馬　健，江　南，武麗麗，馮長強(qiáng)

(信息工程大學(xué)，河南鄭州450052)

導(dǎo)航電子地圖主動表達(dá)模型研究

馬健，江南，武麗麗，馮長強(qiáng)

(信息工程大學(xué)，河南鄭州450052)

摘要：目前，導(dǎo)航電子地圖“千人一面”的服務(wù)模式不能滿足用戶追求個性的時代特點(diǎn)。文中從用戶因素和時空環(huán)境兩方面對導(dǎo)航電子地圖內(nèi)容主動表達(dá)的影響因子進(jìn)行深入研究，建立導(dǎo)航電子地圖主動表達(dá)模型。與傳統(tǒng)表達(dá)模式相比, 主動表達(dá)模式關(guān)注特定時空環(huán)境下用戶的個性和偏好，對有不同的認(rèn)知特征和不同導(dǎo)航任務(wù)的用戶在不同環(huán)境下采取不同的表達(dá)策略，服務(wù)質(zhì)量有所提高。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)航電子地圖;用戶因素;時空環(huán)境;影響因子;主動表達(dá)模型

導(dǎo)航電子地圖是移動位置服務(wù)(LBS)的可視化產(chǎn)品，是導(dǎo)航數(shù)據(jù)顯示的載體。隨著現(xiàn)代交通、旅游業(yè)、通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，正逐漸深入到普通百姓的日常生活中。導(dǎo)航電子地圖的應(yīng)用特點(diǎn)，決定其與普通電子地圖在表達(dá)方面有很大不同。如果將普通電子地圖看作文學(xué)作品，導(dǎo)航電子地圖則是一篇時效性很強(qiáng)的新聞報道。目前，對導(dǎo)航電子地圖表達(dá)的研究主要集中在符號設(shè)計(jì)[1]、空間認(rèn)知方面[2-3],而在以用戶為中心的主動表達(dá)研究方面才剛剛起步，大大影響導(dǎo)航電子地圖信息傳輸?shù)男省?/p>

導(dǎo)航電子地圖主動表達(dá)，就是圍繞用戶認(rèn)知特點(diǎn)及需求，根據(jù)導(dǎo)航設(shè)備所處的時空環(huán)境(設(shè)備、區(qū)域特點(diǎn)等)，對導(dǎo)航電子地圖地理要素選取并可視化的過程。主動表達(dá)，顧名思義就是以用戶能夠獲得最大認(rèn)知效果的表達(dá)方法進(jìn)行地圖的顯示。導(dǎo)航電子地圖作為普通電子地圖一種新的應(yīng)用模式，其載體、用戶群體以及應(yīng)用環(huán)境都發(fā)生深刻變化，導(dǎo)航電子地圖的表達(dá)亟需新的解決思路[4]。導(dǎo)航電子地圖最重要的特征是移動性，其表達(dá)內(nèi)容隨著環(huán)境的變化以及用戶的操作不斷更新。移動性的特點(diǎn)一方面注定導(dǎo)航電子地圖最重要的任務(wù)是讓用戶快速理解地圖，及時從圖中獲得位置相關(guān)的信息。因此，需要將用戶關(guān)注的信息以一種最符合用戶認(rèn)知思維習(xí)慣的方式提供給用戶；另一方面，移動性對導(dǎo)航電子地圖數(shù)據(jù)的顯示速度提出更高的要求[5]。

目前，對導(dǎo)航電子地圖的主動表達(dá)的研究集中在比例尺的自適應(yīng)調(diào)整方面[6]，對用戶和時空特征研究較少，但導(dǎo)航電子地圖面向個體用戶，應(yīng)更切合用戶的認(rèn)知水平、認(rèn)知習(xí)慣及任務(wù)需求，而且應(yīng)能根據(jù)其時空環(huán)境的不同，調(diào)整其表達(dá)方式，使表達(dá)效果更便于用戶接受導(dǎo)航信息。

