周小軍，王光霞，袁　田，齊曉飛

(1.信息工程大學 地理信息空間學院，河南 鄭州 450052； 2.61206部隊，北京 100042； 3.61139部隊，北京 100088)

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基于情境的位置地圖表示內(nèi)容研究

周小軍1,2，王光霞1，袁田3，齊曉飛1

(1.信息工程大學 地理信息空間學院，河南 鄭州 450052； 2.61206部隊，北京 100042； 3.61139部隊，北京 100088)

地理空間中的對象或事件普遍具有位置信息這一基本屬性，因此，多種來源不同的環(huán)境信息、事件信息都能根據(jù)地理位置進行有效的關(guān)聯(lián)和融合。在面對海量的多源信息時，如何在綜合考慮用戶和相關(guān)環(huán)境影響因素的條件下，經(jīng)過分析推理主動為用戶提供需要、感興趣的服務信息，成為新階段移動地圖位置服務需要解決的重要問題。目前大多數(shù)移動地圖在服務應用時，缺乏對用戶情境的考慮和研究，導致地圖表示內(nèi)容沒有按照需求進行合理選取并進行主動推送，顯示內(nèi)容存在選取過多或是過少的問題。在這樣的背景和需求下，描述位置以及與位置相關(guān)的各種特征、事件或事物的位置地圖應運而生。周成虎[1]提出：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。

1位置地圖表示內(nèi)容的總體設(shè)計

一般電子地圖表示的數(shù)據(jù)內(nèi)容，主要是根據(jù)顯示載體的屏幕尺寸、比例尺、地圖用途等因素[2]選擇相應要素。位置地圖要求電子地圖從過去的通用型向個性化、主動智能型轉(zhuǎn)變，提高用戶用圖的效率和舒適感。位置地圖在對基礎(chǔ)地理要素數(shù)據(jù)進行表示之外，還需要關(guān)注與當前位置關(guān)聯(lián)的POI數(shù)據(jù)、動態(tài)信息、事件信息等各種多源信息，并對它們進行實時的、智能的分析和推理，將對用戶有實際用途的數(shù)據(jù)進行主動推送。

位置地圖表示內(nèi)容主要可以分為地理基礎(chǔ)底圖要素和與位置服務相關(guān)的專題疊加要素。其中，地理基礎(chǔ)底圖要素又可分為自然地理要素和社會經(jīng)濟要素，前者主要包括陸地地貌、水域、植被等，后者主要包括陸地交通、居民地、境界政區(qū)等[3]；專題疊加要素數(shù)據(jù)主要包括POI信息數(shù)據(jù)、時間距離信息數(shù)據(jù)、事件信息數(shù)據(jù)、特殊實體或場景信息數(shù)據(jù)。用戶活動或是任務目標對于專題疊加要素數(shù)據(jù)的需求是多樣化的，因此專題疊加要素數(shù)據(jù)也是可增減的。一般來說，位置地圖中專題疊加要素數(shù)據(jù)的作用意義大于基礎(chǔ)底圖要素數(shù)據(jù)，但在一些特定位置服務和應用中，基礎(chǔ)底圖中某些要素數(shù)據(jù)的作用也會占據(jù)主要地位，需要按照專題要素的表達特點進行處理。位置地圖的基礎(chǔ)底圖要素選取和表達的總體要求是簡潔、清晰，而專題疊加要素則更側(cè)重適人化、個性化的設(shè)計和表達。位置地圖中表示的要素數(shù)據(jù)是以圖層的形式進行存儲的，它們共同作用為用戶提供所需的位置服務。位置地圖表示內(nèi)容框架如圖1所示。

圖1　位置地圖表達內(nèi)容框架

2基于用戶情境的位置地圖表示內(nèi)容選取

2.1情境分級與分類

情境是一個適用范圍很廣泛的概念，不同領(lǐng)域?qū)τ谇榫秤胁煌睦斫?。位置地圖情境是指與位置地圖制作和應用相關(guān)的、對位置地圖的表達與服務有直接影響的人、位置和環(huán)境等信息的集合[4]。其中，與位置地圖情境相關(guān)的用戶背景、POI信息、任務需求、目標、周圍環(huán)境和位置等信息稱為情境信息。

