張寅寶，張 欣

（1.信息工程大學(xué)地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450052）

淺析泛在網(wǎng)絡(luò)下的地圖制作與使用

張寅寶1，張 欣1

（1.信息工程大學(xué)地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450052）

以傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)為基本形式的泛在網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代社會發(fā)展的一個重要特征，傳統(tǒng)地圖的數(shù)據(jù)獲取、處理、傳遞和表達(dá)都發(fā)生了深刻的改變。通過對國內(nèi)外泛在網(wǎng)絡(luò)下地圖理論研究現(xiàn)狀的分析，探討了地圖制圖范圍與對象、制圖方法與手段、制圖群體和用圖環(huán)境、用圖方式、用圖效果所面臨的新趨勢。

泛在網(wǎng)絡(luò)；地圖制作；地圖使用；地圖交互；地圖認(rèn)知

當(dāng)前，以普適計算為基礎(chǔ)，以傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)為基本形式的泛在網(wǎng)絡(luò)正逐步走進(jìn)人們的生活。最早提出泛在網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略的日本和韓國認(rèn)為：泛在網(wǎng)絡(luò)是由智能網(wǎng)絡(luò)、先進(jìn)的計算技術(shù)以及其他領(lǐng)先的數(shù)字技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施武裝而成的技術(shù)形態(tài)。在這一網(wǎng)絡(luò)中，通信不僅是人與人，還可能來自人與能感知客觀環(huán)境的設(shè)備，以及設(shè)備和設(shè)備之間。“5C+5ANY”是泛在網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵特征[1]，5C分別是：融合（convergence）、內(nèi)容（contents）、計算（computing）、通信（communication）、連接（connectivity）；5ANY分別是：任意時間（anytime）、任意地點（anywhere）、任意服務(wù)（anyservice）、任意網(wǎng)絡(luò)（anynetwork）、任意對象（anyobject）。

1 泛在網(wǎng)絡(luò)下地圖理論的研究

在國外，地圖學(xué)界在21世紀(jì)初就開始關(guān)注泛在網(wǎng)絡(luò)對地圖制作和使用的影響，并積極探索新形勢下地理空間環(huán)境認(rèn)知、表達(dá)的理論和方法。2001年國際制圖協(xié)會開始在理論地圖學(xué)研究領(lǐng)域討論泛在制圖（ubiquitous mapping）的概念，2004年首屆國際“泛在制圖與地圖和互聯(lián)網(wǎng)”專題研討會在日本東京召開，2006、2008、2011、2015年第二、三、四、五屆專題研討會分別在韓國首爾、美國西維吉尼亞州、法國巴黎和東京召開。日本法政大學(xué)的Morita教授一直是泛在制圖理論與方法研究的倡導(dǎo)者和先行者，他認(rèn)為：泛在制圖是指可使用戶隨時隨地創(chuàng)建和使用地圖來解決空間問題的能力和環(huán)境，這種能力受到信息技術(shù)（如無線網(wǎng)絡(luò)、海量數(shù)據(jù)存儲、寬帶通信等）的刺激和促進(jìn)，從而產(chǎn)生動態(tài)、個性化地圖。這種實時、現(xiàn)場制作與使用的地圖與傳統(tǒng)地圖有很大區(qū)別，環(huán)境、時間和用戶組成的情境是泛在制圖的主要驅(qū)動力，圖1反映了傳統(tǒng)制圖到泛在網(wǎng)絡(luò)下制圖的信息流轉(zhuǎn)變過程[2]。

