基于信息物理融合的web可视化模型研究

摘要：在CPS应用中，Web对象的规模和复杂度随着互联网技术的井喷式发展与日俱增，本文研究和分析基于位置搜索引擎在对各类型Web对象地理编码特征提取和各种高效检索的需求，并设计一种简洁通用、扩展性高的基于CPS的web对象可视模型，以满足后续地理信息提取、可视性计算、融合相似度度量计算、高效可视检索等的功能和性能需求。

关键词：CPS WEB对象 可视模型

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）03-0000-00

1 信息物理融合系统简介

信息物理融合系统（Cyber Physical System， CPS是通过计算、通信与控制技术的有机与深度融合，实现计算资源与物理资源的紧密结合与协调的下一代智能系统。信息物理系统是在环境感知的基础上，深入融合了计算、通信和控制能力的可控、可信、可扩展的网络化物理设备系统，通过计算进程和物理进程相互影响的反馈循环实现深入融合和实时交互来增加或扩展新的功能，以安全、高效和实时的方式监测或者控制一个物理实体。CPS 的最终目标是实现信息世界和物理世界的完美融合，构建一个可控、可信、可扩展并且安全高效的CPS 网络，并最终从根本上改变人类构建工程物理系统的方式。

2 基于CPS的WEB应用现状

近年来，随着互联网的飞速发展，开放互联网络中的Web 对象的规模和复杂度以指数级增长，它们直接或者间接地反映了物理空间的真实对象。信息物理Web 检索服务（Cyber-Physical Web Search， CPWS）是指利用海量Web对象实时地为CPS系统提供深入融合和可视的检索服务。CPWS 服务是CPS 系统真正走入千家万户、获得巨大发展的关键。通过CPWS，用户可借助信息物理融合的装备（例如装有复合传感器和摄像头的高档3G手机、车载导航仪，或具有实景重叠功能的头盔显示器等），在室内或室外现实环境中得到“所见即所得”的Web 检索体验。然而，在CPS刚刚起步的我国，现有的空间数据库技术和信息检索技术无法直接支持处理大规模Web对象的可视检索，因此严重地桎梏了CPS这一技术和产业的快速发展。然后，面对复杂和多变的Web 对象，缺乏一个统一、可扩展的涵盖地理位置特征和可视特征的可视Web对象模型对Web资源进行准确描述，严重的阻碍了CPWS的相关研究。随着互联网快速增长，Web 对象种类繁多（如Blog，MicroBlog，News，Photos，Videos等等），且不断发展，如何设计一个统一、可扩展的涵盖地理位置特征和可视特征的可视Web对象模型是CPS中融合信息检索实现的前提。

3 基于CPS的web对象可视模型实现

通过对Web搜索加入物理因素（如位置、朝向/视角等）的影响，以一种“所见即所得”的方式向用户返回搜索结果，让用户产生身临其境的体验，从而将物理世界与数字信息世界紧密地结合起来。比如，在城市中心，用户用手机朝着某条街道扫描，即可获取该街道上的所有酒店信息，包括三维地图位置、距离等信息，让用户有身临其境的感觉。而要实现该功能，就必须将手机的传感器功能利用起来，通过智能终端中的GPS、重力感应器，电子罗盘，三轴陀螺仪等传感器，实时捕获手机的朝向，并结合云端的GIS地理信息编码反馈到用户手机上。

电子罗盘传感器：电子罗盘，又称数字罗盘，可以获得水平方向参数，在现代技术条件中电子罗盘作为导航仪器或姿态传感器已被广泛应用。电子罗盘与传统指针式和平衡架结构罗盘相比能耗低、体积小、重量轻、精度高、可微型化，其输出信号通过处理可以实现数码显示，目前几乎在所有的智能手机上都配有电子罗盘传感器。

三轴陀螺仪：可以同时测定6个方向的位置，移动轨迹，加速。三轴陀螺仪最大的作用就是测量角速度，以判别物体的运动状态，所以也称为运动传感器。本方案主要利用三轴陀螺仪来确定手机垂直倾斜角度。

GPS传感器：通过手机上GPS传感器可以定位的当前手机的地址位置。民用领域开放的精度约为10米，基本满足日常生活所需。

根据当前智能终端各类传感器的功能，智能终端能分别获取当前gps坐标、手机水平朝向、倾斜角度、实景照片、搜索关键词等信息，因此我们可以得出以下WEB可视化搜索模型：

R=f（X，Y，H，V，P，K，GisDB）

其中：

X，Y参数――当前的地理位置坐标；

H参数――水平方向，即手机摄像头的朝向，可以通过智能终端的电子罗盘传感器获取；

V参数――垂直方向，手机倾斜角度，可以通过智能终端的三轴陀螺仪传感器获取；

P参数――手机摄像头获取的实景照片；

K参数――用户输入的搜索关键词，如“酒店”；

GisDB――代表位于云端的Gis地理信息编码库，类似百度地图等地理信息库；

R――表示查询结果。查询结果分别以3D实景地图、2D平面地图和列表模式展现，为用户提供更加友好的查询体验。如下图所示：

手机客户端接口可以支持3D实景地图、2D平面地图和列表模式展现。以基于位置的可视Web对象查询为例，用户发出的查询包含一系列关键词（如美食、银行等）、当前所在位置和自身朝向（通过GPS和电子罗盘、三轴陀螺仪等多功能传感器获得）。结果的返回形式如图1所示：三维实景模式（图1.a）将查询结果嵌入在一个按用户视线拍摄的实时场景图像中，图中的数字表示符合条件的语义Web对象位置；二维平面模式（图1.b）提供周围环境的鸟瞰图，其中的扇形区域范围内表示可视的Web对象；列表模式（图1.c）则以文字形式显示按照从近到远排序的Web对象列表。

4 结语

基于信息物理融合的web可视化技术是一项应用前景十分广泛的技术。通过对Web搜索加入物理因素（如位置、朝向/视角等）的影响，以一种“所见即所得”的方式向用户返回搜索结果，让用户产生身临其境的体验，从而将物理世界与数字信息世界紧密地结合起来，可以极大的提高用户搜索体验。

参考文献

[1] 黎作鹏，张天驰，张菁.信息物理融合系统（CPS）研究综述[J].计算机科学.2011（09）.

[2] 李志奎，姚争儿.基于信息物理融合的智慧校园综合服务平台研究[J].计算机光盘软件与应用. 2014（21）.

[3] 李文洋.基于智能手机传感器的行为识别算法研究[D].吉林大学，2014.

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