用戶活動是情境的組成部分，情境包含了活動，它們在位置地圖中是相互作用的，活動能將各種情境信息進行聚合，而情境則能以用戶活動為實例。在活動理論中，人的活動被分為活動、行為和操作3個層次，其中操作為最底層，是在一定客觀環(huán)境下無主觀意識、自動化的，行為是中間層，由不同數(shù)量的操作組成，活動是最高層，包含以具體目標為中心的一系列行為。

在位置地圖中，不合理的情境分級易造成情境相互包含的邏輯錯誤，并導致位置地圖在不同情境間進行切換時產(chǎn)生困難。情境描述的是用戶活動與客觀現(xiàn)實世界的相互關(guān)系，具體表現(xiàn)是用戶活動與各種情境信息的相互作用和關(guān)聯(lián)。從活動理論的角度出發(fā)，通過對活動理論中活動、行為和操作這3個層次的研究，將它們與位置服務相關(guān)的情境信息進行綜合描述、歸納和梳理，可以實現(xiàn)對位置地圖中情境的分類分級。本文采用將位置地圖情境分為活動情境、行為情境和操作情境的分級體系。活動情境位于情境的頂層，主要受到用戶自身特征、心理活動和周圍環(huán)境的影響，包含了若干行為情境。行為情境主要受到活動情境的影響和支配，是情境的中間層并且按一定邏輯發(fā)生，它由若干操作情境組成。操作情境是情境的底層，具有相對獨立性，可以進行組合表達。圖2是情境分級的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2　情境分級結(jié)構(gòu)

對于位置地圖情境進行分類，主要是對不同層次情境內(nèi)容的劃分?；顒忧榫持饕梢苑譃榉橇鞒袒顒印⒘鞒袒顒雍蛷秃匣顒?；位置地圖行為情境可以分為導航行為、定位行為、查詢行為、識別行為與事件檢查行為[5]；操作情境主要是指在位置地圖專題疊加要素信息的基礎(chǔ)上，將其分為POI的疊加操作、實時動態(tài)信息的疊加操作、時間距離的疊加操作和特殊場景的疊加操作。位置地圖情境中，不同層次的活動情境涉及不同的情境信息，而情境信息又與具體的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，因此通過構(gòu)建各層次情境與情境信息的關(guān)系，可以明確位置地圖需要表示的相關(guān)要素數(shù)據(jù)。

2.2活動情境與位置地圖表示內(nèi)容關(guān)系構(gòu)建

活動情境中，非流程活動主要是根據(jù)用戶特征和周圍客觀環(huán)境而產(chǎn)生的沒有確定目的的活動。與非流程活動相關(guān)情境信息主要有用戶信息和POI信息。其中，用戶信息包括用戶屬性特征數(shù)據(jù)和用戶事件數(shù)據(jù)，POI信息包括POI名稱、類型、屬性等數(shù)據(jù)。流程活動是指用戶按照任務目標為中心進行的活動，它由一系列步驟或子流程按照一定的邏輯順序組成。與流程活動相關(guān)的情境信息主要有位置信息、時間信息和POI信息。其中，位置信息是一種語義位置[6][7]，包括用戶的地理位置數(shù)據(jù)、物理位置數(shù)據(jù)和位置屬性數(shù)據(jù)，時間信息主要有時間點和時間段兩種形式[8][9]，包括時間的屬性和數(shù)據(jù)，POI信息包括POI名稱、類型、屬性等數(shù)據(jù)。復合活動是用戶綜合性的活動，由非流程活動和流程活動組成，因此，與流程活動相關(guān)的情境信息主要有用戶信息、位置信息、時間信息和POI信息。不同活動類型、情境信息與數(shù)據(jù)內(nèi)容的關(guān)系具體如表1所示。

