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普適計算的未來
編者按：前沿科學講座，是微軟亞洲研究院為中科大-微軟亞洲研究院創新人才培養實驗班重點推出的一個特別的係列講座。該講座邀請研究院內各個研究領域的資深研究員們為學生們講述該領域的最新發展和動向，傳授自己深刻的研究心得，以幫助同學們開拓視野，深入思考。此次，讓我們隨著實驗班同學的筆觸，一同傾聽謝幸研究員為我們帶來的“普適計算的未來”。
作者：陳宇澄（中科大-微軟亞洲研究院創新人才培養實驗班學員）
此次講座正逢中國科大計算機係同學來到微軟亞洲研究院訪問參觀。我們有幸邀請到微軟亞洲研究院主管研究員和中國科大的兼職博士生導師謝幸博士，圍繞“普適計算的未來”這一話題，為中科大-微軟亞洲研究院創新人才培養實驗班學員以及科大計算機係的各位同學開展講座。謝幸研究員為大家介紹了微軟亞洲研究院在普適計算上的最新研究成果，以及微軟和工業界在這方麵的其他工作。
普適計算的曆史
普適計算的概念是由施樂實驗室的Mark Weiser於上世紀八十年代末提出的。Mark Weiser認為計算技術在大型主機時代和個人計算時代後，應該進入普適計算時代，即計算技術將無聲無息地滲入人類的日常生活中。未來計算機將逐漸從人們的視線中消失，和環境和諧的融為一體。當時的施樂實驗室定義了三種普適計算設備：Tab——厘米級設備，可以很方便的攜帶和移動，並具有網絡連接和定位功能；Pad——分米級設備，大小和一張A4紙相當，可以移動但並不方便長期隨身攜帶；Board——米級設備，一般安放在固定的位置，可以支持多人共享使用。
Tab, Pad & Board
施樂實驗室針對這三種不同類型設備的研究帶動了一係列普適計算核心技術的發展，例如無線網絡、定位技術、嵌入式係統、移動用戶交互和傳感器技術等。直到20多年後的今天，如果我們環顧四周，所看到的電子設備仍然可以歸入這三類。2009年微軟公司提出了三屏一雲的戰略，其中三屏指的是手機、電腦和電視，這正和馬克·維瑟當初的設想遙相唿應。
作為典型的普適計算設備，智能手機在過去的幾十年裏的發展也極為迅速。微軟研究院曾進行過一個MyLifeBits項目，在這個項目裏，研究人員設計了專用的設備SenseCam相機來長期收集人們日常生活中的照片和傳感器數據，以期構建一個能反映人生經曆的數據庫。如今SenseCam的功能已基本可以被智能手機所替代。手機的功能從最初的語音通訊發展到照相、收發郵件、網頁瀏覽、遊戲和社交網絡，其能力很多時候已經接近傳統的電腦。而在利用傳感器技術方麵，手機甚至超過了電腦。
SenseCam
傳感器與數據收集
傳感器是連接物理世界和計算世界的紐帶。在今天，隨著智能手機等普適計算設備的普及，傳感器已經變得無處不在。手機屬於厘米級設備，適合用戶長期隨身攜帶。通過集成各種類型的傳感器，例如GPS、指南針、加速度儀、溫度計、環境光傳感器等，手機可以更加深入的了解用戶的狀態，從而分析用戶的興趣，提供更為智能的用戶交互方式。隨著手機傳感器的不斷增強，我們將可以實現各種嶄新的應用，如健康狀況檢測、室內導航、智能3D聲音管理等等。
在越來越多的傳感器的支持下，我們還可以收集到大量反映用戶行為的數據。例如，從北京的3萬輛出租車上收集到的GPS數據中，我們可以觀察到出租車的行車軌跡；從Foursquare、街旁等服務的check-in記錄中可以看出用戶常去哪些地方等等。用戶隻需要以被動的方式參與數據收集，即用戶不需要為了數據采集而專門使用某項服務或設備，而是在日常生活中不知不覺地提供數據。通過這種自然的方式長期收集來自大量用戶和大量設備的情境信息，我們可以從中挖掘集體社會智能，並更好地感知物理世界，從而幫助其它互聯網應用提供更好的服務。