圖1 傳統(tǒng)制圖與泛在網(wǎng)絡(luò)下制圖的信息流轉(zhuǎn)變過程

在國內(nèi)，2001年陳毓芬、廖克探討了網(wǎng)絡(luò)地圖的設(shè)計原則[3]；2004年李洪省、李程研究了網(wǎng)絡(luò)地圖制圖中的主要問題及其解決方案[4]；2006年孟立秋認(rèn)為在當(dāng)今的全球網(wǎng)絡(luò)時代，地圖設(shè)計內(nèi)容和應(yīng)用范圍已有大幅度的擴(kuò)展，提出了“準(zhǔn)地圖”的概念，并采用可用性作為地圖的評價標(biāo)準(zhǔn)[5]。2007年徐德軍、杜清運分析了網(wǎng)絡(luò)地圖設(shè)計的技術(shù)方法[6]，2010年劉芳對基于網(wǎng)絡(luò)的在線地圖空間認(rèn)知過程進(jìn)行了研究[7]。2010年以來劉經(jīng)南院士多次論述“泛在測繪與泛在地圖”的問題[8]。與傳統(tǒng)地圖相比，泛在地圖具有以下3點顯著差異：①更加強(qiáng)調(diào)人作為主體或者客體，與物和環(huán)境的關(guān)系；②測量感知體系和制圖系統(tǒng)是動態(tài)的、甚至實時的；③專業(yè)化與非專業(yè)化制作同時存在，標(biāo)準(zhǔn)與非標(biāo)準(zhǔn)共存，制作及使用地圖的主客體區(qū)分模糊化。2011年周成虎院士針對泛在網(wǎng)絡(luò)下的地圖服務(wù)，提出了“全息位置地圖”的概念[9]，強(qiáng)調(diào)它是以位置為基礎(chǔ)，全面反映位置本身與其位置相關(guān)的各種特征、事件和事物的數(shù)字地圖，具有兩個基本特征： ①是語義關(guān)系一致的四維時空位置信息的集合，能夠從多層次、多粒度、全方位反映空間位置本身以及各種關(guān)聯(lián)關(guān)系，涵蓋了人與人、人與物、物與物的直接關(guān)聯(lián)和蘊(yùn)含關(guān)系；②由系列數(shù)字位置地圖構(gòu)成，可以滿足多種應(yīng)用需求，形成多種場景，并以多種方式呈報給用戶。2015年朱欣焰進(jìn)一步指出，全息位置地圖的3大核心組成部分為泛在信息、語義位置和多維動態(tài)場景表達(dá)[10]。

綜上所述，泛在網(wǎng)絡(luò)下地圖的含義發(fā)生了深刻變化，出現(xiàn)了一些新的地圖產(chǎn)品，地圖學(xué)的理論和方法得到進(jìn)一步發(fā)展，從而引起地圖的制作與使用發(fā)生新變化。

2 泛在網(wǎng)絡(luò)下地圖制作的新趨勢

2.1 制圖范圍與對象呈現(xiàn)出縱深化、多元化的趨勢

傳統(tǒng)地圖描述的范圍大多局限于地球表面或上下一定高度（深度）的近地空間，泛在網(wǎng)絡(luò)下科學(xué)技術(shù)發(fā)展使得人類活動的范圍突破了近地空間的限制，在垂直、水平、時間方向上都得到大大拓展，制圖范圍正向縱深化發(fā)展。在垂直方向上，人類的足跡最遠(yuǎn)已經(jīng)能夠到達(dá)38.4 萬km遠(yuǎn)的月球表面，無人探測設(shè)備也在火星表面采集了大量的數(shù)據(jù)，天文望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)能夠觀測到銀河系以外的物體，陸上最深的鉆井已經(jīng)達(dá)到地下10 000 m以上，載人潛水器也成功突破水下7 000 m深度。在水平方向上，關(guān)注的重點正從室外走向室內(nèi)，從局部區(qū)域走向全球。2011年Google公司率先推出了在線室內(nèi)地圖服務(wù)，用戶可利用移動終端找到離自己最近的衛(wèi)生間或在機(jī)場尋找登機(jī)口，軟件可根據(jù)定位信號自動切換到不同樓層。2012 年百度公司率先在國內(nèi)推出PC端室內(nèi)地圖查詢功能，上線了6 000條室內(nèi)地圖信息，覆蓋了學(xué)校、商場、醫(yī)院、電影院、風(fēng)景區(qū)等各個主流生活地點。在時間方向上，不僅出現(xiàn)了大量反映現(xiàn)勢信息的地圖，而且各種反映歷史變化和未來趨勢的地圖產(chǎn)品也層出不窮，圖2是在特定時間窗內(nèi)美國各地可能收到郵件的用戶分布圖[11]。

圖2 特定時間窗內(nèi)美國各地可能收到郵件的用戶分布圖

同時，一些非地理空間（知識空間、社會空間、網(wǎng)絡(luò)空間、情感空間等）的事物和現(xiàn)象也越來越多地引起制圖人員的關(guān)注，使得制圖范圍更加多元化。例如，美國Lumeta公司的“互聯(lián)網(wǎng)地圖”項目，旨在對互聯(lián)網(wǎng)的增長情況進(jìn)行長期研究，該“地圖”的每一個節(jié)點背后都存在著許多計算機(jī)，甚至有可能是一個大型公司的網(wǎng)絡(luò)?！盎ヂ?lián)網(wǎng)地圖”標(biāo)記出了所有路由器之間的最短通道，隨著路由器的重新配置，這些通道會隨著時間改變。整個地圖的編制基于多方面信息，包括IP地址塊、地理位置、頂級域名和服務(wù)提供商。圖3是Lumeta繪制的互聯(lián)網(wǎng)地圖及其局部放大圖[12]。

