Context Aware Mobile GIS

Transcript

VIII Meeting degli utenti GRASS
Palermo, 14-16 Febbraio 2007
Implementazione di un mobile GIS
sensibile al contesto archeologico di utilizzazione
e prime prove d’uso
M.Brioschi, M.A.Brovelli, F.Corcoglioniti, M.Legnani, D.Magni
Polo Regionale di Como
Laboratorio di Geomatica
VIII Meeting degli utenti di GRASS - Palermo, 14-16 Febbraio 2007
Sommario
Il progetto: inquadramento e obbiettivi
Implementazione del mobile GIS sensibile al contesto:
aspetti architetturali e tecnologici
Prime prove di utilizzo dell’applicazione:
descrizione dei test, risultati e commenti
Conclusioni e sviluppi futuri
-2-
Il progetto: inquadramento e obbiettivi
Implementazione di un mobile GIS sensibile al
contesto, con le seguenti caratteristiche:
sia sensibile al dispositivo utilizzato (es. desktop
PC, tablet PC, PDA, smartphone)
disponga delle funzionalità GIS di base
(navigazione, interrogazione, legenda, ecc…)
visualizzi in tempo reale la posizione dell’utente,
acquisita con ricevitori GPS navigazionali
localizzi sulla carta la posizione di oggetti di
interesse, acquisita mediante la tecnologia RFID
quando l’utente si avvicina ad essi
sia sensibile alle condizioni ambientali (es.
luminosità)
permetta di scegliere il livello di approfondimento
dei contenuti
Progetto finanziato dal MIUR
(FIRB 2003, “ArchaeoMedSat”, UR Milano)
-3-
Dipendenza dal contesto
•
Nel web mobile e pervasivo il contesto di impiego è mutevole
– Cambia lo stato dell’utente (es. attività corrente, aspettative)
– Cambiano le condizioni dell’ambiente (es. posizione, luce, livello sonoro)
– Cambiano le proprietà del canale (es. capacità del dispositivo, banda)
•
Un servizio dipendente dal contesto
– È in grado di percepire e di adattarsi al contesto
– Può reagire a cambiamenti del contesto
… mostrando
tutti i contenuti!
… mostrando
solo quelli più
importanti!
…
…
… cambiandone l’aspetto!
…
…
… più velocemente!
-4-
Ambiti di applicazione
Contesti archeologici (in accordo con il progetto FIRB)
Comum Oppidum (Parco Regionale della Spina Verde di Como)
Æ Prima applicazione del mobile GIS
Æ Trasferimento su palmare del web GIS ArchaeoGEW
Æ Sito per i test di utilizzo dell’applicazione
Nuovi contesti archeologici
Æ ad esempio Meta Sudans (Roma) ed altri siti archeologici FIRB
Altri contesti:
La soluzione può essere applicata anche ad altri contesti
Æ ad esempio: protezione civile, monitoraggio flotte (EasyLog)
-5-
Risultati attesi in ambito archeologico
Esplorazione del sito
con mobile GIS, GPS e lettore RFID
Tag RFID posti sulle evidenze
archeologiche
Utilizzo di una rete wireless locale
per l’erogazione del servizio
-6-
Context Aware Mobile GIS: approcci adottati
•
Dall’analisi dei requisiti e dalla valutazione di possibili soluzioni,
sono stati decisi i seguenti approcci per il progetto:
– Implementazione di un servizio con architettura Web based
• Adatta per client mobili
– PDA
– Smartphone
– Model Driven Development (MDD)
• Definizione di modelli per descrivere:
– Il servizio
– Il contesto
– La strategia di adattamento
– Necessità di approfondire lo studio di possibili metodi per integrare le
funzionalità di sensibilità al contesto nel mobile GIS
– Utilizzo di esperienze già acquiste nell’ambito dei mobile GIS
(Laboratorio di Geomatica) e della context awareness (Cefriel) e
reciproco allineamento del know-how
-7-
Architettura del sistema
Ar
ch
ite
t
tur
Regole
di adattamento
La richiesta http è
modificata dall’adaptation
framework sulla base di
politiche definite dallo
sviluppatore nelle regole
di adattamento e nelle
informazioni di contesto
Richiesta
contestualizzata
aW
eb
Richiesta
Rete
Richiesta
contestualizzata
Utente
Informazioni di contesto
Le informazioni di contesto
sono raccolte e gestite dal
context framework
Altre informazioni
di contesto
Condizioni ambientali
Informazioni di posizionamento
Le informazioni dei sensori
sono raccolte e gestite da
un set di componenti
specifici nel location
framework
Sensori
Reader RFID
-8-
Ricevitore GPS
(Globalsat BT-338)
Architettura: dettaglio dei componenti
• Architettura pensata per integrare prototipi preesistenti
