Systemarchitektur

Deep Map

Nexus

Cyberguide

Deep Map

• Entwicklung des European Media Lab (EML) und dem Geographischen Institut der Universität Heidelberg

• Gefördert von der TSCHIRNA-Stiftung

• Ziel: ein elektronischer Tour-Guide

Deep Map GIS

• Kern des Deep Map Systems : ein GIS und eine Datenbank

• Plattform: ArcView von ESRI und SDE (Spatial Database Engine) für Oracle

• SDE vermittelt zwischen Client/Server

• geographische Daten von Stadt Heidelberg gestellt

bilden zusammen Grundlage für Touristen-

informationssystem

Hardware• kein PDA, sondern wearable Computer „mobile assistant IV“ von Xybernaut

Wearable Computer

Kommunikation mit dem System

Visualisierung durch LCD-Display

Allgemeine Hinweise zur Architektur

• Um Kern aus GIS und multimedialen historischen Datenbank stellen viele Komponenten weitere Funktionalitäten

• Tourenplanung,

• räumliche Abfragen,

• Geodatenverwaltung, etc

• Kommunikation zwischen den Komponenten über JAVA- basierte Agenten-Plattform des EML

• heißt: Komponenten als unabhängige Agenten realisiert, so dass das System flexibler wird

• gute Austauschbarkeit der Komponenten

aus: „GIS hilft Touristen bei der Navigation – ein erster Prototyp des mobilen Deep Map Systems für das Heidelberger Schloß“ von A.Zidf, V. Chandrasekhara, J.Häuser, R. Malaka

Interface Layer• Komponenten, die zur direkten Kommunikation mit System dienen

• GUI: graphische Bedienschnittstelle für das Pre-Trip-Planning über das WWW

• Schnittstelle für mobile Endgeräte bei Interaktion mit mobilem Deep Map System beim Besuch der Stadt

• wichtig: Spracherkennung, um herauszufinden und ggf. zu unterscheiden, was der Anwender wissen will (Disambiguierung)

aus: „GIS hilft Touristen bei der Navigation – ein erster Prototyp des mobilen Deep Map Systems für das Heidelberger Schloß“ von A.Zidf, V. Chandrasekhara, J.Häuser, R. Malaka

Cognitive Layer

• QUATRA (Query and Answer Translator) wandelt die Wünsche, Fragen und Anweisungen des Anwenders in interne formale Sprache um (FIPA ACL [FOUNDATION FOR PYHSICAL AGENTS 1998])

• FIPA entwickelt Standards im Zusammenhang mit Agenten

• über FIPA kommunizieren die Komponenten und Agenten

• letzendlich: Anforderungen des Benutzers in verständlichen Aufruf für Basiskomponenten umsetzen

aus: „GIS hilft Touristen bei der Navigation – ein erster Prototyp des mobilen Deep Map Systems für das Heidelberger Schloß“ von A.Zidf, V. Chandrasekhara, J.Häuser, R. Malaka

Knowledge Layer• obere Schichten dienen zur Interaktion mit Benutzer

• grundlegende Funktionalitäten, die die Anfrage des Anwenders befriedigen

• dazu gehören: Funktionalitäten

• des GIS,

• der Datenbank oder

• externer Dienste (z. B. Hotelreservierungsdienst, bei dem der Anwenders möglichst nicht merken soll, dass er/sie keinen internen Dienst beanspruchen)

Die GIS-Agenten im Detail

• GeoSpatial (2D Geometrie-Handling) (geospatialAgent)

• Visualisierung (2D Kartenausgabe) (mapAgent)

• Routenplanung (Netzwerkanalysen, Erreichbarkeit,... (routeAgent)

• Datenbank (Abfrage von DB-Inhalten) (infoAgent)

Agenten allgemein

• Softwarekomponente, die in verteilten Systemen selbständig

• Aufgaben übernehmen

• Ausführung überwachen

Info-Agent• zuständig für Suche von multimediale Sach-Informationen zu einem Objekt

• Gebäude,

• Sehenswürdigkeiten,

• aber auch Personen,

• historische Ereignisse,...

