技術(shù)，使用基于Agent的Grid GIS門(mén)戶來(lái)實(shí)現(xiàn)糧庫(kù)信息網(wǎng)格服務(wù)的管理，使儲(chǔ)糧系統(tǒng)更加專(zhuān)業(yè)化和自動(dòng)化。

Abstract： Food security is the most important issue related to people's livelihood， and the China's government has always attached great importance to the management of grain reserves. As the real-time updating of grain depot information is difficult to realize， and it has special requirements for the acquisition and application of grain storage information， the traditional grain storage management mode can no longer meet the needs of modern food security. This paper is to integrate Agent technology into the Grid GIS framework， study geographical information service management and the key technology of service discovery and combination strategy based on Agent， use Grid GIS gateway based on Agent to realize grain depot information grid service management， so as to make the storage system more professional and automation.

關(guān)鍵詞：Agent技術(shù)；Grid GIS；糧庫(kù)管理

Key words： Agent technology；Grid GIS；grain storage management

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）24-0007-03

1 研究意義

隨著Agent技術(shù)和Grid技術(shù)的發(fā)展，GIS Agent和SIG已經(jīng)成為GIS新的發(fā)展方向。糧食是季節(jié)性產(chǎn)品，而且其儲(chǔ)藏在地理上是分布的，因此對(duì)于糧食儲(chǔ)藏管理，儲(chǔ)糧信息的實(shí)時(shí)性和糧庫(kù)管理系統(tǒng)的靈活高效非常重要。Grid技術(shù)為實(shí)現(xiàn)糧庫(kù)GIS資源共享和協(xié)同工作提供了新的機(jī)遇和技術(shù)手段，而Agent為實(shí)現(xiàn)糧庫(kù)Grid GIS提供了一種靈活、開(kāi)放的結(jié)構(gòu)，使其成為高效智能的分布式系統(tǒng)。Gird GIS與Agent技術(shù)的結(jié)合對(duì)糧庫(kù)管理具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，它使糧庫(kù)管理系統(tǒng)向智慧糧庫(kù)又邁出了堅(jiān)實(shí)的一步，對(duì)我國(guó)的糧食安全也具有重要的意義。

2 國(guó)內(nèi)外目前研究現(xiàn)狀

2.1 基于Agent技術(shù)的GIS研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代，人工智能學(xué)科創(chuàng)始人之一的Marvin Minsky在IT界提出了“Agent”的概念。公認(rèn)的Agent定義是Wooldrige和Jennings提出來(lái)的：Agent是處在某個(gè)環(huán)境中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)有能力在這個(gè)環(huán)境中自主行動(dòng)以實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)目標(biāo)。

Agent接受從環(huán)境中感知的輸入并產(chǎn)生輸出動(dòng)作作用于環(huán)境，這種交互常常是一個(gè)循環(huán)的過(guò)程（如圖1所示）。根據(jù)是否包含用符號(hào)表示的世界模型，Agent分為慎思Agent、反應(yīng)Agent以及綜合了二者特征的混合Agent。

在Agent的結(jié)構(gòu)研究方面：Y.shoham把Agent描述為4個(gè)智能構(gòu)件的組合，分別為beliefs、capabilities、choices和commitments，該方法適合于擬人化系統(tǒng)的刻畫(huà)，對(duì)未來(lái)的GIS智能化發(fā)展具有指導(dǎo)意義。鞏志國(guó)等給出了一種基于“事件（Events）—條件（Conditions）—?jiǎng)幼鳎ˋctions）”的Agent結(jié)構(gòu)模型，該模型是一種動(dòng)態(tài)集成模型，而且能與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)較好的融合，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

使用Agent技術(shù)構(gòu)建GIS可以放松對(duì)集中式、非開(kāi)放性、順序控制的限制，并提供對(duì)空間信息的分布控制、動(dòng)態(tài)應(yīng)急處理和并行處理。作為一種軟件中間件，GIS Agent為解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下分布式GIS的互連與互操作提供了一種有效的解決方案。

在實(shí)際應(yīng)用中通常把多個(gè)GIS Agent組織起來(lái)形成Multi-Agent GIS。Multi-Agent GIS按照一定的組織結(jié)構(gòu)把復(fù)雜的任務(wù)劃分成許多原子任務(wù)，并按一定邏輯次序把這些任務(wù)交給各個(gè)Agent去執(zhí)行。