• Apache Tomcat è l’application server per:
– il mobile GIS
– il Context Aware Framework (o Situation Aware Framework,
SAF)
• Il mobile GIS è sviluppato mediante Java MapScript,
• L’utilizzo di Java MapScript è opportuno all’interno di servlet
container come Tomcat
• Due processi indipendenti
– Context server
– Location server
-9-
Adaptation
rules
Tecnologia GPS
Application Server
Mobile GIS
Web application
Contextualized
Request
Contextualized
Request
Request
ADAPTATION
FRAMEWORK
Network
User
Context information
• Ricevitore utilizzato:
GlobalSat BT-338 Bluetooth GPS Receiver
• Caratteristiche:
–
–
–
–
•
Segnale C/A su L1
Accuratezza posizionamento: 10 m
Data transfer protocol: NMEA-0183
Tipo di connettività con dispositivi palmari: Bluetooth
Saranno effettuati test con altri ricevitori GPS
- 10 -
Context
model
Context
framework
Location
model
Location
framework
Location information
Sensors
RFID reader
GPS receiver
Adaptation
rules
Tecnologia RFID
Application Server
Mobile GIS
Web application
Contextualized
Request
Contextualized
Request
Request
ADAPTATION
FRAMEWORK
Network
User
Context information
•
Ambiente strutturato con appositi sensori
Context
model
Context
framework
Location
model
Location
framework
–
Tag posizionati nell’ambiente
Sensors
RFID reader
–
•
•
•
Reader CF-II ACG a bordo del dispositivo mobile
Sensori di prossimità
Ogni sensore RFID definisce una “cella” nello spazio
Serve una fase di learning (apprendimento)
• in modo che i tag RFID siano associati agli oggetti che essi
rappresentano nell’ambiente
- 11 -
GPS receiver
Adaptation
rules
Context manager
Application Server
Mobile GIS
Web application
Contextualized
Request
Contextualized
Request
Request
ADAPTATION
FRAMEWORK
Network
User
Context information
• Acquisizione e gestione del contesto
– Il modello del contesto è un insieme di classi Java
composte da 3 elementi:
• Entità: oggetto per il quale occorre il contesto dev’essere
gestito (ad esempio l’utente “Max”)
• Dati di contesto, associati a entità (ad esempio, ubicazione =
“Camera Grande”)
• Relazioni fra dati e entità (ad esempio, “Max” è vicino alla
“Camera Grande”)
• Inferenza di proprietà di contesto
– Regole di inferenza basate su:
• Parametri
• Condizioni
• Azioni
– Valutate ogni volta che i parametri di contesto
subiscono dei cambiamenti
- 12 -
Context
model
Context
framework
Location
model
Location
framework
Sensors
RFID reader
GPS receiver
Adaptation
rules
Modello di adattamento
Application Server
Mobile GIS
Web application
Contextualized
Request
Contextualized
Request
Request
ADAPTATION
FRAMEWORK
Network
User
Context information
•
Si utilizza il concetto di leva di adattamento per separare i
meccanismi di adattamento e le politiche di adattamento
– Le politiche sono espresse dallo sviluppatore mediante regole
ECA (Evento, Condizione, Azione)
– I meccanismi sono gli script (software) che concretamente
implementano il comportamento descritto dalle regole
– Le leve sono una gerarchia di coppie attributo-valore
• Il valore di una leva è determinato da una politica
•
Le regole sono definite:
– esplicitamente da colui che progetta il modello di adattamento
– implicitamente nella piattaforma, per comportamenti predefiniti
- 13 -
Context
model
Context
framework
Location
model
Location
framework
Sensors
RFID reader
GPS receiver
Software
Sistema
•
•
•
S.O.: Windows
Java: JDK 1.5
Servlet container: Apache Tomcat 5.5
Context awareness
•
•
Piattaforma Cefriel: SAF (Situation Aware Framework)
Tecnologie: Java, XML, MDD (Model Driven Development)
Mobile GIS
•
•
•
Motore del GIS: MapServer Java MapScript 4.8.4
DBMS: PostgreSQL 8.0.1 + PostGIS 0.9
Template file: XHTML + JavaScript + CSS
- 14 -
Architettura del mobile GIS
Adaptation
rules
Application Server
Mobile GIS
Web application
Contextualized
Request
Contextualized
Request
Request
ADAPTATION
FRAMEWORK
Network
User
Context information
Context
model
Context
framework
Location
model
Location
framework
Template file
Interfaccia del mobile GIS
Elementi
grafici
Sensors
RFID reader
Servlet Camgis
Java
MapScript
Package
WGS84
it.polimi.como.