因此，本文針對導(dǎo)航電子地圖用戶需求、使用環(huán)境、設(shè)備特點(diǎn)等因素，在傳統(tǒng)導(dǎo)航電子地圖的可視化理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行深入研究， 并構(gòu)建面向個體用戶主動表達(dá)的用戶興趣模型，為主動表達(dá)技術(shù)的發(fā)展和導(dǎo)航電子地圖自動化、智能化程度的提高奠定理論基礎(chǔ)。

1導(dǎo)航電子地圖主動表達(dá)的影響因子分析

Reichenbacher提出用戶、時空環(huán)境以及任務(wù)影響地圖的自適應(yīng)可視化表達(dá)[7]，并總結(jié)移動環(huán)境中影響信息選擇及表達(dá)的因素[8]。時空環(huán)境狀態(tài)是信息選擇及表達(dá)的核心，技術(shù)、信息、用戶、行為都是圍繞著特定的時空展開(見圖1)。在該理論引導(dǎo)下，導(dǎo)航電子地圖因時空環(huán)境不同有著不同的表達(dá)模式，但是由于對用戶的關(guān)注較少，導(dǎo)致地圖內(nèi)容在表達(dá)上“千人一面”，沒有體現(xiàn)“以用戶為中心”的地圖服務(wù)理念。導(dǎo)航電子地圖主動表達(dá)影響因子主要分為用戶和時空環(huán)境兩大類，不同的時空條件下不同的用戶有不同的需求，應(yīng)采取不同的表達(dá)策略，下面對這兩大部分進(jìn)行詳細(xì)闡述。

圖1　移動環(huán)境中影響信息選擇及表達(dá)的因素

1.1　用戶因素直接影響導(dǎo)航電子地圖主動表達(dá)

主動表達(dá)主旨在于體現(xiàn)用戶的需求并為用戶服務(wù)，用戶因素是影響導(dǎo)航電子地圖主動表達(dá)的核心，因此一切都要從用戶的角度出發(fā)，分析用戶的認(rèn)知特點(diǎn)及任務(wù)需求，才能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航電子地圖主動表達(dá)。

1.1.1　用戶認(rèn)知特征

用戶是影響主動表達(dá)的關(guān)鍵和主導(dǎo)因素，其認(rèn)知特征直接影響POI的選取與表達(dá)。認(rèn)知過程有很強(qiáng)的目的性，導(dǎo)航地圖的作用是以最小代價提供相關(guān)位置服務(wù)和輔助決策信息[9]。不同的用戶，其文化層次、能力和個性不同，對導(dǎo)航電子地圖信息的接受程度和偏好也存在差異[10]。為了更加人性化地進(jìn)行信息抽取與可視化，表1總結(jié)用戶群的認(rèn)知特征。

表1　用戶認(rèn)知特征表達(dá)需求分析

1.1.2　導(dǎo)航任務(wù)

導(dǎo)航任務(wù)作為用戶的需求，也屬于用戶因素的大范疇。不同的任務(wù)，其表達(dá)特點(diǎn)有所不同。表2詳細(xì)分析幾種常用的導(dǎo)航任務(wù)的表達(dá)特點(diǎn)。

1.2　時空環(huán)境間接影響導(dǎo)航電子地圖主動表達(dá)

用戶在特定的時空環(huán)境下使用導(dǎo)航設(shè)備，不同的時空環(huán)境用戶認(rèn)知能力不同，用戶不斷對時空環(huán)境進(jìn)行反饋，導(dǎo)航系統(tǒng)將反饋信息記錄在歷史記錄文件，作為下一步建立主動表達(dá)模型的基礎(chǔ)。

不同的區(qū)域特點(diǎn)和時間特點(diǎn)，表達(dá)方法也存在差異，主要體現(xiàn)在POI(Point of Interest,興趣點(diǎn))重要性的差別上，如在村莊導(dǎo)航時，超市、商店、小飯館等的重要性都需要提升，又如在用餐時間導(dǎo)航時，餐飲類的POI重要性也應(yīng)該提高。不同的時空環(huán)境可以采用多模式[9]進(jìn)行表達(dá), 以便更加貼近用戶的認(rèn)知習(xí)慣。此外，不同區(qū)域密度常用比例尺也不同[11]。

