位置地圖表達(dá)及運(yùn)行機(jī)制探析范文
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《測繪工程雜志》2016年第11期
摘要：
對位置地圖表達(dá)模板及表達(dá)約束條件進(jìn)行分析研究，初步設(shè)計(jì)基于模板的位置地圖表達(dá)框架。在顧及用戶背景信息、地圖顯示載體信息、情境信息的綜合作用下，通過對情境信息進(jìn)行解析和推理，建立不同地圖疊加要素與位置地圖要素表達(dá)模板的映射關(guān)系，并對位置地圖表達(dá)的觸發(fā)原理、觸發(fā)判斷和運(yùn)行機(jī)制進(jìn)行分析研究。
關(guān)鍵詞：
位置地圖；模板；情境；運(yùn)行機(jī)制
模板是同一類事物共同特征的集合，任何一個具體的事物都可以作為以模板為超類派生的實(shí)例［1］，模板類似于規(guī)范或者標(biāo)準(zhǔn)，在不同約束條件下，模板會產(chǎn)生不同變化［2］。地圖表達(dá)模板主要是將不同方式、不同類型的可視化表達(dá)方法進(jìn)行抽象和歸納，并將它們與特定的符號設(shè)計(jì)、注記配置等信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)和組合，使之成為一種圖形化的表達(dá)樣式。位置地圖是以用戶感興趣的位置為中心，全面反映位置本身及其與位置相關(guān)的各種特征、事件或事物的數(shù)字地圖［3］。因此，通過將模板的相關(guān)理論和技術(shù)引入到位置地圖表達(dá)中來，就是為了對制圖過程中共有的特征進(jìn)行模塊化的描述，以減少地圖制圖的復(fù)雜性和冗余性，提高制圖的效率。本文中，位置地圖表達(dá)模板是通過對用戶信息與情境的分析推理，獲取需要表達(dá)的地圖內(nèi)容，并將對應(yīng)的地圖表達(dá)方式利用模板技術(shù)進(jìn)行固化。用戶、情境［4］等因素的變化會觸發(fā)不同的位置地圖表示內(nèi)容和表達(dá)方式，通過表達(dá)模板的變化可以實(shí)現(xiàn)它們之間快速地切換，提高地圖表達(dá)的靈活性和效率。
1基于模板技術(shù)的位置地圖表達(dá)
1．1位置地圖表達(dá)模板
位置地圖中，將多種地圖表達(dá)方式和設(shè)置信息進(jìn)行固化并制作成與用戶背景信息、情境信息［5］相關(guān)聯(lián)的模板，能夠提高位置地圖可視化表達(dá)過程的清晰性，解決位置地圖表示內(nèi)容推理和可視化表達(dá)之間的關(guān)聯(lián)銜接問題。位置地圖中表達(dá)模板庫的設(shè)計(jì)需要具有可關(guān)聯(lián)和組合的特點(diǎn)，每一個具體的模板單元都是一個小模塊，一定數(shù)量的小模塊通過關(guān)聯(lián)組合形成位置地圖特定的表達(dá)模板。此外，制圖效率也是一個重點(diǎn)考慮的問題，針對用戶的操作或是情境的變化，較長的反應(yīng)時間會使用戶產(chǎn)生一定的焦慮感和厭惡感，影響地圖體驗(yàn)。由于不同表達(dá)方法和相關(guān)設(shè)置信息已經(jīng)提前制作成可直接調(diào)用的模板，因此，位置地圖中，通過推理判斷在不同表達(dá)模板間進(jìn)行切換或組合即可實(shí)現(xiàn)地圖不同表達(dá)方式間的快速切換，提高用戶使用地圖的舒適感和滿意感。位置地圖表達(dá)模板的設(shè)計(jì)主要有兩種模式，一種是針對不同用戶信息、不同情境信息分別建立模板，其形式是碎片化的，需要根據(jù)用戶的分類，情境的分類，情境階段的不同而建立不同模板。該模式的優(yōu)點(diǎn)是表達(dá)模板的流程是線性的，觸發(fā)判斷條件清晰，缺點(diǎn)是需要設(shè)計(jì)種類繁多的模板，模板間也存在重復(fù)和冗余。另一種模式是通過分析用戶信息、情景信息與位置地圖表達(dá)內(nèi)容和方式的關(guān)系，針對這種動態(tài)變化的關(guān)系進(jìn)行地圖表達(dá)模板的設(shè)計(jì)，該模式的主要特點(diǎn)是能根據(jù)約束條件觸發(fā)不同的表達(dá)模板，表達(dá)較為靈活，也更加適合于位置地圖表達(dá)設(shè)計(jì)的要求。
