空间智能

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智能空间

关键词：智能空间

智能空间（SmartSpace）是一个嵌入了计

算、信息设备和多模态传感装置的工作空间，

其目的是使用户能非常方便地访问其中的信

息、获得计算机的服务，从而高效地进行单独

工作和与他人协同工作。由于智能空间是一类

集成化的普适计算系统，因此常被用作普适计

算研究的实验床[2-5,7,8]。同时，智能空间的

应用价值还可以直接体现在它的具体用途上，

如智能会议室、作战指挥室、智能教室、能照

料人的智能家居等。

计算技术的演化

从技术发展上讲，普适计算与分布计算、

移动计算技术的发展紧密相关[1]。分布计算

是由远程通信与信息访问、分布式安全性等技

术发展而来的，网格计算是分布计算的最新发

展。在移动网络、可适应性应用等技术的影响

下，它们发展为移动计算。在附加了嵌入式系

统、智能空间、服务的空间尺度相关性等技术

的基础上，移动计算发展成为了普适计算。这

种发展关系如图1所示[1]。

普适计算技术要求计算设备在位置不断移

动、或在地理位置分布很广的情况下，仍能实

现数据和服务的稳定获取。移动计算的发展已

经在很大程度上为此提供了很好的基础。而分

布式技术的发展则为普适计算的实现在软件层

面上提供了一种实现的思路。

移动计算致力于将用户携带的小型设备在

移动状态下与网络世界连接起来。移动计算为

普适计算带来了移动性，极大地扩展了信息服

务的范围。但移动计算仅提供了隐式连续的网

络服务，而要做到计算方式以人为本，必须实

现与用户移动性相关的信息移动性，而且需要

以协同计算为目标的网格计算技术提供强大的

后端服务计算平台支吃葡萄绕口令 持。

智能手机等常常被人们认为是普适计算的

典型终端。而从技术的演化进程上看，智能空

间一方面直接体现了信息能力有机地融入人们

日常生活的理念，另一方面它又是一个移动性

和嵌入性都很高的计算环境，从而被认为是一

类集成化的普适计算系统。

智能空间是普适计算研究的

实验床

我们还可以由图2理解普适计算环境中设

史元春

清华大学

图1普适计算环境的发展

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备的丰富性、多样性、移动性等特性。该图表

示普适计算是移动性和嵌入性都很高的计算环

境。

智能空间具有普适计算环境的两个特点：

它首先是一个嵌入性很高的计算环境，同时由

于随身移动设备的进入和离开，智能空间又是

一个移动性很高的计算环境。因此，综合了计

算中间件、

自然人机交互接口、网络多媒体的智能空

间环境，是普适计算理论研究和技术研发的实

验床。

认识智为什么会梦遗 能空间

普适计算需要信息空间与物理空间的融

合。在这个融合的空间中人们可以随时随地、

透明地获得数字化的服务。普适计算中信息空

间和物理空间的融合可以在不同尺度上得到体

现，其在房间、建筑物这个尺度上的体现就是

智能空间。

美国国家标准和技术研究院（NIST[6]）定

义智能空间具备的功能和为用户提供的服务包

括如下内容：

（1）能识别和感知用户以及他们的动作

和目的，理解和预测用户在完成任务过程中的

需要；

（2）用户能方便地与各种信息源进行交

互，特别是用户携带的移动设备可以无缝地与

智能空间的基础设施进行交互；

（3）提供丰富的信息显示；

（4）提供对发生在智能空间中的经历

（experience）的记录，以便在以后检索回放；

（5）支持空间中多人的协同工作以及与

远程用户的沉浸式协同工作。

有学者指出，将来不太可能存在一个全球

统一的普适计算系统，而会存在许多因为管理

区划、地域区划和文化区划而互相分离的、有

明确边界的智能空间系统。这些智能空间系统

之间可以有一定的交互，人和各种可携带设备

可以透明地在它们之间移动。这说明了从实施

智能空间入手是通向全面实现普适计算最可能

的途径。

智能空间的发展阶段

目前国际上对智能空间的研究开展得相

当广泛，如美国麻省理工学院人工智能实验

室（MITAILab）的IntelligentRoom、斯坦福

（Stanford）大学的InteractiveWork自拍杆怎么连接手机才可以用 space、佐因此英语 治

亚技术理工学院（GIT）的AwareHome、微软