表2　導(dǎo)航任務(wù)表達(dá)需求分析

該部分針對時空環(huán)境表達(dá)方法的研究是以符合一般用戶認(rèn)知習(xí)慣為原則，屬于先驗(yàn)知識的范疇。導(dǎo)航地圖是面向個體用戶的，因此需要在通用表達(dá)機(jī)制的基礎(chǔ)上研究每個用戶的個性特點(diǎn)。除了用戶自身的因素外，用戶對不同的時空環(huán)境反應(yīng)也是不同的：有的用戶對環(huán)境變化較為敏感，有的用戶可能對某類POI含有特殊偏好等。因此，必須建立針對個體用戶建立導(dǎo)航電子地圖主動表達(dá)模型，引入自學(xué)習(xí)機(jī)制，通過分析歷史記錄挖掘特定時空環(huán)境下用戶的個性需求和偏好，體現(xiàn)導(dǎo)航電子地圖主動表達(dá)服務(wù)用戶的理念。

2導(dǎo)航電子地圖主動表達(dá)模型的構(gòu)建及觸發(fā)

為了定制因人而異的服務(wù)模式，需要研究個體用戶在特定時空環(huán)境的認(rèn)知特征，本文通過用戶歷史操作記錄挖掘用戶的偏好信息，在此基礎(chǔ)上建立導(dǎo)航電子地圖主動表達(dá)模型，實(shí)現(xiàn)對導(dǎo)航地圖表達(dá)的內(nèi)容進(jìn)行主動調(diào)整。本文建立的顧及用戶及時空環(huán)境的主動表達(dá)模型主要涉及對表達(dá)有較大影響的方面，對諸如屏幕顯示能力和數(shù)據(jù)處理能力等不予考慮，其可形式化描述為九元組的形式：

(1)

式中：M，T，S為條件因子；I，R，L為結(jié)論因子；s1，s2為可靠性因子。具體含義及描述形式為：M為導(dǎo)航任務(wù)類型,以整形數(shù)值表示；T代表時間特征，用6個整數(shù)分別表示早上、上午、中午、下午、傍晚、夜晚；S代表空間特征，用三位整數(shù)表示，高位整數(shù)代表行政區(qū)劃等級，中間位置整數(shù)以區(qū)分城市和農(nóng)村，第三位分別表示密集區(qū)、較密集區(qū)、較為適中區(qū)域、較為稀疏區(qū)、稀疏區(qū)；I為當(dāng)前條件下的權(quán)重興趣點(diǎn)有所增加的類型，s1為對應(yīng)的該興趣點(diǎn)權(quán)重增加的可靠性。R為當(dāng)前條件下的比例尺級別，表示當(dāng)前條件下用戶對R級別比例尺的偏好權(quán)重，s2為比例尺級別的可靠性；L為當(dāng)前條件下適宜的載負(fù)量，s3為此載負(fù)量的可靠性。可靠性用1~10表示，每一條件最多產(chǎn)生10個結(jié)論因子。在初始設(shè)置的基礎(chǔ)上當(dāng)新的用戶記錄傳入該模型，首先尋找匹配的條件因子和結(jié)論因子，如果非最高值(10)，將可靠性調(diào)整到10，其他的依前面的順序排列。具體示例(顧及文章的可讀性，此處沒有進(jìn)行編碼處理)如表3所示。