表1　不同活動類型、情境信息與數(shù)據(jù)內(nèi)容的關(guān)系

2.3行為情境與位置地圖表示內(nèi)容關(guān)系構(gòu)建

行為情境中，查詢行為是用戶根據(jù)自身的興趣愛好、任務目的需求而對相關(guān)地理實體在一定范圍內(nèi)的查找，并獲取相關(guān)信息的行為，與其相關(guān)的情境信息主要有用戶信息、位置信息和POI信息。用戶信息主要是指用戶的特征信息，包括用戶的年齡、性別、文化程度、興趣愛好等，位置信息包括用戶的位置數(shù)據(jù)、POI位置數(shù)據(jù)，POI信息包括POI的分類數(shù)據(jù)。導航行為是為用戶提供路線規(guī)劃和實時導航，并以地圖為平臺進行可視化表達的行為，與其相關(guān)的情境信息主要有位置信息、時間信息、POI信息、實時動態(tài)信息和其它信息。其中，位置信息主要是用于確定用戶當前位置和規(guī)劃導航路線；時間信息是對導航行為過程中的時間約束和時間提示；POI信息主要包括影響用戶位置判斷和用戶感興趣的POI數(shù)據(jù)；實時動態(tài)信息包括動態(tài)交通數(shù)據(jù)和天氣數(shù)據(jù)，它們對導航過程的完成起到制約作用；其它信息包括的數(shù)據(jù)內(nèi)容是指對導航行為產(chǎn)生影響的其它數(shù)據(jù)。定位行為是指利用室內(nèi)外定位技術(shù)將用戶的位置信息推送給接送設(shè)備進行顯示的行為。與定位行為相關(guān)的情境信息主要有用戶信息、位置信息和設(shè)備信息，其中位置信息包括地理位置、物理位置和語義位置。識別行為主要是將用戶感興趣的信息進行提取并推送給用戶使用。與識別行為相關(guān)的情境信息主要有用戶信息、POI信息。事件檢查行為主要是對在一定時間和特定范圍內(nèi)對用戶的行為產(chǎn)生作用的事件進行搜索、查詢、判斷和提取。因此，與事件檢查行為相關(guān)的情境信息主要有事件信息、時間信息以及位置信息。事件信息是指事件的類型以及事件的級別，時間信息是指事件發(fā)生的起始時間點、持續(xù)時間長度、結(jié)束時間，位置信息是對事件發(fā)生位置的描述。不同行為類別、情境信息與數(shù)據(jù)內(nèi)容的關(guān)系具體如表2所示。

表2　不同行為類別、情境信息與數(shù)據(jù)內(nèi)容的關(guān)系

2.4操作情境與位置地圖表示內(nèi)容關(guān)系構(gòu)建

操作情境中，疊加POI操作是指根據(jù)用戶需要在位置地圖上一定區(qū)域范圍內(nèi)疊加特定的POI數(shù)據(jù)。與疊加POI操作相關(guān)的情境信息主要有用戶信息、位置信息、時間信息以及POI信息。用戶信息主要是影響POI的選取，位置信息是用來描述用戶與所需POI的位置，時間信息對用戶執(zhí)行具體任務產(chǎn)生時間約束作用。疊加時間距離操作是判斷用戶當前的速度能否在一定的時間內(nèi)完成從當前位置到目標位置的距離，并將結(jié)果以提示信息的方式推送給用戶使用。與疊加時間距離操作相關(guān)的情境信息主要有用戶信息、位置信息、時間信息、興趣點信息、實時動態(tài)信息。疊加特殊場景操作是將用戶位置周圍、感興趣或是重點關(guān)注的實體對象提供給用戶使用。與疊加特殊場景操作相關(guān)的情境信息主要有位置信息和POI信息。不同操作類別、情境信息與數(shù)據(jù)內(nèi)容的關(guān)系具體如表3所示。

表3　不同操作類別、情境信息與數(shù)據(jù)內(nèi)容的關(guān)系

3位置地圖表示內(nèi)容選取實例

實例：以張麗(基本信息：女，27歲，本科，愛好餐飲美食和折扣事件)從科學大道與瑞達路交叉口為出發(fā)點，計劃乘車去鄭州“二七”萬達看一場20：00左右的電影為例，用戶使用的顯示設(shè)備屏幕尺寸為4.0英寸，分辨率為800×480，當前時間為18:30。