geomatica.camgis
Cartografia
di sfondo
(raster, vect)
Funzioni JavaScript
GPS
Dati archeologici
Cartografia di sfondo
File di configurazione
(map file, fontset, symbolset)
- 15 -
WGS84
PostgreSQL
+ PostGIS
RFID
Il motore del GIS è una servlet
Java basata su MapServer Java
MapScript e altre classi
implementate ad hoc
GPS receiver
Mobile GIS: aspetto e funzionalità
z Aspetto del mobile GIS alla sua inizializzazione
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16
1. Refresh
9. Carta on/off
2. Pan
10. Viste predefinite on/off
3. Zoom In
11. Legenda dinamica on/off
4. Zoom Out
12. Barra di scala on/off
5. Zoom selez. rettangolare
13. Carta Gen. Riferim. on/off
6. Query di feature
14. Visual. coord. GPS on/off
7. Query sugli attributi
15. Visual. coord. RFID on/off
8. Cancella risultati query
16. Help on-line on/off
- 16 -
Mobile GIS: aspetto e funzionalità
z Query sugli attributi
ricerca
- 17 -
Visualizzazione coordinate utente (GPS) e oggetti di interesse (RFID)
Location model
Coordinate ϕ, λ
Context model
Servlet Camgis
sensorName = “gps” OR “rfid”
on
Web application
addSensorVal =
off
MapFile.disegnaPosizSensore
(sensorName,mapObjName,ϕ,λ,z,
addSensorVal);
Carta
S=0,
STATUS “off”
S=1,
STATUS “on”
pointObj sensCoord = new pointObj(ϕ,λ,z);
lineObj sensLinea = new lineObj();
int s = 0;
sensLinea.add(sensCoord);
shapeObj sensShape =
new shapeObj(mapscriptConstants.MS_SHAPEFILE_POINT);
sensShape.add(sensLinea);
layerObj sensLayer = mapfile.getLayerByName(sensorName);
sensLayer.addFeature(sensShape);
if (addSensorVal.equals("on")){s=1;}
sensLayer.setStatus(s);
- 18 -
Test su dispositivi mobili
Caratteristiche:
•
•
•
•
S.O. per palmari: Windows Mobile 2003
Browser: Internet Explorer, Net Front (test completi), Firefox Minimo, Opera Mobile, (test
solo sul mobile GIS)
Ricevitore GPS: GlobalSat BT-338 Bluetooth GPS Receiver
Tecnologia RFID: 13.56 MHz; tag passivi; lettore CF-II ACG
- 19 -
Prova outdoor al Roccione di Prestino (Spina Verde - 26/01/2007, 08/02/2007): il contesto
Spina Verde
COMO
Camera Grande
Fonte della Mojenca
Comum
Oppidum
Roccione di Prestino:
area del test
Roccione di Prestino
- 20 -
Tracce di slitta
Prova outdoor al Roccione di Prestino (Spina Verde - 26/01/2007, 08/02/2007): componenti
Server portatile:
Toshiba T5500, 1.66 GHz, Windows XP,
alimentato da batteria propria
Access point
R
Tracce di slitta Access point rete wireless:
Cisco Aironet 1300 + Power Injector BLR2T
Pozzetto
53B
53A
Pannello solare
53B
Cavo di rete
Server
Palmare:
HP iPaq 5450,
aggiornato con Windows mobile 2003
53A
Incisioni rupestri
R
Tag RFID
Ricevitore GPS:
GlobalSat BT-338,
collegato mediante Bluetooth al palmare
Regolatore di carica
Batteria di supporto
Lettore RFID:
CF-II ACG 13.56 MHz
54
Omino di Prestino
0
Alimentazione rete wireless:
Pannello solare + batteria di supporto +
regolatore di carica Bravo (Helios Technol.)