對導(dǎo)航歷史記錄進(jìn)行形式化表達(dá)之前，還需對其進(jìn)行預(yù)處理，因此引入模型庫機(jī)制。用戶在導(dǎo)航地圖上的操作主要包括放大、縮小、漫游、設(shè)置興趣點(diǎn)、設(shè)置起始點(diǎn)目標(biāo)點(diǎn)等。針對前3種操作，模型庫處理方法主要包括以下兩種：對連續(xù)相同的操作進(jìn)行合并，如連續(xù)的放大；對于短暫連續(xù)時間內(nèi)的互異操作，如放大、縮小，視為用戶錯誤操作，對該種噪聲數(shù)據(jù)予以刪除。在導(dǎo)航電子地圖主動表達(dá)模型支持下的主動表達(dá)過程如圖2所示。

表3　主動表達(dá)模型簡要示例

圖2　導(dǎo)航電子地圖主動表達(dá)過程

從圖2可以看出，系統(tǒng)收集用戶導(dǎo)航任務(wù)信息以及當(dāng)前空間特性和時間特性，從模型中提取用戶的要素偏好和尺度偏好等信息，根據(jù)用戶偏好進(jìn)行表達(dá)，在此過程中，用戶將根據(jù)自己的需求不斷地操作，將此操作記錄到歷史記錄，模型庫對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并調(diào)整記錄的可靠性。正是由于反饋機(jī)制的存在，該模型具有一定程度的自學(xué)習(xí)能力，經(jīng)過多次使用和訓(xùn)練，該模型將越來越“熟悉”用戶的認(rèn)知習(xí)慣，用戶使用起來將越來越得心應(yīng)手。

此模型首先在用戶設(shè)置目的點(diǎn)及興趣點(diǎn)時確定用戶的導(dǎo)航任務(wù)，比如興趣點(diǎn)是“火鍋店”，導(dǎo)航任務(wù)為尋找單個模糊目標(biāo)，設(shè)置目的點(diǎn)是“**

市”，表明導(dǎo)航任務(wù)為旅游或出差，導(dǎo)航任務(wù)對應(yīng)的編碼記錄為M；用戶認(rèn)知特征一般有默認(rèn)參數(shù)，也可由用戶在導(dǎo)航前設(shè)置，不同的用戶認(rèn)知特征將改變整體載負(fù)量、POI載負(fù)量的大小(具體數(shù)值將根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定)，即在模型給出結(jié)果之后將第二次調(diào)整；提取當(dāng)前目標(biāo)所在行政區(qū)劃判斷區(qū)域特征；提取用戶設(shè)置的興趣點(diǎn)類型，將興趣點(diǎn)本身的重要性(在屬性數(shù)據(jù)中)進(jìn)行綜合，得到POI綜合的權(quán)重；系統(tǒng)時間信息的提取直接簡單計(jì)算得到時間編碼。將規(guī)則的條件，根據(jù)模型查找最優(yōu)可靠性表達(dá)策略進(jìn)行符號表達(dá)[12]。因此，本模型是個實(shí)時應(yīng)用實(shí)時更新的模型。

3實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證本文研究的有效性，筆者在VS2010平臺上開發(fā)了相應(yīng)的試驗(yàn)系統(tǒng)，基于鄭州市導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。引入主動表達(dá)模型后， POI的顯示將顧及用戶的要素偏好和尺度偏好信息。同一位置下、相同的移動環(huán)境中，截取典型區(qū)域效果對比圖如圖3、圖4所示，其中圖3是沒有引入主動表達(dá)模型的普通的導(dǎo)航地圖，圖4是引入針對某用戶的主動表達(dá)模型下相同時空環(huán)境的導(dǎo)航地圖。

圖3　普通模式下的導(dǎo)航地圖

通過兩圖的對比可知，引入主動表達(dá)模型的導(dǎo)航地圖，考慮到用戶的需求，針對在該導(dǎo)航時空環(huán)境下某偏好于餐飲類的用戶，在表達(dá)時將餐飲類的POI增加顯示。對于其他的偏好類型，如尺度偏好、外觀偏好等采取其他顯示策略。