1)去“二七”萬達看電影的活動模型。該活動是按一定邏輯順序進行的復合活動，主要包括過程有去“二七”萬達、到達電影院、購買電影票、等候進電影播放廳等，它們是按一定邏輯流程進行的。在等候進電影播放廳時，用戶可能會選擇逛商場，該行為的發(fā)生沒有特定目的，是一個非流程的活動。該活動包括的行為情境有導航行為、定位行為、查詢行為、識別行為和事件檢查行為，涉及的操作包括疊加POI操作、疊加時間距離操作、疊加特殊場景操作。它們的關(guān)系流程如圖3所示。

圖3　實例中活動、行為、操作的關(guān)系流程

2)實例中位置地圖的表示內(nèi)容選取過程。實例的整個過程分為室外和室內(nèi)兩個階段。室外階段中，位置地圖底圖要素的選取主要是通過獲取用戶活動目的，分析出“去‘二七’萬達”是一個典型的“交通導航”類型用戶模型，繼而選取相關(guān)類別的基礎(chǔ)底圖要素。專題疊加要素數(shù)據(jù)選取主要分為5個部分：一是根據(jù)“去‘二七’萬達看電影”的情境活動模型，確定在室外階段主要涉及的情境信息、用戶信息、POI信息、實時動態(tài)信息、位置信息和時間信息；二是POI選取的過程。在導航過程中，需要對導航路線周邊的地標類POI、餐飲美食類POI進行選取表示，這個過程受到設(shè)備屏幕尺寸和用戶特征信息的制約；三是實時動態(tài)數(shù)據(jù)的選取。主要是選取對用戶行駛過程中有影響的時間距離信息、天氣信息以及道路交通信息，利用GIS模塊對導航路線進行距離計算，并結(jié)合當前行駛速度，進行分析計算，提供時間、路線的提示信息；四是特殊場景數(shù)據(jù)的選取。選取導航路線上的立交橋、隧道和大型十字路口等數(shù)據(jù)進行推薦表達，根據(jù)用戶視覺體驗特點，設(shè)定在用戶距離特殊場景30 m時，主動推送相關(guān)特殊場景信息；五是事件信息數(shù)據(jù)的選取。在用戶導航路線行進中，需要循環(huán)查詢計劃行駛路線上是否發(fā)生影響用戶活動的道路維修、交通事故等事件。室外階段中，位置地圖表示內(nèi)容如圖4所示。

圖4　實例中室外位置地圖表示內(nèi)容

室內(nèi)階段中，底圖要素的選取主要是對室內(nèi)結(jié)構(gòu)要素和實體對象的選取，包括通道數(shù)據(jù)、商鋪幾何形狀數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)以及空間結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)等。專題疊加要素的選取包括3個部分：一是進入“二七”萬達后，涉及的情境信息主要是室內(nèi)POI信息、實時動態(tài)信息和事件信息；二是室內(nèi)POI選取過程。室內(nèi)POI主要是商鋪數(shù)據(jù)、電梯、衛(wèi)生間等數(shù)據(jù)，選取依據(jù)主要是用戶模型信息中的興趣喜好。此外，還需要通過用戶室內(nèi)步行速度與時間限制確定搜索的最大范圍半徑，并通過POI的選取數(shù)量限制對適宜POI進行綜合選取；三是實時動態(tài)數(shù)據(jù)選取過程。主要是用戶在等待進電影播放廳的時間長度限制下，“去興趣點”活動中的時間距離信息提示數(shù)據(jù)，包括正常、緊張、不足三種狀態(tài)描述；四是事件信息數(shù)據(jù)選取過程。通過獲取商場的折扣事件信息，對折扣事件的程度、距離用戶當前位置的長短以及用戶品牌喜好進行綜合選取。室內(nèi)階段中，位置地圖表示內(nèi)容如圖5所示。

3)實例分析。通過以上實例，可知與一般移動地圖相比，位置地圖在表示內(nèi)容選取上更加強調(diào)以用戶需求為中心，通過將位置、情境與專題信息關(guān)聯(lián)起來，綜合考慮用戶信息、情境和屏幕尺寸對地圖表示內(nèi)容的影響，選取過程主要是依據(jù)相關(guān)模型進行主動推理實現(xiàn)。實例中位置地圖在表示內(nèi)容選取中更加注重適應用戶、情境、設(shè)備等綜合約束條件和規(guī)則，強調(diào)對用戶潛在需求信息、深層關(guān)系信息的分析挖掘、判斷推理和主動推薦。

