基于角色的虚拟地理环境群体感知与协同控制模型研究

Geo-collaboration among groups is one important feature of virtual geographic environments (VGE), and has become important research topic in many acdemic institutes. But unfortunatly, the mechanism, some key models of the geo-collaboration are still unknown, which in consequently prevents the development of geo-collaboration with VGE. Focused on above issues, based on role theory, this proposal tries to build the theory of geo-collaboration among group of VGE. The contents of this proposal including: to reveal the mechanism of group geo-collaboration based on VGE; to build the multi-level role-models and discuss the methodology of aggregation/disaggregation among these models; to establish the group awareness model on environment, events, behavior, task, space and so on; to create the managemet model of geo-collaboration by way of task dividing, task allocation to roles, working flow management and so on. To test the reliability of above models, a collaborative propotype system is developed. This propotype system, which is based on our previous reseach, will integrate scientists, government officers and the public from distribted locations to share their data, information and knowledge, and collaboratively do analysis, visualization and simulation on air pllution dispersion for Peral River Delta. The prominent contribution of this research is providing the basic theory of group collaboration of VGE.

多角色协同是虚拟地理环境的重要研究方向。目前，基于虚拟地理环境的协同多为在时间轴上面向工作流的"纵向式"协同，而在空间轴上面向角色的"横向式"协同未被解决，尚缺乏多角色协同机制与核心模型。本项目以虚拟战场环境下协同侦察模拟为案例，探索虚拟地理环境下多角色群体协同理论基础，包括：基于角色的虚拟地理环境群体协同机制；符合虚拟地理环境需求的多层次角色模型；面向虚拟地理环境对时空、环境、任务、事件、行为等多个因素的特殊需求，建立面向多因素的群体感知模型；从任务划分、角色-任务分配、协同过程管理等角度，研究虚拟地理环境群体协同控制模型；基于虚拟战场环境，集成多层及指挥员与士兵角色模型，无人侦察机、雷达侦察车、光学侦察车、单兵侦察等装备角色模型，角色感知模型及协同控制模型，构建多角色协同侦察模拟原型系统，实施模型验证。本研究不仅能为基于虚拟地理环境的协同提供理论基础，又能指导群体参与复杂地理问题解决。

多角色协同是虚拟地理环境的重要研究方向。然而，缺乏针对虚拟地理环境协同理论与方法的研究成果，现有研究内容多为面向具体应用的协同技术尝试，协同方式主要是在时间轴上面向工作流的“纵向式”协同，而在空间轴上面向角色的“横向式”协同未被解决，尚缺乏多角色协同机制与核心模型。 .本项目开展五项研究内容，即基于角色的虚拟地理环境群体协同机制、面向虚拟地理环境协同的群体角色模型、虚拟地理环境多角色群体感知模型、虚拟地理环境群体协同过程控制模型，以及原型系统研究与试验。形成以下重要结果：.（1）揭示基于角色的虚拟地理环境群体协同机制，指出虚拟地理环境群体协同包括协同参与者、虚拟地理环境平台、地理学任务三个主要部分。协同过程是协同参与者通过虚拟地理环境，针对地理问题，开展协同式的数据处理、参数配置、模型构建、过程模拟、可视化、分析决策，最终形成优化方案等。.（2）构建面向虚拟地理环境协同的角色模型，包括角色扮演、角色权限、角色感知、角色思维、角色行为和角色表达功能模块，提出了基于角色的虚拟地理环境群体协同方法。.（3）建立角色感知模型，指出角色感知度是角色感知的关键，建立了角色与时空、环境、任务、事件、行为等相关的感知度模型。.（4）建立基于角色的虚拟地理环境群体协同控制模型，包括协同工作流模型、并发控制策略、协同冲突检测方法和冲突解决模型，提出了基于时间、资源、操作和约束的TROC冲突检测模型。.（5）将研究结果应用到两个原型系统中，即多平台协同侦察模拟系统、人类活动与全球变化相互影响的模拟与评估系统，结果表明项目提出的方法与模型具有一定的进步性。.项目首次针对虚拟地理环境协同问题开展系统性研究，结果不仅为虚拟地理环境协同提供理论基础，进而推动虚拟地理环境发展，又能指导群体参与复杂地理问题解决，为实际应用案例研发提供支撑。