蔡艷輝，商瑤玲，王曉迪，白 金，馬 旭

互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖質(zhì)量檢測

蔡艷輝，商瑤玲，王曉迪，白 金，馬 旭

（國家測繪產(chǎn)品質(zhì)量檢驗測試中心，北京 100830）

為了進一步滿足互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖服務質(zhì)量調(diào)查的需求，在CH/T 1019和GB/T28441的質(zhì)量評價模型的基礎(chǔ)上，提出一種適用于互聯(lián)網(wǎng)瓦片地圖數(shù)據(jù)格式的導航電子地圖的質(zhì)量評價改進模型。實驗結(jié)果顯示該方法能夠較合理地反映各檢測樣區(qū)的質(zhì)量水平，并以此為基礎(chǔ)，采用非參數(shù)Bootstrap方法可較合理地估計互聯(lián)網(wǎng)地圖服務的整體狀況，而采用分布估計會出現(xiàn)失效情況。

導航電子地圖；瓦片地圖；質(zhì)量檢測；非參數(shù)估計

0 引言

作為公開地圖的一種形式，互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖近年來得到了迅猛發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國從事互聯(lián)網(wǎng)地圖服務的網(wǎng)站已超過4萬個[1]。由于在服務領(lǐng)域、服務模式和方式等方面的不同，各互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖服務網(wǎng)站在地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、地圖顯示和服務功能等方面存在很大差別。另一方面，為確?；ヂ?lián)網(wǎng)地圖數(shù)據(jù)符合國家安全管理的要求，各互聯(lián)網(wǎng)地圖服務商都采用了“地圖瓦片”[2-5]技術(shù)進行服務提供，不僅可以很好地高效實現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)的緩存和訪問，而且能夠?qū)臻g數(shù)據(jù)進行安全控制。因此，如何客觀、準確地給出互聯(lián)網(wǎng)地圖的質(zhì)量評價模型并能夠獨立地開展檢測，是互聯(lián)網(wǎng)地圖服務管理的重要基礎(chǔ)。

目前，在導航電子地圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)和質(zhì)量檢測方面，出臺了測繪行業(yè)標準CH/T 1019[6]和國家標準GB/T28441[7]，這些標準的適用范圍主要是針對庫本數(shù)據(jù)設計的，而對瓦片地圖數(shù)據(jù)的互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖服務的檢測標準和方法相對較少。文獻[8]提出采用數(shù)據(jù)質(zhì)量和服務質(zhì)量來構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)地圖服務質(zhì)量的模型，但未給出該質(zhì)量模型的效果驗證。文獻[9]提出了通過數(shù)據(jù)、服務功能、搜索性能和操作4個方面構(gòu)建網(wǎng)絡地圖的質(zhì)量模型，其適用條件與現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)地圖服務存在差別。本文基于互聯(lián)網(wǎng)地圖服務的瀏覽器頁面訪問模式，在CH/T1019和GB/T28441的基礎(chǔ)上，對互聯(lián)網(wǎng)地圖服務的質(zhì)量評價模型進行優(yōu)化；并依據(jù)地圖瓦片格式的特點，采用基于查詢的檢測方法，實現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)質(zhì)量的“靜默”檢測。

1 互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖服務的數(shù)據(jù)瓦片格式

1.1 地圖瓦片的分級

為確保高并發(fā)訪問情況下互聯(lián)網(wǎng)地圖服務器的穩(wěn)定運行和服務提供的高效，目前互聯(lián)網(wǎng)地圖服務商普遍采用了“地圖瓦片”技術(shù)。這種技術(shù)采用了多級、多圖層的四叉樹金字塔模型來管理地圖瓦片數(shù)據(jù)，瓦片地圖的大小為65536（256×256）個像素。用戶進行縮放時，根據(jù)縮放的級數(shù)，選擇不同分辨率的瓦片圖拼接成一幅完整的地圖。地圖圖片方式展示不僅可以很好地實現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)的高效緩存和訪問，而且能夠?qū)臻g數(shù)據(jù)進行處理，同時通過圖片的信息處理可以做到地圖精度、信息提取等用戶使用權(quán)限的控制，既方便服務產(chǎn)品的開發(fā)，也方便地理信息服務的管理。