對(duì)于Multi-Agent系統(tǒng)學(xué)者目前已經(jīng)提出了多種組織建模方法：J.Ferber的AGR模型是一個(gè)基于Agent、小組、角色等概念的模型。Paolo Bresciani的Tropos模型采取基于人類(lèi)組織的一般結(jié)構(gòu)，但沒(méi)有考慮社會(huì)原則。D.M.Okouya的OperA模型對(duì)角色、交互和社會(huì)規(guī)范也作了描述。Jomi Fred Hubner的MOISE+模型通過(guò)結(jié)構(gòu)、功能和義務(wù)三方面建模Agent組織。

移動(dòng)Agent（Mobile Agent，MA）是一種能夠在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)（比如異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)）中漫游并與其他主機(jī)交互，收集信息，按主人要求執(zhí)行任務(wù)并最終返回主人所在機(jī)器的Agent。使用移動(dòng)Agent技術(shù)構(gòu)造Multi-Agent GIS可以減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、實(shí)現(xiàn)定制化的服務(wù)、更好地達(dá)到動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡、自然地實(shí)現(xiàn)異構(gòu)性并且具有強(qiáng)大的容錯(cuò)性。

90年代初，IT界興起了對(duì)Agent的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)和應(yīng)用系統(tǒng)的研究。例如：General Magic公司在20世紀(jì)90年代初推出了第一個(gè)移動(dòng)代理系統(tǒng)Telescript；IBM公司采用Agent+Applet的模型構(gòu)建了基于Java的代理系統(tǒng)Aglets。發(fā)展至今Agent的實(shí)現(xiàn)技術(shù)主要包括：分布式對(duì)象技術(shù)、Java語(yǔ)言、面向Agent的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（Agent-Oriented Programming，AOP）、Script語(yǔ)言等。

21世紀(jì)初，國(guó)內(nèi)外針對(duì)基于Agent的WebGIS理論和系統(tǒng)構(gòu)建開(kāi)展了一系列研究。現(xiàn)階段Agent技術(shù)在GIS領(lǐng)域內(nèi)的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：

①GIS Agent系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架。

②基于Agent的服務(wù)查找與組合策略。

北京大學(xué)人工智能實(shí)驗(yàn)的Geo-Agents系統(tǒng)是一個(gè)基于Agent的分布式GIS。該系統(tǒng)主要由Application、Facilitator、GIS功能Agent、接口Agent、GuServer以及空間數(shù)據(jù)庫(kù)和空間元數(shù)據(jù)庫(kù)6部分組成。Geo-Agents系統(tǒng)運(yùn)用多線程技術(shù)和DCOM技術(shù)，采用了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和組廣播兩種消息通信方式，并基于Agent設(shè)計(jì)了一個(gè)面向用戶任務(wù)的人格化二次開(kāi)發(fā)語(yǔ)言GeoScript。

李鍵提出了一種基于Agent的GIS應(yīng)用框架Agent-Based GIS（ABG）。該框架由Agent管理器、應(yīng)用接口層、業(yè)務(wù)處理層和數(shù)據(jù)服務(wù)層4部分組成，并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)航班優(yōu)化地理信息系統(tǒng)（FOMGIS）。該系統(tǒng)采用了MapInfo的MapX空間數(shù)據(jù)模型，業(yè)務(wù)處理層使用DCOM/COM+組件，空間數(shù)據(jù)庫(kù)采用了SQL Server2000和Spatial Ware for SQL Server。

徐妍提出了一種基于Agent的自適應(yīng)Web服務(wù)框架。該框架分為3層：組織模型、協(xié)同模型和服務(wù)模型。其中服務(wù)模型由基于Petri網(wǎng)的服務(wù)組合方法建立；協(xié)同模型包含MAS，并具有包括“分裂”、“復(fù)制”、“合并”等自適應(yīng)調(diào)整算法。該框架采用WS-BPEL描述業(yè)務(wù)流程，可通過(guò)Java和.NET平臺(tái)調(diào)用。Agent系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)采用基于Java的JADE平臺(tái)。

馬宏鋒等給出了一種基于智能決策的Agent遷移策略及其算法描述，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該遷移策略和算法的有效性。

李勝等提出了基于Web和Agent的GIS動(dòng)態(tài)服務(wù)模型；闡述了GIS Agent的遷移策略以及GIS Agent和Web服務(wù)的交互操作和集成技術(shù)。該研究實(shí)現(xiàn)了用功能構(gòu)件的移動(dòng)代替海量空間數(shù)據(jù)的的移動(dòng)，提高了分布式網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算速度。

然而我們可以看到，目前對(duì)于GIS Agent技術(shù)尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)的體系，在GIS Agent系統(tǒng)的建設(shè)上仍然存在一些問(wèn)題：

①現(xiàn)有的Web Service技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已無(wú)法滿足GIS Agent系統(tǒng)的要求。