2.2 制圖方法與手段呈現(xiàn)出動態(tài)化、實時化的趨勢

傳統(tǒng)地圖制作大多是采用離線的方式，預(yù)先準(zhǔn)備好地圖并在需要時提供給用戶，成圖周期通常在十幾天，甚至上百天。近30 a來，全球?qū)Φ赜^測技術(shù)取得了巨大進(jìn)步，為制圖源數(shù)據(jù)的快速獲取和處理提供了有力保障。目前遙感影像的空間分辨率已經(jīng)達(dá)到dm級、光譜分辨率達(dá)到-nm級，波段數(shù)已增加至數(shù)十甚至數(shù)百個，回歸周期可達(dá)到幾天甚至幾個h。如商業(yè)衛(wèi)星ORBVIEW可達(dá)到0.5 m空間分辨率，能夠獲得同軌或者異軌的高分辨率立體圖像。WorldView-2的重訪時間為1.1 d，日數(shù)據(jù)采集能力達(dá)到975 000 km2。我國的高分辨率對地觀測系統(tǒng)2012年進(jìn)入全面建設(shè)階段，項目建設(shè)成果已為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、防災(zāi)減災(zāi)、資源環(huán)境、公共安全等領(lǐng)域提供信息服務(wù)和決策支持。

圖3 互聯(lián)網(wǎng)地圖及其局部放大圖

另外，大型地理信息系統(tǒng)中制圖模塊的智能化處理方法逐漸成熟，為實時制圖提供了可靠的技術(shù)支持。如ArcGIS為用戶提供了一套完整的制圖生產(chǎn)處理解決方案，涉及數(shù)據(jù)處理、制圖符號化、地圖標(biāo)注、制圖編輯、地圖輸出與打印等環(huán)節(jié)，使得傳統(tǒng)制圖在人性化、細(xì)致化、批量化、自動化等方面得到了補(bǔ)充和完善。PCI Geomatica中集成的專業(yè)制圖工具ACE Cartographic Edition具有完全的“所見即所得”環(huán)境，柵格與矢量一體化等特征，各種要素的表示方法統(tǒng)一管理，具有任意復(fù)雜的填充方式和多層線形制作功能和靈活的文字注釋方式，一張圖可分成多個區(qū)域，圖廓可以可視化制作和調(diào)整，支持各種繪圖儀和打印機(jī)。

2.3 制圖群體呈現(xiàn)出大眾化、社會化的趨勢

傳統(tǒng)地圖制作是一項技術(shù)性很強(qiáng)的工作，要求制圖人員具備一定的專業(yè)知識和藝術(shù)素養(yǎng)，面向服務(wù)（service oriented architecture，簡稱SOA）的軟件架構(gòu)屏蔽了一些復(fù)雜的制圖過程，使得制圖人員能將更多的精力投入到制圖內(nèi)容本身，降低了制圖人員的專業(yè)要求。SOA將應(yīng)用程序的不同功能單元通過定義良好的接口聯(lián)系起來，接口獨立于硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言，從而使各種服務(wù)能夠以統(tǒng)一、通用的方式進(jìn)行交互。例如利用Google推出的Google Map Maker可以在世界各地編輯地圖數(shù)據(jù)，用戶不僅能方便快捷地建立城市、街道和國家地圖，而且還可與多用戶協(xié)同工作，一起來添加、修改道路、湖泊、公園、企業(yè)等，并通過衛(wèi)星圖像來追蹤這些實時更新的地點。另外，泛在網(wǎng)絡(luò)下任何人都可能成為制圖數(shù)據(jù)采集的終端，也進(jìn)一步加劇了制圖群體社會化的趨勢。2007年志愿者地理信息的出現(xiàn)引起了地圖學(xué)者的廣泛關(guān)注，對于時間緊迫性很強(qiáng)的應(yīng)用，志愿者地理信息的及時性可在很大程度上緩解“最急需的信息最難尋覓”的困境，盡管在時空、專題內(nèi)容和媒體描述等方面可信度和可持續(xù)性還有待改進(jìn)[13]。