1．2位置地圖表達(dá)中的約束條件
位置地圖的可視化表達(dá)，需要根據(jù)用戶信息、顯示屏幕尺寸信息和情境的不同選擇不同的表示內(nèi)容和可視化方式進(jìn)行表達(dá)。其中，用戶背景信息獲取比較容易，直接通過界面的交互操作即可獲得；對于情境信息的獲取，則需要通過對不同層次情境與情境信息的關(guān)系進(jìn)行分析推理獲得。位置地圖情景推理由情境的解釋推理和情境的綜合推理兩個方面組成，情境的解釋推理是通過各種傳感器獲取用戶信息、位置信息［6］等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行高層次情境信息的挖掘過程，而情境的綜合推理則是通過高層情境信息和關(guān)系推理獲取用戶可能潛在的服務(wù)需求。位置地圖中，情境的推理過程主要包括用戶活動判斷，情境信息關(guān)系提取和位置服務(wù)的綜合推理。用戶活動判斷主要是分析獲取用戶的活動位置信息，進(jìn)而判斷用戶活動屬于何種類型的情境；情境信息關(guān)系提取則是要分析活動與情境信息之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并提取相關(guān)的情境信息；位置服務(wù)的綜合推理是在前兩個過程的基礎(chǔ)上，通過相應(yīng)的規(guī)則、算法分析推理出用戶在當(dāng)前位置和情境下所需的服務(wù)信息。與位置地圖表達(dá)相關(guān)的用戶信息、屏幕尺寸信息和情境信息都是約束條件，它們都會影響位置地圖的最終表示內(nèi)容和表達(dá)方法。位置地圖中的約束條件是通過規(guī)則語句進(jìn)行描述的，而對約束條件的解析則是將規(guī)則描述語句通過計(jì)算機(jī)中預(yù)先設(shè)定相應(yīng)的執(zhí)行動作來進(jìn)行映射，使位置地圖能夠按照不同的策略運(yùn)行。具體約束條件數(shù)量的多少主要跟對位置地圖情境表達(dá)的理解、分析、建模、推理設(shè)計(jì)的詳細(xì)程度有關(guān)。位置地圖的可視化表達(dá)，需要將地圖顯示模塊和約束條件的解析進(jìn)行匹配和關(guān)聯(lián)，并建立相應(yīng)的映射關(guān)系。地圖顯示模板也需要根據(jù)約束條件的解析進(jìn)行模塊化的制作，每一個具體的模板都對應(yīng)一種約束條件的解析結(jié)果。位置地圖不同表達(dá)模板間的切換方式主要有3種：①用戶完全主導(dǎo)型切換方式。該方式是地圖表達(dá)不同模板之間的切換完全根據(jù)用戶的選擇而確定，位置地圖表達(dá)系統(tǒng)不提供模板表達(dá)的主動推送服務(wù)。②用戶參與的切換方式。該方式需要用戶手動觸發(fā)相關(guān)約束條件，位置地圖表達(dá)系統(tǒng)通過相關(guān)約束條件的解析和判斷，推送相應(yīng)的表達(dá)內(nèi)容和表達(dá)方式的模板。③自適應(yīng)的切換方式。該方式主要是指系統(tǒng)能對用戶的背景信息、情境信息進(jìn)行綜合的推理、判斷、分析，并根據(jù)處理結(jié)果主動推送相應(yīng)的表達(dá)模板。詳細(xì)描述如表1所示。
1．3位置地圖表達(dá)的框架設(shè)計(jì)
位置地圖表達(dá)的框架設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括用戶背景信息獲取、顯示設(shè)備屏幕尺寸對表示內(nèi)容的影響分析、情境觸發(fā)條件的判斷、約束條件語句的解析以及表達(dá)模板的匹配選取。它們之間互相作用，共同組成了位置地圖的表達(dá)框架，詳細(xì)描述如圖1所示。
