面向服务机器人的智能环境服务构件开发方法

第３４卷第３期２０１２年５月

ＤＯＩ：１０，３７２４，ＳＰ－Ｊ．１２１８．２０１２．００３３７

机器人

ＲＯＢＯＴ

Ｖ０１．３４．Ｎｏ．３

Ｍａｙ，２０１２

面向服务机器人的智能环境服务构件开发方法

梁志伟１，２，金欣２，朱松豪１

（１．南京邮电大学自动化学院，江苏南京２１００４６；

２．东南大学复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室，江苏南京２１００９６）

摘要：针对服务机器人应用需要，引入基于构件的开发方法，设计了一种支持和增强服务机器人功能的智能环境服务构件系统．制定了服务构件的基本组成结构与交巨模式，实现了机器人的跨平台服务调用，有效解决了资源多样异构性带来的问题．服务构件将资源辅助功能封装成共享服务，借助智能环境通信嘲络，基于规范的服务接口和说明，提供开放的服务访问和调用．它可以被独立地部署并由第三方任意组合应用．本文分别从辅助资源端和服务机器人客户端出发，详细论述了应用ｗｅｂｓｅｒｖｉｃｅ（ＷＳ）中间件技术开发服务构件和服务调用程序的基本原理，并给出了实验验证．

关键词：服务构件；智能空间；服务机器人；ｗｅｂ服务中图分类号：ＴＰ２４

文献标识码：Ａ

文章编号：１００２一０４４８（２０１２）一０３—０３３７－０７

ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＡｐｐｒｏａｃｈｅｓｏｆＳｍａｒｔＳｐａｃｅＳｅｒｖｉｃｅＣｏｍｐｏｎｅｎｔｓｆｏｒＳｅｒｖｉｃｅＲｏｂｏｔｓ

ＬＩＡＮＧＺｈｉｗｅｉｌ一，ＪＩＮＸｉｎ２．ＺＨＵＳｏｎｇｈａｏｌ

（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ．ＮａｎｆｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ可而价ａｎｄＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｎａｎｊｉｎｇ２１００４６，Ｃｈ／ｎａ；

２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄＣｏｍｍｌｏ，ＣｏｍｐｌｅｘＳｙｓｔｅｍｓｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（Ｍｉｎｉｓｔｒｙ巧Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ），

Ｓｏｕｔｌｗａｓｔ

Ｕｎｉｖｅｒｓ毋，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６．Ｃｈ／ｎａ，

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ

ａｔ

ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｓｅｒｖｉｃｅｒｏｂｏｔｓ，ａｓｍａｒｔｓｐａｃｅｓｅｒｖｉｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｙｓｔｅｍｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ

ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ（ＣＢＤ）ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｂａｓｉｃ

ｓｅｒｖｉｃｅｉｎｖｏｃａｔｉｏｎｉｓ

ａｎｄｅｎｈａｎｃｉｎｇｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｒｏｂｏｔｓｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙｉｎｔｎｘｌｕｃｉｎｇｃｏｍｐｏｎｅｎｔ—ｂａｓｅｄ

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ

ａｎｄｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｍｏｄｅｓａｌｅｐｒｏｐｏｓｅｄｆｏｒｓｅｒｖｉｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，ｂａｓｅｄ

ｏｎ

ｗｈｉｃｈｃｒｏｓｓ—ｐｌａｔｆｏｒｍ

ｒｅａｌｉｚｅｄｆｏｒｒｏｂｏｔｓ．Ａｓａｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｔｈｅａｓｓｉｓｔａｎｔｒｅｓｏｕｒｃｅ＇ｓｄｉｖｅｒｓｉｔｙａｎｄｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｉｔｙｃａｎｂｅＳｅｒｖｉｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｉｎｖｏｃａｔｉｏｎ

ｏｎ

ｒｅｓｏｌｖｅｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ‘

ａｃｃｅｓｓ

ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｓｔｈｅａｓｓｉｓｔａｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎｓ

ｏｆｒｅｓｏＲｒｃｃｓｉｎｔｏ

ｓｈａｒｅｄ

ｓｅｒｖｉｃｅａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｓｏｐｅｎｓｅｒｖｉｃｅ

ａｎｄ

ｓｌｎａｌ－ｔ

ｓｐａｃｅ’ｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｔｈｒｏｕｇｈｃｏｎｔｒａｃｔｕａｌｌｙ

ｓｐｅｃｉｆｉｅｄ

ｓｅｒｖｉｃｅｉｎｔｅｒｆａｃｅａｎｄｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ．Ｉｔ

ｓｕｐｐｏｒｔｓｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｄｅｐｌｏｙｍｅｎＬｓｅｒｖｉｃｅｒｏｂｏｔｓ，ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆ

ａｎｄｉｓｓｕｂｊｅｃｔｔｏｔｈｉｒｄ－ｐａｒｔｙｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｓｔａｒｔｉｎｇｆｒｏｍａｓｓｉｓｔａｎｔｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｃｌｉｅｎｔｓｆｏｒ

ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ

ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｓｅｒｖｉｃｅａｎｄｓｅｒｖｉｃｅｉｎｖｏｃａｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍｓｂｙａｐｐｌｙｉｎｇｗｅｂｓｅｒｖｉｃｅ

ａｌｅ

（ｗｓ）ｍｉｄｄｌｅｗａｒｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．ａ化ｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ，ａｎｄｆｉｎａｌｌｙ＇ｔｈｅｙ

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅｒｖｉｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔ；ｓｍａｒｔ

ｐｒｏｖｅｄ

ｂｙｔｙｐｉｃａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．

ｓｐａｃｅ；ｓｅｒｖｉｃｅｒｏｂｏｔ；ｗｅｂｓｅｒｖｉｃｅ

１

引言（Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）

自从普适计算和环绕智能诞生以来，许多研

需要主动地寻求环境辅助，因而上述特性带来的困难相对较小；（２）面向特定的应用定制开发智能环境，并专注于解决特定应用领域中的特定问题，而避开通用性问题不谈．由于一切都是定制的，在一定程度上简化了智能设备服务的多样性、异构性和动态性带来的问题【７］．然而，此类定制型系统却存在着一些不可避免的缺陷：通用性差、开发成本高及灵活性差．当然，也有一些研究考虑了系统通用性的问题，例如Ｕｂｉｑｕｉｔｏｕｓ

Ｒｏｂｏｔ［８】、ＰＥＩＳ—Ｅｃｏｌｏｇｙ［９１

究机构和学者开始对其与服务机器人之间的结合产生了浓厚的兴趣，并开始着力研究机器人如何利用智能空间中智能设备的服务，实现更好地为人提供服务【ｌ】．Ｒｏｂｏｔｉｃ

Ｒｏｏｍｌ２］、ＩＳＨ［３１、Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ

Ｓｐａｃｅ［４］、ＮＢＩＳ４ＣＬＭＲｓｌ５１、ＲｏｂｏｔｉｃＫｉｔｃｈｅｎ［６］等等在

机器人应用环境智能服务方面进行深入研究，研究方案体现了２个特征：（１）从智能环境出发，将机器人当作移动作业能力方面的补充，泛化为环境智能的一部分，被动地接受全局控制．由于机器人不

等等，但大都处于初级研究阶段，在研究的出发点、观点提法、系统架构以及所采用的技术方法等方面

基金项目：江苏省高校自然科学基会资助项月（１０ＫＩＢＳｌ００１４．ＢＫ２０１１７５８）；东南大学复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室开放课题基金资

助项目（２０１０Ａ００３）；国家青年自然科学基金资助项目（６１１０４２１６．６０８０５０３２）；教育部博士点新教师基金资助项目（２０１０３２２３１２０００３）；

南京邮电大学教改项目（ＪＧ００５１１Ｊ７９）．

通讯作者：粱志伟．ＩｚｈｗＪｙ＠ｈｏｌｍａｉｌ．ｃｏｉｎ

收稿，录用／修回：２０１１－１２—１２／２０１２－０２－１５／２０１２－０３?３０

万方数据

机器人

２０１２年５月

都未能统一，因此还有很大的研究空间．

ＣＢＤ（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ－ｂａｓｅｄ

采用ＷＳ实现跨平台服务调用，客户端与服务端须经过如图２所示的流程．当客户端需要调用服务时，它首先构造一条服务调用请求消息，将服务调用入口参数编码成网络消息的格式发送出去并等待对方反馈，在构造消息之前需要获知被调用服务的接口定义（可从服务构件或注册中心下载）．接收到请求消息后，服务端接口程序负责解码，从中获取入口参数值，继而调用本地基本功能函数以实现服务功能，将函数返回值作为出口参数并编码为响应消息再发送出去，然后重新回到监听请求消息的状态中．最后，客户端接收响应消息并解码，从中获取出口参数值以作进一步的分析处理．

接收请求消息解码入口参数

ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）是软件工

程领域中常见的软件系统开发模式，是实现软件复用的行之有效的方法【圳．应用它的思想，有望开发出可重用性和可扩展性较高的智能环境辅助系统，不同的辅助功能可以重复利用、任意组装，以实现不同的应用．借鉴ＣＢＤ的思想，可以将环境智能节点的一些较为完整和独立的服务功能开发成服务构件，形成一套面向环境智能节点的服务构件系统以及面向机器人的服务调用客户端开发方法，实现机器人的跨平台服务调用．在开发服务构件时，采用ＷＳ开发各种构件，这是因为ＷＳ拥有成熟的技术规范和实现，在多年的应用推广中得到了广泛的认可，同时提供了丰富的ＡＰＩ（ａｐｐｆｉｃａｆｉｏｎｐｒｏｇｒａｍｉｎｔｅｒｆａｃｅ），可以大大简化服务构件的开发过程．