②已經(jīng)提出的GIS Agent技術(shù)體系之間的兼容性并不理想。

③基于Agent的服務(wù)查找與組合策略效率不高，仍有待改善。

因此，我們需要用更為開(kāi)放的思路來(lái)設(shè)計(jì)GIS Agent，而“網(wǎng)格”的出現(xiàn)恰好為我們提供了這樣一種思路。

2.2 SIG研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)90年代中期，網(wǎng)格技術(shù)的出現(xiàn)為我們提供了解決信息共享與協(xié)同工作的新視角、新理念和新技術(shù)?！熬W(wǎng)格”（Grid）一次來(lái)源于“電力網(wǎng)格”（PowerGrid），它為人們像使用電力資源一樣方便使用計(jì)算機(jī)資源、網(wǎng)絡(luò)資源和信息資源描繪了美好藍(lán)圖。美國(guó)Globus項(xiàng)目的領(lǐng)導(dǎo)人Ian Foster提出了網(wǎng)格必須同時(shí)滿足的三個(gè)條件：在非集中控制的環(huán)境中協(xié)同使用資源；使用標(biāo)準(zhǔn)的、開(kāi)放的協(xié)議和接口；提供非平凡的服務(wù)。

2000年至今網(wǎng)格技術(shù)飛速發(fā)展，典型代表是Web服務(wù)技術(shù)和開(kāi)放網(wǎng)格服務(wù)結(jié)構(gòu)（Open Grid Service Architecture，OGSA）。為了將這兩種標(biāo)準(zhǔn)整合，2004年5月，Web服務(wù)資源框架規(guī)范（Web Service Resource Framework，WSRF）應(yīng)運(yùn)而生。目前，發(fā)展網(wǎng)格被認(rèn)為是下一代Internet的核心任務(wù)之一。

自互聯(lián)網(wǎng)誕生以來(lái)，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下分布異構(gòu)GIS之間的地理信息共享和空間數(shù)據(jù)互操作一直是GIS行業(yè)研究的核心課題之一。喬治梅森大學(xué)的Liping Di教授從地理空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量和計(jì)算量?jī)蓚€(gè)角度闡述了在地理空間信息科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用網(wǎng)格技術(shù)的必要性。在這種背景下，地理空間信息科學(xué)或測(cè)繪科學(xué)領(lǐng)域提出將網(wǎng)格技術(shù)與空間信息技術(shù)融合集成，構(gòu)建空間信息網(wǎng)格（Spatial Information Grid，SIG）。

依據(jù)李德仁院士的定義，可以從廣義和狹義兩個(gè)方面來(lái)理解SIG。廣義的SIG是指在網(wǎng)格技術(shù)支持下的天、空、地一體化的各種服務(wù)高度集成的實(shí)時(shí)/準(zhǔn)實(shí)時(shí)空間信息系統(tǒng)。狹義的SIG是指用網(wǎng)格技術(shù)構(gòu)建的GIS，即Grid GIS。

綜合國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)況，目前對(duì)于SIG的研究主要集中在：

①SIG的結(jié)構(gòu)框架。

②SIG服務(wù)的管理。

③基于Agent的SIG服務(wù)查找與組合策略。

④SIG的安全性。

Globus項(xiàng)目由美國(guó)Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和南加州大學(xué)信息科學(xué)學(xué)院（ISI）合作發(fā)起。Globus工具包（Golbus Toolkit）是Golbus最重要的實(shí)踐成果。作為一種開(kāi)放架構(gòu)和開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)設(shè)施，Golbus Toolkit把所有用于共享的實(shí)體定義為資源，并提供了構(gòu)建網(wǎng)格應(yīng)用所需的基本協(xié)議和服務(wù)。目前大部分重大的網(wǎng)格項(xiàng)目都采用Golbus Toolkit，可以說(shuō)Golbus是網(wǎng)格體系及應(yīng)用的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

OGF-OGC合作計(jì)劃是開(kāi)放網(wǎng)格論壇（Open Grid Forum，OGF）和開(kāi)放地理信息聯(lián)盟（Open Geospatial Consortium，OGC）聯(lián)合發(fā)起的，自2008年10月啟動(dòng)，目的是促進(jìn)分布式地理處理和網(wǎng)格標(biāo)準(zhǔn)融合的實(shí)踐。該計(jì)劃最終要完成的目標(biāo)是構(gòu)建透明、交互、可伸縮的SIG應(yīng)用。