1）用戶背景信息的獲取。用戶背景信息的獲取主要是通過對用戶的特點(diǎn)、興趣愛好、圖形認(rèn)知習(xí)慣等數(shù)據(jù)的分析、歸納實(shí)現(xiàn)對用戶類型的分類，并將其對位置地圖表達(dá)的影響因素描述成相應(yīng)的約束條件和規(guī)則。其獲取方式主要是通過設(shè)定相應(yīng)的界面，讓用戶進(jìn)行交互操作和填寫相關(guān)信息來實(shí)現(xiàn)。
2）顯示載體屏幕的尺寸。顯示載體屏幕的尺寸是指用戶使用顯示設(shè)備的屏幕大小，主要是以地圖載負(fù)量和用戶的視覺感受為前提條件，選擇適量的地圖要素進(jìn)行可視化表達(dá)，過多或過少的要素表達(dá)都會影響位置地圖的認(rèn)知效果。
3）情境觸發(fā)條件的判斷。位置地圖情境信息會隨著用戶需求、時間信息和位置信息的變化而改變，而位置地圖情境信息的不同又會導(dǎo)致其表示內(nèi)容和表達(dá)方式的改變，這種改變是在用戶情境信息變化的關(guān)鍵點(diǎn)上進(jìn)行切換的。因此，位置地圖表達(dá)模式的切換需要考慮情境信息在何種條件下會觸發(fā)切換。
4）約束條件語句的解析。位置地圖中約束條件語句的解析主要是將相關(guān)約束條件語句描述成位置地圖表達(dá)系統(tǒng)所能理解的方式。約束條件語句的解析又分為底圖要素情境表達(dá)語句解析和專題疊加要素表達(dá)語句解析，目的都是將情境推理中的規(guī)則、約束條件與地圖表達(dá)模板進(jìn)行關(guān)聯(lián)和映射。
5）表達(dá)模板的匹配選取。位置地圖表達(dá)模板的匹配選取是將已經(jīng)過推理分析的結(jié)果與地圖可視化表達(dá)模板進(jìn)行合理的匹配和選取，不同的推理分析結(jié)果對應(yīng)不同的表達(dá)模板，模板的匹配和選取受到多個因素的共同約束和影響。
2位置地圖要素表達(dá)的觸發(fā)運(yùn)行機(jī)制
2．1位置地圖要素表達(dá)的觸發(fā)原理
位置地圖要素表達(dá)的觸發(fā)原理主要是通過對用戶背景信息、地圖顯示設(shè)備屏幕尺寸以及情境信息的歸納，分析它們對地圖底圖要素以及專題疊加要素表達(dá)模板的影響，建立映射關(guān)系索引表，解析推理約束條件語句從而確定位置地圖表達(dá)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，并根據(jù)觸發(fā)運(yùn)行機(jī)制選擇對應(yīng)的表達(dá)模板。因此，位置地圖要素表達(dá)的觸發(fā)過程包括觸發(fā)條件判斷、約束條件語句的解析以及表達(dá)模板索引表的建立。在觸發(fā)條件判斷中，需要確定情境信息與底圖要素表達(dá)模板的觸發(fā)判斷條件以及用戶活動操作與專題疊加要素表達(dá)模板的觸發(fā)判斷條件，這里的情境信息主要是指與用戶位置密切關(guān)系的時間、位置、實(shí)時動態(tài)信息，用戶活動操作主要包括POI信息疊加、時間距離信息疊加、事件信息疊加以及特殊場景信息的疊加；對于約束條件語句的解析主要是將約束條件描述為能被系統(tǒng)理解的執(zhí)行語句；表達(dá)模板索引表的建立主要是將變化的情境信息與其相應(yīng)的表達(dá)模板進(jìn)行索引關(guān)聯(lián)，并對關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行構(gòu)建。具體過程如圖2所示。
2．2位置地圖要素表達(dá)的觸發(fā)判斷
位置地圖要素表達(dá)的觸發(fā)判斷主要包括底圖要素表達(dá)的觸發(fā)判斷以及疊加要素表達(dá)的觸發(fā)判斷。對底圖要素表達(dá)產(chǎn)生影響的因素主要有用戶背景信息，時間、位置、天氣狀況信息與動態(tài)交通信息，其中任何一個因素的變化都會導(dǎo)致底圖要素表達(dá)模板的改變。對位置地圖專題疊加要素表達(dá)產(chǎn)生影響的主要因素有興趣點(diǎn)信息、時間距離信息、事件信息以及特殊場景信息。
2．2．1位置地圖中底圖要素表達(dá)的觸發(fā)判斷