２

二［

调用本地基本功能实现模块编码出口参数发送响应消息

ＷＳ中间件的跨平台交互机制（Ｃｒｏｓｓ－

ｐｌａｔｆｏｒｍｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｍｏｄｅｓｏｆＷＳｍｉｄｄｌｅ－ｗａｒｅ）

ＷＳ中间件的跨平台交互原理如图ｌ所示，互

Ｆｉｇ．２

图２跨平台服务流程

Ｃｒｏｓｓ—ｐｌａｆｆｏｒｍ

ｓｅｒｖｉｃｅｆｌｏｗ

不兼容的双方通过中间件能够无缝地衔接起来．中间件的核心部分是公共接口，定义了一对系统组件之间的通信协议，类似于一个契约，双方都按照契约规定的方式发送和接收消息，通过双方都能理解的网络消息实现异构系统间的交互【ｌｌ】．作为异构系统，服务器和客户机各有一套操作指令，中间件的作用就是实现它们之间的映射．客户端发出的指令经过客户端接口被映射为网络消息，再经过服务端接口被映射为服务端指令：而服务端的响应也是经过服务端接口和客户端接口最终被映射为客户端指令．客户端接口与服务端接口分别为客户机和服务器所有，从功能上来看，它们合起来共同构成了介于二者之问的中间件，借助ＷＳ中间件，一条消息从任意一端传输到另外一端，都经历了“编码一传输一解码”这样的一个过程，通过这个过程可以将一个平台上的数据类型转换成另一个平台上的数据类型．

３基于ＷＳ的智能环境服务构件开发（ＷＳ．

ｂａｓｅｄｓｅｒｖｉｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆ

ｓｍａｒｔｓｐａｃｅ）

服务构件的开发通常有２种顺序：

（１）自底向上：先开发基本功能模块，再开发接口，逐步抽象化，最终形成服务构件．

（２）自顶向下：从需求分析入手，先开发接口，再开发基本功能模块，逐步具体化．

自顶向下的开发方法目的明确、思路清晰，是规范化开发的首选．本节以全局固定摄像头环境智能节点为例，介绍基于ＷＳ技术的自顶向下开发服务构件的方法．

３．１用例建模与服务划分

用例建模主要是确定环境智能节点可以或者应当提供哪些服务，这需要分析客户的需求，并对环境智能节点的功能进行划分，划分时建议遵循如下原则：

（１）完整性原则：划分为服务构件的必须是一个完整的功能模块．它自身具备一套完整的运行流程，具备自检功能，能够保证自身运行的稳定，能够独立地提供一项完整的服务，可以独立地进行维护．

（２）原子性原则：模块划分得太粗，会导致冗余

图ｌ基于ＷＳ中间件的跨平台交互原理

Ｆｉｇ．１

Ｃｒｏｓｓ—ｐｌａｔｆｏｒｍｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｃｓｂａｓｅｄｏｎ

ｍｉｄｄｌｅｗａｒｅ

ＷＳ

浪费．因此划分为服务构件的功能模块应当尽可能小，小到无法或无须再分解，即“原子化”．功能模

万方数据

第３４卷第３期梁志伟等：面向服务机器人的智能环境服务构件开发方法

块越小，与其它功能模块组合的可能就越大．

（３）实用性原则：划分为服务构件的功能模块也并非越小越好，太小的功能往往不实用．实用性这一点要从客户的需求出发．根据以往的经验或客户调查结果，将使用率较高的功能模块划分为服务构件．

（４）简单性原则：在保证客户能够保质保量地获取服务的前提Ｆ，应尽可能减少交互次数和传递的参数数量．频繁的交互一般有２种情况，一种是连续事件通知，一种是关键变量共享．前者尚可，后者一旦过多就破坏了系统的松耦合特性，说明服务划分没有严格遵循完整性和原子性的原则．

全局同定摄像头指的是固定在服务机器人活动场所上方的摄像头，它可以提供目标物体（人、机器人等）的定位和跟踪服务．３．２定义服务接口模型

公共接口是客户端与服务端之间关于服务使用方法的契约，可以用任何语言定义．采用ＷＳＤＬ

（ｗｅｂｓｅｒｖｉｃｅｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｌａｎｇｕａｇｅ）［１２Ｊ较为合适．

ＷＳＤＬ描述了３个基本信息：服务能做什么（ｗｈａｔ）、如何调用服务（ｈｏｗ）、从何处获得服务（ｗｈｅｒｅ）．ｗＳＤＬ包含抽象和具体２部分信息．抽象信息包含＜ｔｙｐｅｓ＞、＜ｍｅｓｓａｇｅ＞和＜ｐｏｒｔＴｙｐｅ＞３个元素，描述了服务能做什么和如何调用服务，体现为服务调用所需的请求和响应消息．具体信息则包含了＜ｂｉｎｄｉｎｇ＞和＜ｓｅｒｖｉｃｅ＞元素，描述了获取服务所需要的具体信息，包括服务的地址和传输层协议绑定等等．这里以伞局固定摄像头目标定位服务的ＷＳＤＬ描述文档为例说明上述各部分信息的描述规范，如图３所示．