• Anfrage nach Existenz dieser Objekte

• falls Daten bekannt, können entsprechende Informationen typspezifisch (nur Bild, nur Text, nur Video oder Kombi-nation) angefordert werden

Geospatial-Agent• agiert als Dienstanbieter für Anfragen, die die GIS Basisfunktionen betreffen

• räumliche Selektion,

• aber auch komplexere Aufgaben wie Sichtbarkeits-analysen

• Verwaltung der Grundgeometrien

• z.B. get-objects-in-region

GIS wird aufgefordert, nach Objekten in einer bestimmten Region zu suchen

Tourenplanungs-Agent

• Durchführung von Netzwerkanalysen zur:

• Wegfindung und Navigation

• Generierung von Routen

• gleichzeitige Verwaltung der Routenabschnitte

Map-Agent• Erzeugung von 2D-Karten (später auch 3D-Modellen) des Gebietes (Rendering)

• Bereitstellen der Graphik (Hauptabnehmer ist Presentation Planer, der die Graphiken anzeigt)

• 2 Varianten

• angeforderter Kartenausschnitt mit Points of Interests als Rasterdaten exportiert

• Nachteile:

• optisch,

• hohe Übertragungsrate

• Vektordaten werden direkt in Java erzeugt und auf GUI-Element dargestellt

NEXUS

NEXUS

• Entwicklung des Instituts für Photogrammetrie u.a. der Universität Stuttgart

• gefördert von der Deutschen Forschungsgesellschaft (DFG)

NEXUS• Idee: Management von dynamischen, räumlichen Modellen, die die reale Welt in digitaler Form, als auch die Virtuelle Objekte repräsentieren

• Virtual objects (VOs):

• Vermittler zwischen der Plattform und den externen Quellen und Daten

• Informationen können räumlich gespeichert werden

•

NEXUS

• z.B. Virtual Towers (VITs)

• strukturieren Informationen in anderen Informationssystemen räumlich.

• VIT hat bestimmte Position und je nach Bedeutung einen entsprechenden Sichtbarkeitsbereich (z.T. transparent)

NEXUS

Aus: „NEXUS – positioning and data management concepts for location-aware appplications“ von D. Fritsch, D.Klinec, S. Volt

NEXUS• da virtuelle Objektmodelle um virtuelle Repräsentationen erweitert sind, werden sie Augmented Area Models (AAMs) genannt

• AAMs beschreiben nur einen Teil der NEXUS bzw. Augmented World

• Abschnitt einer Stadt

• oder auch nur das Innere eines Raumes

• zur Verwaltung der AAMs müssen spezielle Server zur Verfügung stehen, die räumliche Daten speichern und verarbeiten können (sog. Spatial Model Service [SMS])

Voraussetzungen

• Datensicherheit und Sicherstellung der Vertraulichkeit persönlicher Daten, da sonst keine Akzeptanz beim User

• Adäquate Übertragungsdauer von Daten

Hardware

• Mobile „Hand Computer“ (Notebooks, PDAs, wearable Computer)

• zusätzliche Vorrichtungen für Positionierung und mobile Kommunikation

• Vorrichtung für GPS für Außenpositionierung

• Vorrichtung für Infrarot für Innenpositionierung

• PDA dient sonst „nur“ zur Kontaktaufnahme mit der NEXUS Plattform, ohne eigene Daten zur Verfügung zu haben

Kommunikation• um die benötigte Information zu erhalten, muss das PDA Verbindung mit der Informationsquelle herstellen können

• (z.B. Internet über wireless communication)

• für wide area network (WAN) kann Mobilfunksysteme wie GSM bzw. UMTS benutzt werden

• innerhalb von Gebäuden:

• wireless local area network (WLAN)

• personal area network (PAN)

NEXUS Architektur

Aus: „Nexus – positioning and data mangement concepts for location – aware applications“ von D. Fritsch, D. Klinec, S. Volz

User Interface

• unterstützt Anpassung von unterschiedlichen Endgeräten,

• die verschiedene Leistung bringen,

• unterschiedlich große Speicher haben,

• verschiedene Arten von Netzwerk verwenden und

• verschiedene Displays haben

• soll einfache Kommunikation zwischen Benutzer und Plattform sicherstellen

• Anfrage zuerst zur Global Federation (Verwaltung aller Daten, da diese auf verschiedenen Servern verteilt sind)

• Benachrichtigung des Object Registers (Verwaltung der User Merkmale; z.B. Name, Profil, Zugangsrechte,...) und des Location Register (Verwaltung der User Positionen)

• danach Frage an Area Service Register (Verwaltung der AAMs und SMSs) welches AAM oder SMS in den Prozess eingreifen muss

• Nach Bearbeitung durch Spatial Modell Service wird Antwort zur Global Federation zurückgeschickt