3 泛在網(wǎng)絡(luò)下地圖使用的新趨勢

3.1 用圖環(huán)境呈現(xiàn)出在線式、移動化的趨勢

傳統(tǒng)的地圖大多是以硬拷貝輸出紙質(zhì)地圖或單機(jī)電子地圖的方式使用，泛在網(wǎng)絡(luò)下互聯(lián)網(wǎng)地圖和手機(jī)導(dǎo)航定位服務(wù)蓬勃發(fā)展，地圖使用越來越多地處于在線式、移動化環(huán)境中。

2010年9月，中國地圖出版社、搜狗、百度、新浪等31家單位獲得國家測繪地理信息局頒發(fā)的互聯(lián)網(wǎng)地圖服務(wù)甲級《測繪資質(zhì)證書》，獲準(zhǔn)獨立自主地開展互聯(lián)網(wǎng)地圖服務(wù)活動，包括地圖搜索、位置服務(wù)，地理信息標(biāo)注服務(wù)，地圖下載、復(fù)制服務(wù)，地圖發(fā)送、引用服務(wù)。在手機(jī)導(dǎo)航與位置服務(wù)方面，易觀智庫的研究報告顯示，到2015年8月，中國使用手機(jī)設(shè)備的互聯(lián)網(wǎng)用戶規(guī)模達(dá)到5.94億，占中國總網(wǎng)民的89%，手機(jī)地圖已經(jīng)成為移動互聯(lián)網(wǎng)用戶出行必不可少的工具。同時，基于移動網(wǎng)絡(luò)的地圖應(yīng)用和服務(wù)在各領(lǐng)域全面展開。Street View可以在移動載體上為用戶提供地圖上不同位置的360°全景圖像，并能以三維形式展現(xiàn)用戶所關(guān)心的場景，使用的圖片資源既有Google公司專門拍攝的，也有網(wǎng)絡(luò)用戶自己提交的照片。Open Street Map提供了一個供網(wǎng)絡(luò)用戶自由編輯的位置地圖平臺，地圖由用戶根據(jù)手持GPS裝置、航空攝影照片、衛(wèi)星影像、其他自由內(nèi)容甚至單靠用戶對目標(biāo)區(qū)域的空間知識繪制。Verizon公司推出了UpNext Maps位置服務(wù)平臺，它能夠在iOS和Android平臺上提供快速、流暢的三維地理信息服務(wù)，并且整合了本地搜索和發(fā)現(xiàn)、場館評論、折扣查找、社交等與位置有關(guān)的服務(wù)。高德公司的位置服務(wù)平臺將與人們?nèi)粘Ｉ钣嘘P(guān)的靜態(tài)、動態(tài)信息整合到地圖之中，以位置為紐帶，為用戶提供導(dǎo)航、生活服務(wù)、位置廣告、基于位置的交友等功能。

3.2 用圖方式呈現(xiàn)出適人化、智能化的趨勢

傳統(tǒng)的地圖多是采用眼觀、尺量、手繪的方法進(jìn)行交互，電子地圖則采用鼠標(biāo)點擊查詢縮放、鍵盤輸入搜索分析等，但人與圖交互的方式仍然不夠自然，人始終在圖外。泛在網(wǎng)絡(luò)下，一些新的技術(shù)、設(shè)備將使人圖交互的方式更加靈活多樣，呈現(xiàn)出適人化、智能化的趨勢。

根據(jù)Scientific American雜志報導(dǎo)，希臘塞薩洛尼卡亞里士多德大學(xué)最新研制的系統(tǒng)能將影像轉(zhuǎn)化成具有感觸的圖像，讓盲人可以透過地圖進(jìn)行空間導(dǎo)航。系統(tǒng)將地圖以光點的方式映射到虛擬3D空間中，透過特制的手套和拐杖即能感受到這些虛擬光點，從而達(dá)成路線引導(dǎo)的目的；系統(tǒng)還可以生成3D街道地圖，讓使用者透過手指和拐杖與虛擬地圖接觸，在路面上自由行走，再配合語音同步系統(tǒng)，讓觸覺和聽覺來完全取代視覺導(dǎo)引。Google 2012年公布了“Project Glass”計劃，這款高科技眼鏡擁有智能手機(jī)的所有功能，鏡片上裝有一個微型顯示屏，用戶戴上這款“增強(qiáng)現(xiàn)實”眼鏡，可以通過聲音控制眼鏡進(jìn)行拍照并將照片發(fā)布到Google+上，獲得地圖和天氣信息，可以用聲音控制拍照、視頻通話和辨明方向。