10 m
- 21 -
Tag RFID:
posizionati in prossimità delle
evidenze archeologiche (per il
momento su supporto mobile)
Prova outdoor al Roccione di Prestino (Spina Verde - 26/01/2007, 08/02/2007): componenti
Pannello
solare
Regolatore
di carica
Batteria
di supporto
Server
(portatile)
Lettore
RFID
Access point
Utente con
mobile GIS e GPS
- 22 -
Tag RFID
Test su dispositivi mobili: problematiche riscontrate
•
L’architettura client-server comporta un elevato utilizzo della connettività wireless
–
–
–
•
Uso di una rete wireless locale per un determinato sito archeologico, al fine di avere una soluzione
indipendente dalla rete di telefonia mobile, che non sempre è nota o presente (ad esempio per i
siti archeologici in zone desertiche).
Connettività a banda larga
Costi di installazione elevati, ma costo di gestione basso
L’interfaccia ha un caricamento molto lento sul palmare:
–
–
–
Servono test su palmari di nuova generazione per valutare se il problema persiste o è di minore
entità
È auspicabile ridurre il peso dell’interfaccia (es. numero e dimensione delle icone)
L’adozione della tecnologia AJAX (Asynchronous JavaScript and XML) potrebbe migliorare la user
experience sul palmare
•
•
Possibili problemi di compatibilità con i browser dei palmari
Il continuo aggiornamento della pagina al cambiamento della posizione GPS può risultare
fastidioso e peggiorare la user experience dell’utente:
–
–
Realizzare la visualizzazione della posizione dell’utente a richiesta o in automatico ad intervalli di
tempo o di distanza percorsa
Aggiornamento forzato in caso di identificazione di un tag RFID
- 23 -
Test su dispositivi mobili: problematiche riscontrate
•
•
•
Il ricevitore GPS fornisce coordinate che non appaiono precise se confrontate con la
cartografia del mobile GIS
È necessario quindi:
– analizzare l’accuratezza dello strumento
– considerare le condizioni di misura (copertura arborea, ostruzione cielo, ecc…)
– effettuare test con altri ricevitori GPS
Gli RFID passivi sono intercettati solo a 10-20 cm di distanza
–
–
Dove usare gli RFID? ⇒ indoor (musei, “camere”), zone con evidenze di difficile individuazione
Adozione di RFID attivi:
•
Vantaggi: aumento della portata del sensore (ma diminuzione della precisione di misura)
–
•
La selezione dell’evidenza deve essere un gesto esplicito dell’utente (è un vantaggio o uno svantaggio?)
Svantaggi:
–
–
Necessità di alimentazione (batteria da sostituire periodicamente, delicatezza del tag)
Costo più elevato del tag
- 24 -
Conclusioni e sviluppi futuri
Implementazione della sensibilità alla luminosità (già in corso)
Semplificazione dell’interfaccia e miglioramento dell’usabilità
miglioramento delle prestazioni del framework per il push (già in corso)
Test con altri ricevitori GPS
Ripetizione della prova alla Spina Verde con dispositivi mobili e ricevitori GPS
differenti
Uso del linguaggio GML per unificare il modello di riferimento della carta, con il
modello usato nel framework di localizzazione
In prospettiva:
sensibilità al dispositivo mobile utilizzato, grado di approfondimento dei contenuti,
nuove funzionalità GIS, nuove “istanze” del mobile GIS per altri contesti archeologici
- 25 -
GML
(Geographic Markup Language)
WEB APPLICATION
Regole
di adattamento
Carta
Richiesta
contestualizzata
Richiesta
Rete
Richiesta
contestualizzata
Utente
Context framework
Informazioni di contesto
Un unico
modello ambiente
descritto in GML
Context model
Altre informazioni
di contesto
Condizioni ambientali
Location framework
Informazioni di posizionamento
Location model
Sensori
Reader RFID
Ricevitore GPS
X L‘utilizzo del GML, che si presenta come formato standard di interscambio dati, può garantire la
diffusione e l’acquisizione del modello ambiente mediante geoservizi (WFS, Web Feature Service)
- 26 -
Contatti
http://geomatica.como.polimi.it
•
•
[email protected]
[email protected]
Maria A. BROVELLI
Diego MAGNI
Cefriel
http://www.cefriel.it
•
•
•
[email protected]
[email protected]
[email protected]
Maurizio BRIOSCHI
Francesco CORCOGLIONITI
Massimo LEGNANI
- 27 -

Context Aware Mobile GIS

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