（１）ｔｙｐｅｓ：用于定义服务相关消息中包含的数据类型．ＷＳＤＬ没有定义特殊的数据类型，而是支持其它标准，如ＸＭＬ（ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ

ｍａｒｋｕｐｌａｎｇｕａｇｅ）、

ＲｅｌａｘＮＧ、ＤＴＤ（ｄｏｃｕｍｅｎｔｔｙｐｅｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）等，以及

非ＸＭＬ的ＭＩＭＥ（ｍｕｌｔｉｐｕｒｐｏｓｅＩｎｔｅｒｎｅｔｍａｉｌｅｘｔｅｎ．

ｓｉｏｎ）类型，如ＯＭＧ（ｏｂｊｅｃｔ

ｍａｎａｇｅｍｅｎｔｇｒｏｕｐ）、

ＩＤＬ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ

ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ

ｌａｎｇｕａｇｅ）、ＣＯＢＯＬ

（ｃｏｍｍｏｎｂｕｓｉｎｅｓｓｏｒｉｅｎｔｅｄｌａｎｇｕａｇｅ）ｃｏｐｙｂｏｏｋ等，同

时用户也可以扩展定义自己的数据类型．

（２）ｍｅｓｓａｇｅ：用于定义服务调用所需要的消息．１个消息由若干部分（ｐａｒｔ）组成．本例中定义了２条消息，一条是服务调用请求消息，一条是服务调用响应消息．每条消息包含１个ｐａｒｔ，其中的元素就是在上述＜ｔｙｐｅｓ＞中定义的入口和出口参数．

ｆ３）ｐｏｒｔＴｙｐｅ：端口类型．这里的“端口”可以

万方数据

理解为服务所支持的操作（ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）集．１个操作由１组进出的消息（ｍｅｓｓａｇｅ）组成．本例中定义的操作Ｌｏｃａｌｉｚｅ有ｌ条进、出消息，分别对应着上面＜ｍｅｓｓａｇｅ＞中定义的服务调用请求、响应消息．（４）ｂｉｎｄｉｎｇ：定义如何格式化消息以采用某种传输层协议传输，又称协议绑定．ＷＳＤＬ支持ＨＴＴＰ（ｔｈｅｈｙｐｅｒｔｅｘｔｔｒａｎｓｆｅｒｐｒｏｔｏｃ０１）、ＳＯＡＰ（ｓｉｍｐｌｅｏｂｊｅｃｔ