1）用戶背景信息對底圖要素表達(dá)的觸發(fā)判斷。該觸發(fā)判斷主要是指用戶不同的年齡、性別、知識結(jié)構(gòu)、興趣喜好對底圖要素表達(dá)內(nèi)容、符號類型、顏色設(shè)置的影響。對于有地圖知識基礎(chǔ)的用戶，底圖內(nèi)容需要更加詳實(shí)，符號設(shè)計(jì)可以更加抽象和具有概括性；而對于用圖經(jīng)驗(yàn)較少的用戶則需要減少底圖要素表示的數(shù)量，符號設(shè)計(jì)也應(yīng)該更加直觀和通俗易懂。
2）位置信息對底圖要素表達(dá)的觸發(fā)判斷。這里的位置信息是一個相對的位置描述，主要區(qū)別用戶所處的是室內(nèi)空間還是室外空間。室外位置地圖底圖的表示內(nèi)容主要包括道路、居民地、水系等，表達(dá)的主要方法是二維矢量或柵格地圖，圖面總體顏色以淺色為主，地圖表達(dá)的比例尺概念清晰。對于處于室內(nèi)位置的用戶來說，室內(nèi)位置地圖底圖要素的表示內(nèi)容主要是指室內(nèi)路線、室內(nèi)廣場、樓梯、電梯等設(shè)施，可視化表達(dá)主要采用二維線劃和三維模型結(jié)合的方式，圖面顏色設(shè)置更加多樣豐富，基本無比例尺概念。
3）時間信息對底圖要素表達(dá)的觸發(fā)判斷。不同時間段對用戶用圖感受的影響是不同的，白天光照強(qiáng)度大，用戶意識清醒，位置地圖底圖的設(shè)色亮度需要較高，推送服務(wù)也可以更多；對于晚上的時間段來說，環(huán)境光線較暗，因此位置底圖設(shè)色亮度要減低，推送的服務(wù)也需要相應(yīng)減少。
4）實(shí)時動態(tài)信息對底圖要素表達(dá)的觸發(fā)判斷。實(shí)時動態(tài)信息主要包括實(shí)時交通狀況信息和天氣信息，實(shí)時交通狀況信息會影響底圖數(shù)據(jù)中道路表達(dá)的顏色設(shè)置，一般用紅色表示交通堵塞，綠色表示交通通暢，其中顏色亮度的變化又可以表示交通堵塞或是通暢的程度。天氣信息對底圖要素表達(dá)的影響主要是指晴天、雨天、霧天、雪天等不同天氣情況對底圖表示內(nèi)容、圖面設(shè)色和符號設(shè)計(jì)的影響。這里對用戶信息、情境信息、屏幕尺寸對位置地圖底圖要素表達(dá)的影響進(jìn)行歸納總結(jié)，并制成不同的模板。表2描述的是它們與底圖要素表達(dá)模板的索引映射。
2．2．2位置地圖中專題疊加要素表達(dá)的觸發(fā)判斷
1）用戶興趣點(diǎn)信息表達(dá)的觸發(fā)判斷。位置地圖中興趣點(diǎn)數(shù)量巨大，種類繁多，不同類型的興趣點(diǎn)在符號樣式、符號大小、符號色彩等方面都存在不同。興趣點(diǎn)數(shù)據(jù)按功能類型可分為餐飲、住宿、商店等，不同類別興趣點(diǎn)的表達(dá)主要是通過符號設(shè)計(jì)樣式的不同來加以區(qū)別，對于同一類別中不同級別興趣點(diǎn)的表達(dá)則主要是通過符號尺寸大小來描述。對于用戶主動搜索或是通過情境推理結(jié)果確定的相關(guān)興趣點(diǎn)數(shù)據(jù)，還需要根據(jù)興趣點(diǎn)的級別和重要性等級進(jìn)行選取，以確定哪些興趣點(diǎn)數(shù)據(jù)最終需要表達(dá)并以何種方式表達(dá)。
2）時間距離信息表達(dá)的觸發(fā)判斷。該觸發(fā)判斷主要是指對用戶活動產(chǎn)生影響的時間和距離信息，它是經(jīng)過計(jì)算和推理獲得，并被主動推送給用戶使用，起到提示作用。其在表達(dá)過程中主要是通過文字注記的方式進(jìn)行顯示，字體顏色、字體大小都會代表不同的含義，如通過注記顏色和大小的不同可以描述時間距離信息的緊張程度。
3）事件信息表達(dá)的觸發(fā)判斷。該觸發(fā)判斷主要是對事件類型、事件影響程度以及事件發(fā)生的時間進(jìn)行分析判斷，通過符號設(shè)計(jì)中的風(fēng)格樣式、大小以及注記標(biāo)識等方式進(jìn)行區(qū)別。其中，符號的風(fēng)格樣式主要是對時間類型的性質(zhì)描述，符號大小是對該事件發(fā)生程度的描述，而注記字號大小則是對事件發(fā)生時間的描述。