國(guó)內(nèi)也有較多的學(xué)術(shù)論文成果面世。張建兵探討了基于網(wǎng)格的空間信息服務(wù)體系結(jié)構(gòu)，以及在地圖服務(wù)、空間信息搜索、空間信息服務(wù)協(xié)同以及空間信息服務(wù)遷移中的應(yīng)用；劉峰針對(duì)網(wǎng)格環(huán)境下的地理信息服務(wù)組合、空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討；倪金生提出了基于SIG的空間信息共享與智能服務(wù)模型，探索并實(shí)現(xiàn)了基于SIG環(huán)境下移動(dòng)位置服務(wù)系統(tǒng)的若干關(guān)鍵技術(shù)；李孝玲結(jié)合網(wǎng)格的體系結(jié)構(gòu)和Grid GIS的安全需求，針對(duì)用戶、通信網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用程序和網(wǎng)格資源這四個(gè)環(huán)節(jié)提出了一個(gè)安全體系。

然而作為一種前沿技術(shù)，空間信息網(wǎng)格的發(fā)展仍存在著一些問(wèn)題：

①目前的Grid GIS服務(wù)大都是遵循OGC Web服務(wù)規(guī)范開(kāi)發(fā)的，與標(biāo)準(zhǔn)Web Service技術(shù)體系之間的兼容性不理想，導(dǎo)致一系列后續(xù)應(yīng)用的問(wèn)題。

②不同網(wǎng)格系統(tǒng)采用異構(gòu)的服務(wù)注冊(cè)和發(fā)現(xiàn)機(jī)制且互不兼容。

③國(guó)內(nèi)的空間信息網(wǎng)格服務(wù)研究集中于理論層面，缺乏實(shí)踐。

綜上所述，構(gòu)建Grid GIS的目標(biāo)是按需提供動(dòng)態(tài)的GIS服務(wù)，而Agent技術(shù)提供了在動(dòng)態(tài)的環(huán)境中智能的解決問(wèn)題的能力。因此，實(shí)現(xiàn)Agent與Grid的集成，是實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)格的地理空間信息管理與服務(wù)的基礎(chǔ)。

2.3 基于Agent的Grid GIS在糧庫(kù)管理中的應(yīng)用現(xiàn)狀

我國(guó)現(xiàn)有糧庫(kù)6萬(wàn)余個(gè)，在建糧庫(kù)近300個(gè)，糧庫(kù)數(shù)量多、地域分布廣。糧庫(kù)管理部門(mén)迫切希望利用最新的GIS技術(shù)來(lái)改進(jìn)糧庫(kù)管理系統(tǒng)。

目前GIS在國(guó)內(nèi)糧庫(kù)管理中已得到比較廣泛的應(yīng)用，大多數(shù)為基于WebGIS的糧庫(kù)管理系統(tǒng)，采用的技術(shù)主要有J2EE、DCOM/COM+和CORBA等。

李魯群等根據(jù)糧庫(kù)管理內(nèi)容、特點(diǎn)，基于統(tǒng)一建模語(yǔ)言（UML）開(kāi)發(fā)了一套中央直屬儲(chǔ)備糧食GIS系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用VB，Java和Map Info構(gòu)建，極大地提高了糧庫(kù)信息管理的效率。

麻日坪運(yùn)用ASP.NET開(kāi)發(fā)WEB應(yīng)用程序的關(guān)鍵技術(shù)構(gòu)建基于B/S結(jié)構(gòu)的糧庫(kù)管理系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)添加、更新、刪除等糧庫(kù)管理功能。

祝玉華給出了一種MAGIS系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，即基于SVG/XML Java+Multi Agents的體系結(jié)構(gòu)。該體系以Multi-Agents作為構(gòu)建WebGIS的基石，基于Bayesian構(gòu)造了HCI Agent、JavaBayes Agent、JESS專(zhuān)家系統(tǒng)Agent三類(lèi)智能Agent；構(gòu)造了MAGIS系統(tǒng)中的移動(dòng)Agent并提出船塢構(gòu)想來(lái)解決遷移失敗問(wèn)題；建立了基于SVG/XML技術(shù)的MAGIS模型并為不同用戶設(shè)計(jì)了實(shí)施策略；針對(duì)MAGIS系統(tǒng)的安全問(wèn)題設(shè)計(jì)了對(duì)主機(jī)和GIS Agent進(jìn)行保護(hù)的安全策略并給出了MAGIS的安全模型；實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于多Agents的WebGIS原型系統(tǒng)，該系統(tǒng)被成功用于國(guó)家糧庫(kù)信息及智能決策系統(tǒng)。

由于國(guó)內(nèi)對(duì)網(wǎng)格技術(shù)的研究集中在科學(xué)理論，成果投入使用并產(chǎn)生效能的比率較低。我國(guó)目前尚沒(méi)有建立用于糧食儲(chǔ)藏管理的網(wǎng)格體系，基于Agent的Grid GIS在糧庫(kù)管理中的應(yīng)用比較滯后。

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