ａｃ０２ｓｓ

ｐｒｏｔｏｃ０１）、ＭＩＭＥ等多种传输层协议的绑定．

本例中绑定的是ＨＴＦＰ协议．

（５）ｓｅｒｖｉｃｅ：定义了服务的名称和访问端口＜ｐｏｒｔ＞，端口中指定了上面＜ｂｉｎｇｄｉｎｇ＞中定义的传输层协议绑定，并给出了具体服务的访问地址．

＜ｗｓｄｌ：ｔｙｐｅｓ＞＜ｘｓｄ：ｓｅｈｅｍａ＞

＜ｘｓｄ：ｅｌｅｍｅｎｔ——入ＬＩ参数定望—————一

ｎａｍｅ＝‘‘Ｐｏｓｉｔｉｏｎ’＂＞＜ｘｓｄ：ｃｏｍｐｌｅｘｔｙｐｅ＞＜ｘｓｄ：ｓｅｑｕｅｎｃｅ＞

＜ｘｓｄ：ｅｌｅｍｅｎｔｎａｍｅ＝‘＂ＴａｒｇｅｎｔＮａｍｅ’’ｔｙｐｅ＝＇－＂ｓｔｒｉｎｇ’修／／日标名称

～出口参数定义一

＜ｘｓｄ：ｅｌｅｍｅｎｔ

ｎａｍｅ＝‘＇ＴａｒｇｅｎｔＮａｍｅ”ｔｙｐｅ＝‘＂ｓｔｒｉｎｇ’伽／／Ｈ标颜色

＜／ｘｓｄ：ｅｑｕｅｎｃｅ＞＜／ｘｓｄ：ｃｏｍｐｌｅｘＴｙｐｅ＞＜／ｘｓｄ：ｅｌｅｍｅｍ＞

＜ｘｓｄ：ｅｌｅｍｅｎｔ

ｎａｍｅ＝＇‘ＰｏｓＲｅｓ＂＞＜ｘｓｄ：ｃｏｍｐｌｅｘｔｙｐｃ＞＜ｘＭ：ｒａｇｌＵｅＵｅｇ＞

‘ｘｓｄ：ｅＩｅｒｎｅＴｌｔｎａｍｅ＝“Ｐｏｓ—ｘ＇ａｒｐｅ２“ｄｏｕｂｌｅ’协

＜ｘｓｄ：ｅｌｅｍｅｎｔ

ｎａｍｅ－－‘Ｐｏｓ—Ｙ’＂ｔｙｐｅ＝“ｄｏｕｂｌｅ’协

＜／ｘｓｄ：ｓｃｈｅｍａ＞＜／ｗｓｄｌ：ｔｙｐｅｓ＞

——服务调用请求消息定义——

＜／ｘｓｄ：ｅｑｕｏｎｃｅ＞＜／ｘｓｄ：ｃｏｍｐｌｅｘＴｙｐｅ＞＜／，【ｓ（ｈｅｌｅｍｅｎｔ＞

＜ｗｓｄｌ：ｍｅｓｓａｇｅｎａｆｎｅ；“Ｒｃｑ＿Ｐｏｓ＂＞＜ｗｓｄｌ：ｐａｒｔｎａｍｅ＝“ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ＂ｅｌｃｎｇ＝ｎｔ＝＇－＇＃Ｐｏｓ＇ｆ＞＜１ｗｓｄ：ｍｃｓｓａｇｅ＞

＜ｗｓｄｌ：ｍｅｓｓａｇｅ一服务响应请求消息定裁——＜ｗｓｄｌ：ｐａｒｍａｍｅ＝＇‘ｐ∞Ⅻ删＇ｅ１∞ｍＦ嘲＇ｏｓ胁∞吲ｗ蛐∞％｝ａｇｃ＞

ｎａｍｅ＝“Ｒｅｓ＿Ｐｏｓ’，－／

＜ｗｔＭｌｌ：ｐｏｒｔＴｙｐｅ∞ｍ∥ＰｏｎＴｙｐｃ－ｃ∞日ｌ’

＜ｗｓｄｌ：ｏｐｅｒａｔｉｏｎ

ｎａｍｅ－。－‘Ｐｏｓｉｔｉｏｎ’，

日，ｖｓｄｌ：ｉｎｐｕｔ

ｍｅｓｓａｇｅ＝“＃Ｒｅｑ＿Ｐｏｓ＂／＞∥进来的消息

＜ｗｓｄｌ：ｏｕｔｐｕｔｍｅｓｓａｇｃ，－＂＃Ｒｅｓ

Ｐｏｓ＂Ｐ）｜∥发送的消息

甜删：ｐⅢＴｙｐｅ＞

＜／ｗｓｄｌ：ｏｐｅｒａｔｉｏｎ＞

＜ｗｓｄｌ：ｂｉｎｄｉｎｇ

ｎａｍｅ。＇Ｂｉｎｇｄｉｎｇ＿Ｃａｍｅｒａ＂ｔｙｐｅ＝＇‘ＰｏｔｔＴｙｐｅ＿Ｃａｍｅｒａ＂＞

＜ｓｏａｐ：ｂｉｎｄｉｎｇ

ｓｔｙｌｅ＝‘＂ｄｏｃｕｍｅｎｔ＇’ｍｍｓｐｏｎ－“Ｈａｐ协议’伽

＜ｗｓｄｌ；ｏｐｅｒａｔｉｏｎ

ｎａｍｅ＝＇－‘Ｐｏｓｉｔｉｏｎ’’

＜ｓｏａｐ：ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｏａｐＡｃｔｉｏｎ＝＇‘Ｐｏｓｉｆｉｏｎ＇，＞

＜ｗｓｄｌ：ｉｎｐｕｔ＞＜ｓｏａｐ：ｂｏｄｙｕｓｅ＝“ｌｉｔｅｒａｌ’＇／＞＜／ｗ“ｌｌ：ｉｎｌｍｔ＞

＜ｗｓｄｌ：ｏｕｌｐｕｔ－ｖ－．ｓｏａｐ：ｂｏｄｙｕｓｅ－＂‘ｌｉｔｃｒａｌ＇／＞＜／ｗｓｄｌ：ｏｕｔｐｕ伊

＜ｗｓｄＩ：ｏｐｅｒａｔｉｏｎ＞．

＜／ｗｓｄｌ；ｂｉｎｄｉｎｇ＞

＜ｗｓｄｌ：ｓｅｒｖｉｅｅｎａｍｃ一－＂Ｓｅｒｖｉｃｅ

Ｃａｌｎｃｒａ＂＞

＜ｗｓｄｌ－ｐｏｒｔ

ｎａｍｅ＝＂Ｃａｍｅｒａ＿Ｓｅｒｖｉｅｅ’＂ｂｉｎｄｉｎ酽＂＃Ｂｉａｄｉｎｇ＿Ｃａｍｅｒａ＂＞

＜ｓｏａｐ；ａｄｄｒｅｓｓｌｏｃａｔｉｏｎ－－＇‘服务访问网址，

＜／ｗｓｄｌ：ｐｏｒｔ＞

叫ｗｓｄｌ：ｓｅｒｖｉｃｅ．＞

图３服务构件开发ＷＳＤＬ文档

Ｆｉｇ．３

ＷＳＤＬｄｏｃｕｍｅｎｔｏｆｓｅｒｖｉｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ

３．３编写服务规格说明

构件开发技术的一大特点是具有显式的语境依赖．虽然服务的独立性比对象强一些，但仍不免有一些注意事项需要告知客户，以减少不必要的服务调用失败．因此，对于服务构件来说，这种显式的语境依赖就是服务规格说明．它包含了服务的功能、作用范围、各方面性能指标、使用注意事项等等，是客户调用服务之前必须阅读的．例如全局摄像头服