研究院（MicrosoftRearch）的EasyLiving、德

国信息技术国家研究中心（GMD）的iLand，国

内如清华大学的SmartClassroom等。这些计划

的研究成果证明了智能空间在普适计算研究中

的重要作用。在这些工作里，智能空间以不同

的应用形态展现出来，并被分别赋予了研究者

希望的普适计算特性。通过对这些研究计划进

行分析，可以发现智能空间的三个主要特征和

三个发展阶段。

首先，处于计算环境中的计算设备不再

像在桌面计算模式下那样，要求用户端坐在计

算机前或者处于某个固定位置才能完成计算任

务。大量的计算设备、多模态交互技术模块、

情景感知[9]模块被嵌入并隐藏在实际的物理环

境中。这些模块能互相协作并能主动地为用户

图2普适计算的移动性和嵌入性

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提供服务，使得智能空间拥有立体的、连续的

交互通道。例如一个智能书房能检测到用户在

其中阅读书籍，它可能会打开窗帘来为用户提

供足够的照明。然而随着时间的推移，夜幕降

临，智能书房还可能根据当前的光照条件，逐

渐加强房间中的灯光照明。

其次，智能空间还有一个重要特性称为

游牧服务（cyberforaging），它使空间中的用

户随身无线手持设备具有充分利用其周围基础

设施中性能相对较醉清风歌词 强设备的能力，同时其上运

行的模块可以与空间中的其他模块进行交互和

协作，以共同为用户提供增强的服务。这也是

信息空间与物理空间融合的一个体现。需要注

意的是，传统的分布式计算是试图通过网络技

术来消灭空间距离，而智能空间强调的是发现

离用户最近的各种资源和服务。反过来，基础

设施也应该能够利用用户所携带的移动设备的

功能，为用户提供个性化或者增强的服务。例

如，当用户甲在一个智能会议室开会时，系统

检查到乙给甲发了一个重要的电子邮件并希望

甲马上能阅读其内容。智能会议室会根据当

前的情景（在开会）以及甲所携带的移动设备

（手机或者PDA）做出判断，将这一电子邮件

转发到手机上并通过震动提醒甲，而不是通过

会议室的大屏幕显示出来。而如果只是甲单独

待在智能会议室，该电子邮件则可经由声音提

示，显示在大屏幕上。

最后，不同的空间之间也应该能够自发地

发生交互。当一个空间的资源无法满足用户的

需要时，智能空间应该根据用户的要求向临近

空间发出帮助请求。例如，位于某智能空间内

的用户需要打印一张彩色图片，由于该空间只

有黑白打印机，智能空间可能会拒绝用户的请

求。但是，如果该智能空间发现在附近的环境

中存在一台彩色打印机，则它有可能向用户提

示该彩色打印机的位置，并询问用户是否需要

使用该打印机。

上述三点可以看作是三个具有递进关系的

特点。事实上我们认为这三个特点是智能空间

在三个不同发展阶段的特征体现。图3描述了

智能空间发展的这三个阶段，并说明了每一个

阶段重点关心和研究的问题。

独立智能空间系统是智能空间研究的第一

个阶段。在这个阶段里，其主要的研究内容是

空间内模块的通信与协调方式、自然的人机交

互接口，同时还要求系统具有持久性以及透明

性的特点。为了支持模块间的协调，人们研究

了协调模型、多代理（agent）系统以及通信语

言等，构筑智能空间的软件支撑平台[10-12]，并

大量应用可触摸接口、传感器以及感知模块来

获得更友好的人机交互能力。采用松散耦合结

构的应用系统提高了系统的持久性。而嵌入式

技术的应用使得计算设备能够退到环境中去，

并从人们的视线中消失。

智能空间的第二个发展阶段则同时关注

大量的移动设备。移动设备随着用户在空间漫

游，它们能发现计算环境的存在，同时自发地

与计算环境发生交互[1]。这个阶段所需要研究

的问题涉及了计算环境的发现、异构通信信道

的互通、资源管理、代理以及复合服务等技术

的应用。

事实上，我们认为将来的智能空间可能会

具有层次的结构。空间与空间之间将会互联，

并且若干单个智能空间可能联合起来构成一个

大的空间（例如清华大学媒体所的所有房间构

成完整的清华大学媒体所）。这些空间同样可

能继续构成更为复杂的空间（例如，清华媒体

图3智能空间的发展阶段

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所、清华网络所、清华软件所、清华微机所、