4結(jié)束語

本文對導(dǎo)航電子地圖內(nèi)容主動表達(dá)的影響因子從用戶因素和時空環(huán)境兩方面進(jìn)行深入研究，在此基礎(chǔ)上建立導(dǎo)航電子地圖主動表達(dá)模型，與沒有引入主動表達(dá)模型的傳統(tǒng)表達(dá)模式相比,主動表達(dá)對不同的用戶采取不同的表達(dá)策略，顯然具有更高的服務(wù)質(zhì)量。本文為導(dǎo)航電子地圖內(nèi)容主動表達(dá)理論體系的構(gòu)建做了一定的探討，但是本文構(gòu)建的模型具體的參數(shù)、最合理的設(shè)置還需要經(jīng)過導(dǎo)航實(shí)踐和專家討論，是下一步要進(jìn)行的工作。

圖4　引入主動表達(dá)模型的導(dǎo)航地圖

參考文獻(xiàn)：

[1]曹亞妮,江南,李嘉星.移動地圖可視化表達(dá)的設(shè)計(jì)研究[J].地理信息世界，2008,12(6):69-72.

[2]王慧謨.移動地圖及其空間認(rèn)知特征分析[J]. 測繪科學(xué)與工程,2006,26(4):25-28.

[3]王慧謨,張 瑜.移動地圖應(yīng)用模式及其空間認(rèn)知功能研究[J]. 測繪科學(xué),2007，32(6):61-63.

[4]MENG L, ZIPF A, REICHENBACHER T. Map-based Mobile Services: Theories, Methods and Implementations[M]. Springer Verlag, 2005.

[5]于艷平.面向移動地圖表達(dá)的POI動態(tài)綜合方法研究[D].南京：南京師范大學(xué)，2012.

[6]施俊飛. 淺談用戶速度與移動地圖比例尺的關(guān)系[J]. 電腦知識與技術(shù)，2010,6(22):6250-6260.

[7]Reichenbacher T. Adaptive Concepts For A Mobile Cartorgraphy[J]. Supplement Journal of Geographical Sciences,2001(11)：43-53.

[8]Reichenbacher T.Adaptive Methods For Mobile Cartography[C].Proceedings of the 21st 2 International Cartographic Conference (ICC), 2003(8):1311-1322.

[9]劉召芹，謝彩香，林宗堅(jiān)，等.空間認(rèn)知對等導(dǎo)航電子地圖的簡化探討[J]. 地理與地理信息科學(xué)，2006,22(4):11-15.

[10]白小雙，江南，肖穎俊.中小比例尺基礎(chǔ)電子地圖多尺度顯示的尺度劃分[J].測繪科學(xué)，2014，39(5)：126-129.

[11]江南，曹亞妮，等.不同密度區(qū)電子地圖多尺度顯示模型的建立與應(yīng)用[J].武漢大學(xué)學(xué)報：信息科學(xué)版,2013，38(4):465-469.

[12]張志軍，邱俊武.通用地圖符號表達(dá)機(jī)制的研究[J].測繪工程，2013,22(5):20-28.

[責(zé)任編輯：張德福]

中圖分類號：P208

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1006-7949(2015)02-0019-05

收稿日期：2014-01-04；修回日期：2014-10-10 國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目 (41271450)

作者簡介：馬健(1988-)，女，碩士研究生.

Research on active expression model of navigation electronic map

MA Jian, JIANG Nan,WU Li-li,FENG Chang-qiang

(Information Engineering University, Zhengzhou 450000,China)

Abstract：At present, the navigation electronic map “one-size-fits-all” service mode can not satisfy the user’s age characteristics of the pursuit of personality. So this paper carries out a navigation electronic map active expression model research. The navigation electronic map content active expression is thoroughly studied from two aspects of user and time and space environment, and navigation electronic map active expression model is established. Compared with traditional expression pattern, active expression pattern is focused on the user’s personality and preferences in the specific time and space environment and different strategies are taken for the user with different cognitive characteristics and different navigation task in different environment. And the quality of service has been improved.

Key words：navigation electronic maps; user factor; time and space environment; impact factor; the active expression model