机器人２０１２年５月

务构件的规格说明可以包含如下内容：

１．提供目标定位跟踪服务．支持的目标包括ＡｃｔｉｖＭｅｄｉａ公司出产的Ｐｉｏｎｅｅｒ２ＤＸ、ＰｅｏｐｌｅＢｏｔ服务机器人和部分人员：

ＬｉａｎｇＺｈｉｗｅｉ、ＪｉｎＸｉｎ．

署一个ｗｅｂ服务，首先要求服务端机器上配有ＷｅｂＳｅｒｖｅｒ．所谓ＷｅｂＳｅｒｖｅｒ指的是这样一种软件，它能够打开系统的某个端口（例如８０端口），使用户可以通过该端口访问和获取服务端的功能．现有的ＷｅｂＳｅｒｖｅｒ软件很多，本例中使用的是ＡｐａｃｈｅＨｔｔｐＳｅｒｖｅｒ２．０１１５】，Ｊａｖａ版本可以使用ＴｏｍｃａｔＨｔｔｐＳｅｒｖｅｒ［１６】等．接着，将接口程序编译打包成一个动态库文件放到ＷｅｂＳｅｒｖｅｒ对应的目录中去（参考各ＷｅｂＳｅｒｖｅｒ的产品说明），在启动ＷｅｂＳｅｒｖｅｒ的过程中，Ｗｅｂ服务会自动部署．可以从浏览器上键入一个网址看到它的部署情况（具体页面取决于不同的产品实现），如图５所示．

厂

２．平均定位精度：１０ｃｍ．３．最大跟踪频率：５０Ｈｚ．

４．机器人最大行进速度：３０ｃｍ／ｓ．５．摄像头安装的高度：２．９５ｍ．６．摄像头设定的俯仰角：４５。．７．服务作用区域：４０４房间．

３．４开发服务接口程序

ＷＳ的很多产品都提供了从ＷＳＤＬ映射得到客户端与服务端接口程序代码的机制，例如Ａｘｉｓ系列１１３】、Ｘｆｉｒｅ［１４】系列等等，映射的具体方法取决于不同的ＷＳ产品．从ＷＳＤＬ映射得到的服务端接口程序代码中，通常已经实现了消息的接收与发送、编码与解码等通用的环节，并且将ＷＳＤＬ中定义的接口映射成了与本地平台友好的接口函数，本例中生成的全局摄像头目标定位服务的接口函数如下：

＃ｉｎｃｌｕｄｅ“ＰｏｒｔＴｙｐｅ＿Ｃａｍｅｒａ．ｈｐｐ’’

循环流稗模拶

≯囱。～一：。圆一函圜

ｎ

宦盈

＃ｉｎｃｌｕｄｅ‘＇ＬｏｃａｌＦｕｎｃｆｉｏｎ．ｈｐｐ＇’／／导入本地服务功能实现代码

ｖｏｉｄ

Ｐｏｒｔ＇ｌ、ｊｐｅ＿Ｃａｍｅｒａ：：Ｌｏｅａｌｉｚｅ（ｘｓｄ＿ｓｔｒｉｎｇＶａｌｕｅＯ，ｘｓｄ＿ｓｔｒｉｎｇ

Ｖａｌｕｅｌ，ｘｓｄ＿ｄｏｕｂｌｅ‘＋ＯｕｔＶａｌｕｅＯ，ｘｓｄ＿ｄｏｕｂｌｅ‘｝ＯｕｔＶａｌｕｅｌ）

｛Ｌｏｃａｔｉｏｎｌｏｃａｔｉｏｎ＝ＬｏｃａｌＦｕｎｅｔｉｏｎ．ｒｕｎ（Ｖａｌｕｅ０，Ｖａｌｕｅｌ）；，，调用本地函数定位目标

＊ＯｕｔＶａｌｕｅ０＝ｌｏｃａｔｉｏｎ．ｇｅｔＸ０；／／设置出口参数ＸＣｏｏｒｄｉｎａｔｅ＋ＯｕｔＶａｌｕｅｌ＝ｌｏｃａｔｉｏｎ．ｇｅｔＹＯ；／／设置出口参数ＹＣｏｏｒｄｉｎａｔｅ