清华电子系等，在整个清华东主楼所构成的一

个空间）。最终智能空间将构成一系列智能社

区（smartcommunity）。智能社区中的智能空

间将以怎样的形式组织在一起，如何进行跨空

间的交互，如何进行跨空间的资源访问则是需

要研究的问题。

需要说明的是，这些问题是按照逻辑关系

而不是按时间关系出现的（如同图1，在从左

向右的发展中，新的问题不断加入）。各个阶

段之间的连接使用的是调制符号，表示原有问

题在解决过程中，因新问题的加入而变得更为

复杂。阶段论的观点同时也表示，前一个阶段

提出的问题，不会因为阶段的变迁而变得不重

要。在后一个阶段中，我们只是不再着重考虑

这些问题，而是假设这些问题已经有了比较好

的解决方案。我们的重点是：在前一阶段的基

础上开展后一阶段的研究。

就目前的研究现状而言，多数的项目已经

对第一个阶段，即智能空间内部的协作机制进

行了比辛酸的近义词 较深入地研究。研究的重点开始向第二

个阶段转移。也有少数的项目，如MIT的AIRE

计划，已经开始针对第三个阶段的问题展开了

一定程度的研究。

一个智能空间的实例

普适计算研究的一个重要问题是如何把这

项基础研究与当前的应用相结合。远程教育是

一个很好的结合点。图4示例的是清华大学研

制的一个智能教室系统（SmartClassroom）[13]。

智能教室是一个依靠智能交互空间技术

增强了的真实的教学环境。除了传统的讲台、

课桌椅外，智能教室讲台上方投影的是电子讲

义，右侧墙壁上显示的是远程学生的情况和教

室虚拟管理员的头像。系统的运行需要多台计

算机支持，但教室中的师生并不需要面对并操

作计算机。教师可以像在传统教室一样，自然

而随意地进行教学活动。他通过板书、语音命

令、激光笔指点等方式获得计算机辅助教学和

远程教学的便利，从而摆脱远程教学桌面交互

模式的限制。同时，大量参加远程学习的学生

可以用不同的接入方式通过互联网加入这个课

堂。这个教室还可以自动判别课堂当前的焦

点、自动地将合适镜头的视频传送给远程的学

生。远程学生可以和教室中的学生一样参与课

堂教学，如发言和板书等。讲课过程还可被自

动记录成为可检索的复合多媒体文档，作为现

场课件使用。

作为一个普适计算的实验平台，这个智能

教室的运行说明智能空间和普适交互访问等研

究在以下方向上已取得了显著进展：多模态信

息融合、交互空间中基于上下文的行为语义、

智能交互空间的分布计算环境、内容相关的自

适应传输、可伸缩群组交互机制、无缝的可移

动性、过程记录、基于内容的多媒体检索等。

这个课题还集成了清华大学计算机系多年来在

计算机视觉和语音处理方面的优秀成果，包括

人的跟踪、基于生物特征的身份鉴别、虚拟人

合成等。该课题成果已经投入清华大学继续教

育学院远程教学的实际应用。传统的远程教育

系统中，教师面向的是计算机屏幕，而不是学

生。这阻碍了教师与学生之间面对面的交流。

基于智能空间的远程教育系统，教师既可面向

学生进行教学，同时又可充分地享受信息访问

和交互的服务，从而把远程教育技术提高到一

图4智能教室

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个新的水平。

目前SmartClassroom项目的研究已经从面

向一个教师为主的教室环境、转为面向多个用

户的会议室环境发展。随着用户的增加，交互

和服务复杂度的维度将增加，面临的问题将更

具挑战性。

结语

本文对智能空间研究中技术问题没有展开

讨论。只想通过对智能空间三个发展阶段所面

临技术的说明以及一个应用实例，让读者了解

挑战智能空间在普适计算研究中的重要作用。

[1]SatyanarayananM.“Per青椒鸡蛋怎么炒好吃 vasivecomputing:visionandchallenge”.IEEEPersonalCommunications,2001,8(8):

10~17.

[2]://

[3]UIUC,:///gaia/

[4]StanfordUniversity,:///projects/iwork

[5]GeorgiaTech,:///fce/ecl/

[6]NIST,:///smarts怀孕化妆 pace

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