GeoLife：利用位置信息建立社交網絡
GeoLife（地理人生）是一種以GPS 數據為中心並基於電子地圖的應用係統。它不但是可視化、管理和理解個人GPS數據的工具，也是多個用戶共享GPS數據和交流生活經曆的平台。基於個人的GPS數據以及相關聯的多媒體內容，GeoLife在地圖上以動畫的形式生動地重現用戶過去的經曆。這不但有助於用戶有效地回憶自己過去的往事，也可成為一種朋友之間交流生活經曆的更便捷、更直觀的方式。從不斷累積的個人數據上，GeoLife還可幫助用戶了解自己的生活規律，以保障健康的生活習慣。當更多的用戶將自己的數據發布到公共平台與朋友分享後，人們不但可以從其他人的數據中借鑒經驗和分享快樂，也可以發現熱點地區和經典的旅遊線路等社會群體規律。
利用帶有地理信息的照片挖掘城市地標
利用大量帶有地理信息的照片，以及文字性的描述，我們可以把照片組織成三個層次：第一層是城市，例如巴黎；第二層是景點，例如盧浮宮；第三層是場景，例如玻璃金字塔。每個城市包含多個景點，每個景點也包含多個場景，代表不同的視角。通過將這些照片結構化地組織成場景-景點-城市的關係，我們可以找到一個城市旅遊者心目中最有代表性的景點。
我們還可以從帶有作者、時間和地點信息的圖片數據中恢複出用戶當時的旅行路線，包括經過的地點、停留時間以及文本描述。從這些信息中我們可以猜測出用戶旅行的目的，例如商務、觀光、美食或是活動。針對不同的旅行目的我們可以從數據集中找出那些頻繁出現的路線，它們往往代表了旅行者的實際選擇和經驗，為未來的旅行提供有益的參考。
利用出租車信息進行城市計算
從北京出租車上收集到的GPS數據中得到的出租車的行車軌跡，從中可以推測出各條道路的流量：
對這些數據的分析可以極大地方便我們每個人的生活，還可以使城市規劃更為合理。例如：
1. 智能推薦行車路線
微軟亞洲研究院的研究人員開發出了一種雲係統，通過收集出租車的傳感器數據和其他數據（如地圖和天氣預報），建立了一個包括日期、時間、天氣狀況和個人駕駛策略的模型，並用此預測未來某一時刻的交通狀況，以及對每一個用戶做自適應的行車路線推薦。通過智能計算得出的行車路線，在實地測驗中有60-70%比Bing和Google推薦的路線更快，超過50%的路線快20%以上，平均每30分鍾可以節約5分鍾。
2. 為出租車司機和乘客做推薦
通過對出租車司機載客行為以及乘客移動規律的發掘，我們可以為出租車司機推薦他們最有可能載到乘客的位置，從而最大化他們的收益；同時我們還可以為乘客推薦最有可能找到空出租車的位置，從而緩解打車難的問題。
3. 檢測擁堵現象及原因
從不同時間的數據，我們可以發現哪些區塊的擁堵更加嚴重，而那些地方有所緩解，以及這些區塊之間的相互關係：
從這些數據中我們可以評估市政規劃是否有效，並把未解決的問題提醒給城市規劃者，幫助他們更好地進行規劃。
在講座的最後，謝幸研究員回答了創新人才學院和科大計算機係的同學關於做研究和關於微軟亞洲研究院的各種問題。他高度評價了科大同學在微軟亞洲研究院的表現，並希望有更多科大同學能夠加入微軟亞洲研究院。
研究員簡介：
謝幸博士是微軟亞洲研究院的主管研究員和中國科大的兼職博士生導師。他於1996年本科畢業於中國科大少年班，2001年畢業於中國科大計算機係，獲博士學位。同年加入微軟亞洲研究院，研究空間數據挖掘、社交網絡、位置服務和普適計算。謝幸研究員是ACM和IEEE的高級會員,ACM SIGSPATIAL China的建立者和UbiComp 2011的聯席主席。
最後更新：2017-04-04 07:03:16