Ｆｉｇ．４

崆务挡

图４服务构件开发模块划分

Ｍｏｄｕｌｅｐａｒｔｉｔｉｏｎｆｏｒｓｅｒｖｉｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ

）ｖｏｉｄＰｏｒｔＴｙｐｅ＿Ｃａｍｅｒａ：：Ｔｒａｃｅ（…）｛…｝３．５开发内部功能模块

开发好接口程序之后，接下来就是开发各个功能模块．作为示例，全局固定摄像头服务构件的模块划分如图４所示．除了服务接口模块和各个服务的响应流程模块以外，剩下的模块包含２大部分：

主循环流程模块：该模块自从环境智能节点启动时就开始运行，直至环境智能节点关闭为止，主要负责向所在网络发布和注销自己的服务，时刻监控环境智能节点的状态，以维持设备的稳定运转．

基本功能模块：该模块可接受主循环流程和各个服务的响应流程的调用，负责提供各种最基本的功能实现，通常被开发成函数库的形式．３．６服务部署

服务构件的各部分要素开发好之后，需要将其转变成ｗｅｂ服务，该过程称为“服务部署”．要部

Ｆｉｇ．５

Ｓｅｒ—ｖ—ｌｅｅ——．Ｃａｍｅｒ—ａ—

８ｅ耐ｃｅＥＰＲ：ｈｔｔｐ：，？２１１

６５疆１７２：锄，ａ面８２，８ｅＭｃｅｓ，ｓｅｍｃｅ＿ｃａｍ钟ａ

ＳｅｒｖｉｃｅＤｅｅｃｒｌｐｔｌ０１１：Ｓｅｒｖｌｃｅ＿Ｃａｒａｅｒａ

Ｓｅｎ，ｃｅＳｔａｔｕａ‘Ａｃｔｉｖｅ

Ａｖａｉ．∞／ｅＯ＊％ｔ加６

?Ｌｏｃａｌｉｚｅ

?Ｔｒ《

图５网页浏览器上的服务部署

Ｓｅｒｖｉｃｅｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｆｒｏｍ

ａ

ｗｅｂｂｒｏｗｓｅｒ

４面向机器人应用的服务构件服务调用

（Ｓｅｒｖｉｃｅｉｎｖｏｃａｔｉｏｎｏｆｓｅｒｖｉｃｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔ

ｆｏｒｒｏｂｏｔｓ）

给定任务，机器人需要寻找合适的服务并调用它．作为服务调用的客户端，机器人需要依据服务

万方数据

第３４卷第３期粱志伟等：面向服务机器人的智能环境服务构件开发方法

３４１

调用接口模型构造服务调用请求消息，等待并解析响应消息．

构造和解析ＳＯＡＰ消息需要借助于ＸＭＬ数据模型相关的开发工具．ＡＸＩＯＭ（Ａｘｉｓｏｂｊｅｃｔ

ｍｏｄｅｌ）【１７】是ＡｐａｃｈｅＡｘｉｓ２的ＸＭＬ对象模型，其

存在ｒｅｓｕｌｔ变量中，接下来就需要从中解析出口参数值．解析ＸＭＬ文档的方法就是从根元素（ＲｏｏｔＯＭＥｌｅｍｅｎｔ）开始，依次将每一棵子树转换为ＸＭＬ元素，并将每一片树叶转换为元素的值．

目标是提供强大的特性组合彻底改变ＸＭＬ处理技术．这里以ＡＸＩＯＭ为例，介绍开发客户端接口的方法．ＡＸＩＯＭ使用ＯＭＥｌｅｍｅｎｔ类来表示１个ＸＭＬ元素，可以将整个ＸＭＬ文档表示为由许多ＯＭＥｌｅ—ｍｅｎｔ对象构成的树，每个ＸＭＬ子元素就是一棵子树，而元素中包含的值（ｔｅｘｔ）则是树叶．因此采用ＡＸＩＯＭ构造ＸＭＬ文档，就是为每一个ＸＭＬ元素建立一个ＯＭＥｌｅｍｅｎｔ对象与之对应，并按照ＸＭＬ文档中的组织方式建立这些ＯＭＥｌｅｍｅｎｔ对象之间的关系．本例中，采用ＡＸＩＯＭ构造消息的代码如

卜．：

ＯＭＦａｃｔｏｒｙｆａｃ＝ＯＭＡｂｓｔｒａｃｔＦａｃｔｏｒｙ．ｇｅｔＯＭＦａｃｔｏｒｙＯ；／，新建

５实验（Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ）

以Ｐｉｏｎｅｅｒ系列机器人（安装Ｌｉｎｕｘ系统）为实验对象，采用本文方法开发其服务端和客户端的功能组件．

一‘＇－哆一一ｖｊ．

图６实验环境的３Ｄ模型

Ｆｉｇ．６

３Ｄｍｏｄｅｌｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ

ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ

一个对象模型构造器

ＯＭＮａｍｅｓｐａｃｅｏｍＮｓ＝ｆａｃ．ｃｒｅａｔｅＯＭＮａｍｅｓｐａｃｅ（“ｈｔｔｐ：／／ｅｘａｍｐｌｅ．ｏｒｇ／Ｌｏｃａｌｉｚｅ”，“ｆｕｎ”）；／／定义。个ＮａｍｅｓｐａｃｅＯＭＥｌｅｍｅｎｔｍｅｓｓａｇｅ＝ｆａｃ．ｃｒｅａｔｅＯＭＥｌｅｍｅｎｔ（“Ｌｏｃａｌｉｚｅ”，ｏｍＮｓ）；