4結(jié)束語

位置地圖是為用戶提供與位置相關(guān)的全方位信息數(shù)字地圖，這要求基于位置的服務需要從室外走向室內(nèi)，從地上走向地下，從模糊走向精準，并從單純的位置服務發(fā)展為全息位置感知的綜合信息服務，使得基于該類的地圖實現(xiàn)泛在空間信息智能服務成為可能。因此，位置地圖表示內(nèi)容也會隨著研究的深入有新的拓展，對位置地圖表示的內(nèi)容也需要進行進一步更深入地研究。

圖5　實例中室內(nèi)位置地圖表示內(nèi)容

參考文獻：

[1]周成虎, 朱欣焰, 王蒙, 等. 全息位置地圖研究[J]. 地理科學進展, 2011, 30(11): 1331-1335.

[2]陳毓芬,江南.地圖設(shè)計原理[M].北京:解放軍出版社,2001:11.

[3]王家耀,孫群,王光霞,等.地圖學原理與方法[M].北京:科學出版社,2006:204.

[4]齊曉飛, 王光霞, 周轉(zhuǎn)向, 等. 位置地圖情境研究[J]. 測繪工程, 2014, 23(11): 12-13.

[5]REICHENBACHER T.Mobile Cartography Adaptive Visualisation of Geographic Information on Mobile Devices[C].Dissertation, Department of Cartography, Technische University München, München: Verlag Dr. Hut, 2004.

[6]黃仁亮, 王鋒. 基于位置服務的語義位置綜述[C].Proceedings of 2010 International Conference on Broadcast Technology and Multimedia Communication (Volume 4), 2010.

[7]LI D, LEE D L. A topology-based semantic location model for indoor applications [C]//Proceedings of the 16th ACM SIGSPATIAL international conference on Advances in geographic information systems. ACM, 2008: 6.

[8]王曉東, 張小紅, 王靖, 等. 基于“角色”和“關(guān)系”的時間Ontology構(gòu)建[J]. 河南師范大學學報(自然科學版), 2008, 36(1): 29-31.

[9]SIDER T. Four dimensionalism: An ontology of persistence and time[J]. 2001.

摘要：文章在對位置地圖表示內(nèi)容進行梳理、歸納和總結(jié)的基礎(chǔ)上，對位置地圖表示內(nèi)容進行總體框架性設(shè)計，提出將其分為地理基礎(chǔ)底圖要素和專題疊加要素，并就各自包含的具體對象要素進行了描述。重點對位置地圖情境進行分類分級，分別構(gòu)建活動情境、行為情境、操作情境與位置地圖表示內(nèi)容的關(guān)系。最后以實例對位置地圖表示內(nèi)容選取的實例化流程進行描述，驗證文中提出并構(gòu)建的各種關(guān)系模型的可行性。

關(guān)鍵詞：情境；位置地圖；表示內(nèi)容；活動理論

Research of location map content based on context ZHOU Xiaojun1,2, WANG Guangxia1, YUAN Tian3, Qi Xiaofei1

(1.School of Geography Spatial Information, Information Engineering University, Zhengzhou 450052, China; 2.Troops 61206, Beijing 100042, China; 3.Troops 61139, Beijing 100088, China)

Abstract：Based on combing, inducing and summarizing the presentation content for location map, this paper builds a main framework of location map, which can be divided into basis geographical elements and thematic superposition elements, and describes the objects contained in map different elements, respectively. It also describes the location map context theory, proposes situation of grading and classification method, and builds the relationship between activity context, behavior context, operating context and location map presentation content, respectively. Finally, it describes process of content selection by using instance of the user’s watching movies, in order to verify the proposed various relationships.

Key words：context；location map；content；activity theory

作者簡介：周小軍(1986-)，男，博士.

基金項目：國家863計劃資助項目(2013AA12A202)

收稿日期：2015-07-23；修回日期：2015-08-22

中圖分類號：P208

文獻標識碼：A

文章編號：1006-7949(2016)02-0022-06