4）特殊實(shí)體對象和場景表達(dá)的觸發(fā)判斷。這里所指的特殊實(shí)體對象和場景主要是指城市區(qū)域范圍內(nèi)對用戶活動、情境信息能夠起到影響的特殊地理實(shí)體。對于該類實(shí)體的表達(dá)主要是通過符號樣式進(jìn)行描述，例如對于立交橋這個實(shí)體對象，可以通過三維模型符號的樣式進(jìn)行表達(dá)，直觀地展現(xiàn)立交橋的空間結(jié)構(gòu)特征。不同的專題疊加要素在表達(dá)中，符號的設(shè)計(jì)（符號類型、符號顏色、符號尺寸）和注記設(shè)計(jì)（注記字體、注記字大小、注記顏色）都會有所不同。因此，針對不同的專題疊加要素表達(dá)，需要建立它們與符號設(shè)計(jì)模板、注記設(shè)計(jì)模板的索引映射關(guān)系，具體如表3所示。
2．3位置地圖要素表達(dá)運(yùn)行機(jī)制
位置地圖要素表達(dá)運(yùn)行是指在用戶背景信息、顯示載體信息、情境信息的基礎(chǔ)上，對約束條件語句進(jìn)行解析，并對情境信息和用戶活動操作進(jìn)行推理，建立位置地圖要素表達(dá)模板映射機(jī)制并運(yùn)行的過程。該過程主要包括底圖要素表達(dá)運(yùn)行和專題疊加要素表達(dá)運(yùn)行兩個主體部分。在底圖要素表達(dá)運(yùn)行中，要素表達(dá)模板的選擇和使用會隨著用戶背景信息、時間信息、位置信息、實(shí)時動態(tài)信息的變化而改變，模板的設(shè)計(jì)和制作也需要能根據(jù)影響信息的變化而進(jìn)行修改。底圖要素表達(dá)運(yùn)行的具體過程為：①對用戶的位置和情境信息進(jìn)行解析，將其描述成能被底圖要素表達(dá)模板識別的約束條件語句，并對語句的合理性和邏輯性進(jìn)行檢查。②對解析獲得的位置和情境信息進(jìn)行模板庫的關(guān)系映射，并對模板庫中受到多個信息影響的模板進(jìn)行修改。③用經(jīng)過修改的模板替換原模板庫中對應(yīng)的模板，并將各模板進(jìn)行組合，形成底圖要素表達(dá)的最終表達(dá)模板。在專題疊加要素表達(dá)運(yùn)行中，需要重點(diǎn)考慮的問題有：哪些專題疊加要素需要表達(dá)、表達(dá)的方式是什么、對于表達(dá)后的效果有什么要求。專題疊加要素表達(dá)運(yùn)行的具體過程為：①對用戶的情境信息進(jìn)行推理、解析并判斷哪些專題疊加要素需要表達(dá)。②將解析后的約束語句進(jìn)行分解并與表達(dá)模板庫進(jìn)行關(guān)系映射。③綜合分析用戶信息與情境活動推理信息，選擇關(guān)聯(lián)的專題疊加要素表達(dá)模板進(jìn)行組合與表達(dá)。位置地圖要素表達(dá)運(yùn)行的流程描述如圖3所示。
3結(jié)束語
地圖作為位置服務(wù)的重要載體，建立位置地圖要素表達(dá)觸發(fā)運(yùn)行機(jī)制，對于增強(qiáng)用戶識圖、用圖的效率和地圖數(shù)據(jù)選取與表達(dá)的適人化、個性化，都具有十分重要的作用。為此，本文開展了位置地圖表示內(nèi)容框架與表達(dá)觸發(fā)運(yùn)行機(jī)制的研究，但相對于現(xiàn)實(shí)世界中用戶多種多樣的位置服務(wù)需求來說，還有很多問題有待進(jìn)一步研究和解決：對表達(dá)模板進(jìn)行更深入的研究，拓展并設(shè)計(jì)更詳細(xì)、更豐富的表達(dá)模板，進(jìn)一步對位置地圖的影響因子進(jìn)行分析，建立位置地圖制圖的影響因子元組模型。此外，需進(jìn)一步通過研究將更多的可視化方法引入到位置地圖表達(dá)模板設(shè)計(jì)中來，以提高位置地圖表達(dá)效果。
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作者:袁田 王光霞 周小軍 齊曉飛 單位:61139部隊(duì)北京100088 信息工程大學(xué)地理信息空間學(xué)院 61206部隊(duì)北京10042