应用环境的３Ｄ模型如图６所示，在四面墙壁上距地面约２．９ｍ处共固定安装了３个松下Ｗｖ－

ＣＰ２４０１２０

ＣＣＤ摄像头，各自连接到一个带有大恒ＶＴ．

ＢＴ８７８图像采集卡的ＰＣ（Ｗｉｎｄｏｗｓ系统），粗略

地绘制３个摄像头的位置分布以及视野覆盖范围，如图７所示．

／，构造一个消息，采用上面定义的Ｎａｍｅｓｐａｃｅ

／／构造＋个入口参数，名称为‘＇ＴａｒｇｅｔＮａｍｅ”，值为“Ｒｏｂｏｔ”

ＯＭＥｌｅｍｅｎｔｖａｌｕｅ０＝ｆａｃ．ｃｒｅａｔｅＯＭＥｌｅｍｅｎｔ（‘＇ＴａｒｇｅｔＮａｍｅ”．ｏｍＮｓ）；

ｖａｌｕｅ０．ａｄｄＣｈｉｌｄ（ｆａｃ．ｃｒｅａｔｅＯＭＴｅｘｔ（ｖａｌｕｅ０，“Ｒｏｂｏｔ”））；ｍｅｓｓａｇｅ．ａｄｄＣｈｉｌｄ（ｖａｌｕｅ０）；

在结束服务调用请求消息的构造之后，就可以将其发送出去了，但在发送之河还需要设置消息的配置选项，包括目的地址和传输协议绑定：

Ｏｐｔｉｏｎｓｏｐｔｉｏｎｓ＝ｎｅｗ

图７全局摄像头分布与视野范围示意

Ｆｉｇ．７

Ｇｌｏｂａｌｃａｍｅｒａｓｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｉｒｖｉｓｕａｌｆｉｅｌｄｓ

Ｏｐｔｉｏｎｓ（）；／／定义服务调用请求消息的

配置选项

采用本文方法为全局固定摄像头环境智能节点开发了服务机器人的定位跟踪服务：机器人的检测法采用红一绿两色人工标记作为辅助，以简化图像处理的复杂度［１８１．采用标定法获得固定视角摄像机视角图像与地平面之间的单应关系，将图像中机器人的位置转换到全局地图坐标弘ｙ系下．

在本文开发的应用系统中，机器人能够通过ＷＳ技术跨平台调用摄像头节点的定位服务构件以实现自己的定位．首先，机器人寻找相关的静态先验模型服务构件，接着机器人根据起点和终点的位置自行规划出一条路径，机器人寻找身边的相关动态信息感知服务构件为其提供定位跟踪【１８】，并

ＳｅｒｖｉｃｅＣｌｉｅｎｔ０；

／，ｉ殳置消息的目的地，也就是服务访问地址

ｏｐｔｉｏｎｓ．ｓｅｔＴｏ（ｎｅｗＥｎｄｐｏｉｎｔＲｅｆｅｒｅｎｃｅ（“ｈｔｔｐ：／／２１１．６５．５８．１７２：

８０８０／ａｘｉｓ２／ｓｅｒｖｉｃｅｓ／ＳｅｒｖｉｃｅＡ＿，ｏｃａｌｉｚｅ”））；

ｏｐｔｉｏｎｓ．ｓｅｔＴｒａｎｓｐｏｒｔＩｎＰｒｏｔｏｃｏｌ（Ｃｏｎｓｔａｎｔｓ．ＴＲＡＮＳＰＯＲＴＡ－ＩＴＦＰ）；

／／绑定传输协议（ＨＴＴＰ）

／／应用上面的配置选项，并发送消息

ＳｅｒｖｉｃｅＣｌｉｅｎｔｓｅｎｄｅｒ＝ｎｅｗ

ｓｅｎｄｅｒ．ｓｅｔＯｐｔｉｏｎｓ（ｏｐｔｉｏｎｓ）；

ＯＭＥｌｅｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔ＝ｓｅｎｄｅｒ．ｓｅｎｄＲｅｃｅｉｖｅ（ｍｅｔｈｏｄ）；

其中，ｓｅｎｄＲｅｃｅｉｖｅ函数负责发送服务调用请求消，皂。并等待接收响应消息，接收到的响应消息保

万方数据