• Global Federation sammelt Antworten und gibt sie als Gesamtlösung dem User zurück

NEXUS Architektur II

Cyberguide

Cyberguide• Entwicklung:

• Graphics, Visualization and Usability Centre

• College of Computing

• Georgia Institute of Technology

• aber: Studentenprojekt

Cyberguide• Ziel war es, mit Low-cost hardware möglichst viele Anwendungen zu realisieren,

• war es möglich viele PDAs anzuschaffen und viel auszuprobieren

• Plattform: Apple MessagePad 100

• es wurden eine Reihe von Prototypen entwickelt, deren einzelne Komponenten verändert wurden

Cyberguide Architektur

• Cartographer (Karten Komponente)

• Librarian (Informationskomponente)

• Navigator (Positionskomponente)

• Messenger (Kommunikationskomponente)

Cyberguide Architektur

Kommunikation

Position

Librerian

Information

Kommunikation

Information

Cyberguide Unit Server

User

Cartographer

• Karten Komponente hat Informationen über die Umgebung

• Lage eines Gebäudes,

• interessante Sehenswürdigkeiten innerhalb eines Gebäudes,

• Realisiert durch eine Karte (bzw. mehrerer Karten) der Umgebung, die der Tourist besucht

Librarian

• Informationskomonente beinhaltet alle Informationen der Sehenswürdigkeiten, die ein Tourist besuchen könnte

• z.B. Beschreibung von Gebäuden und Sehenswürdigkeiten, sowie Identifizierung der Person, die, mit diesen Bereichen verbunden sind

• Beantwortung spezifischer Fragen über bestimmte Sehenswürdigkeiten („Wer arbeitet in diesem Gebäude?“ oder „Welcher Maler hat dieses Bild gemalt?“)

• Realisierung durch Datenbank

Navigator

• Das Interesse des Touristen liegt in der Nähe seiner Position, deshalb ist es wichtig genau zu wissen, wo sich der Tourist befindet

• Zweck:

• Visualisierung der direkten Umgebung auf der Karte

• oder zur Beantwortung von Fragen über die Umgebung („Wo schaue ich gerade drauf?“)

• Realisierung durch ein Positionierungsmodul, welches Informationen zur Position und Orientierung ausgibt

Messenger

• stellt Möglichkeit zu Senden und Empfangen von Nachrichten (z.B. Kontaktaufnahme mit Besitzer eines Bildes im Museum)

• Realisierung durch eine Reihe von Kommunikationsdiensten

Konkret für Indoor Cyberguide

Karten Komponente:

• Karte des GVU mit Fluren und Points of Interests

• nur ein Teil des GVU auf dem Bildschirm, Zoomen ist möglich

• Signatur für eigene Position und Points of Interest

Indoor Cyberguide

Informationskomponente:

• beinhaltet Informationen über die Projekte des GVU open house

• Suche nach spezifischem Projekt kann über Kategorie oder Name erfolgen

Indoor Cyberguide II

Kommunikationskomponente:

System, dass es ermöglicht mit dem Apple MessagePad über Internet

• e-mails zu senden und zu empfangen

• html – Dokumente aufzurufen

Indoor Cyberguide IVPositionskomponente:

• Positionsbestimmung mit Hilfe von Infrarot

aus: „Cyberguide: A Mobile Context – Aware Tour Guide“ von G. Abowd, C. Atkeson, J.Hong, S. Long, R. Kooper, M. Pinkerton

Vergleich der SystemePositionierung:

• Deep Map: nur outdoor Positionierung über GPS

• NEXUS: Indoor und outdoor Positionierung mit Infrarot bzw. DifferentialGPS

• Cyberguide: Indoor (Hauptaugenmerk) und outdoor Positionierung mit Infrarot bzw. GPS

Vergleich der SystemeKonzept:

• Deep Map und Cyberguide verwalten fast alle Information und Dienste auf dem mobilen Gerät

• NEXUS benutzt PDA ausschließlich zur Kontaktherstellung mit Server, der Informationen speichert

Hardware:

• NEXUS und Cyberguide bereits auf PDA

• Deep Map muss noch wearable Computer verwenden

Vergleich der Systeme

Zielvorstellung:

• (alle): Entwicklung eines Tour-Guides

Fazit• Deep Map System ist am variablesten, da Komponenten gut austauschbar sind

• Nachteil:

• kein Indoor-Use

• kein PDA

• nur GPS

• Kombination mit Pointman bzw. eines DeadReckoning Systems nötig