3.3 用圖效果呈現(xiàn)出定量化、科學(xué)化的趨勢

地圖是空間認(rèn)知的工具，能在視覺瞬間發(fā)現(xiàn)事物和對象的空間存在關(guān)系，這是任何其他方法和工具所不能替代的[14]。過去地圖的認(rèn)知效果主要依靠用戶的感覺，隨著認(rèn)知科學(xué)、心理物理學(xué)、神經(jīng)學(xué)等的研究深入，眼動實驗、磁共振腦成像、近紅外光學(xué)成像、分子遺傳基因分析等定量化描述手段也將引入到地圖可用性評估中。

眼動實驗是通過微型攝像機(jī)實時、快速記錄視覺過程中眼球的震顫、運動和跳動，是理想的眼跳分析和眼動追蹤工具，被廣泛應(yīng)用于視覺信息加工過程的研究。人們在看地圖時自我感覺視線是連續(xù)的，但從眼動記錄中可以明顯看到，事實上眼睛的活動是跳躍式的，某些時候是短暫的停頓，稱為“注視”；某些時候是快速的移動，稱為“眼跳”。在眼動軌跡圖中會通過圓圈與線段來表示，這樣既可以看到注視又可以看到眼跳，能夠清晰地反映人在用圖過程中所關(guān)注的興趣點分布情況，從而輔助制圖人員改進(jìn)地圖設(shè)計。磁共振腦成像是基于原子尺度的量子磁物理性質(zhì)，一般由核心系統(tǒng)、視覺刺激呈現(xiàn)、反應(yīng)信號發(fā)生和掃描同步記錄系統(tǒng)、同步腦電記錄系統(tǒng)、經(jīng)顱磁刺激系統(tǒng)、中央數(shù)據(jù)存儲和處理系統(tǒng)等構(gòu)成，可用于人腦對空間認(rèn)知過程的量化和描述。近紅外光學(xué)成像技術(shù)是一種腦功能成像技術(shù)，在測試過程中安靜無噪聲，對頭動的容忍度較高，對測試環(huán)境無特殊要求，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)腦成像技術(shù)的不足，從而滿足認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究的基本要求，被認(rèn)為是推動認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ)研究、促進(jìn)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵技術(shù)手段，也是未來地圖認(rèn)知效果測試的一種新手段。分子遺傳基因分析是利用分子生物實驗平臺，實現(xiàn)從DNA、RNA自動提取到SNP和CNV等各種遺傳標(biāo)記的檢測，闡釋基因?qū)φJ(rèn)知功能的作用。這些大腦、神經(jīng)認(rèn)知機(jī)理方面的研究成果為地圖感知效果的科學(xué)描述注入了新的生機(jī)，將使地圖可用性定量評估的研究邁上新臺階。

4 結(jié) 語

以傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)為基本形式的泛在網(wǎng)絡(luò)對傳統(tǒng)地圖制圖的理論與方法產(chǎn)生了重要影響，地圖的制作和使用在新技術(shù)條件下也面臨新的發(fā)展機(jī)遇。在制圖范圍與對象方面呈現(xiàn)出縱深化、多元化的趨勢；在制圖方法與手段方面呈現(xiàn)出動態(tài)化、實時化的趨勢；在制圖群體方面呈現(xiàn)出大眾化、社會化的趨勢；在用圖環(huán)境方面呈現(xiàn)出在線式、移動化的趨勢；在用圖方式方面呈現(xiàn)出適人化、智能化的趨勢；在用圖效果評估方面呈現(xiàn)出定量化、科學(xué)化的趨勢。準(zhǔn)確把握這些發(fā)展趨勢，將為地圖制圖的理論研究和應(yīng)用服務(wù)提供有益的參考。

[1] 王世彤,邢曉江,李偉華.泛在網(wǎng)業(yè)務(wù)體系架構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)化及關(guān)鍵技術(shù)問題[J].通信技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn),2010(1):44-47

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P297

B

1672-4623（2017）02-0065-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.02.021

2016-04-13。

項目來源：國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃資助項目（2013AA12A202）；河南省科技攻關(guān)計劃資助項目（142101510005）。

張寅寶，博士研究生，講師，主要研究方向為室內(nèi)空間位置服務(wù)。