地圖服務的瓦片級別通常最多可分為24級，由于不同的地圖服務網(wǎng)站的0級地圖瓦片的范圍選擇不同，相應的地面分辨率也各不相同。表1為微軟bing地圖的瓦片級別列表（其中0級范圍為85.05°S ~ 85.05°N）[2]。

表1 微軟Bing地圖的瓦片數(shù)據(jù)分級表

實際應用中，互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖瓦片級別一般最大到18或19級，相當于比例尺為1:2000~ 1:1000地圖級別。

1.2 地圖瓦片的內(nèi)容

地圖瓦片內(nèi)容分為2種，一種是柵格地圖瓦片，一種是矢量地圖瓦片。柵格地圖瓦片是一種比較傳統(tǒng)的模式，需要預先在服務器端完成渲染，前端地圖框架只需要按一定規(guī)則編排顯示，即可以實現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)的渲染。矢量地圖瓦片是一種新模式，地圖數(shù)據(jù)會以專用格式分塊地傳輸?shù)綖g覽器，瀏覽器端利用前端框架將地圖重新渲染顯示出來。傳統(tǒng)的柵格地圖瓦片主要用作地圖服務中的底圖；矢量瓦片主要用于存儲查詢、變更頻繁的矢量圖層。

除以上2種格式的瓦片數(shù)據(jù)外，對包含較多的鼠標交互操作的服務應用需要增加屬性瓦片，就是在傳統(tǒng)的柵格瓦片的基礎(chǔ)上，額外存儲按照格網(wǎng)劃分的要素屬性信息，這種預先劃分的要素屬性信息也稱互動格網(wǎng)瓦片。地圖瓦片結(jié)合屬性瓦片的這種用法也已經(jīng)有很多實踐應用，最具代表性的是MBTiles 規(guī)范及其附屬的UTFGrid規(guī)范[3]。Mapbox前端渲染通過Mapbox GL JS實現(xiàn)，MapBox GL JS能夠解析各種來源的矢量數(shù)據(jù)，然后在客戶端實時渲染生成帶有幾何圖形、文字標注、圖示符號3維（3D）場景地圖，同時支持用戶的各種交互操作。

2 互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖服務的質(zhì)量評價

2.1 互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖服務的內(nèi)容

1）導航地圖數(shù)據(jù)。目前，主流的互聯(lián)網(wǎng)導航地圖數(shù)據(jù)包括二維地圖數(shù)據(jù)、遙感影像、實景影像等類型。大部分互聯(lián)網(wǎng)地圖都以平面線劃圖作為提供瀏覽、定位的基礎(chǔ)服務界面地圖。地圖數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包括道路、興趣點（point of interest，POI）、背景、注記，以及疊加的附加信息等內(nèi)容，如交通狀況等。

道路信息是導航電子地圖最關(guān)鍵的核心數(shù)據(jù)[5]，不僅涵蓋了基礎(chǔ)地理信息道路層的全部信息，還需要包括用于車輛導航控制所需要的交通限制、預警提示等內(nèi)容，同時公共交通的信息也是導航電子地圖的重要部分。POI信息也是導航電子地圖的核心數(shù)據(jù)，主要有2類：①通用POI數(shù)據(jù)，各類網(wǎng)站均可提供的大眾關(guān)注的各種POI數(shù)據(jù)，這類POI必須具有種類和名稱屬性；②專題POI數(shù)據(jù)，集中于特定領(lǐng)域和需求的POI數(shù)據(jù)，各地圖服務商自行定義。背景信息主要指背景類型，如水系等；注記信息主要包括注記類型和名稱；這2類數(shù)據(jù)是導航電子地圖顯示和應用的必要補充。

2）地圖服務功能?；ヂ?lián)網(wǎng)導航電子地圖服務系統(tǒng)主要以提供出行服務為目標的互聯(lián)網(wǎng)公共服務技術(shù)平臺。依據(jù)目前互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖服務的發(fā)展情況，基本服務包括地圖展示、POI搜索、導航線路規(guī)劃、公交查詢、地理信息標注服務、地圖下載等。某些互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖服務還提供用戶定制、用戶二次開發(fā)、平臺共享等特許服務等。

2.2 互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖服務質(zhì)量評價模型

2.2.1 評價指標

互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖服務質(zhì)量評價包括“地圖數(shù)據(jù)質(zhì)量”和“地圖可視化表達和應用服務功能”2部分[6-9]。地圖數(shù)據(jù)質(zhì)量包括數(shù)據(jù)的完整性、邏輯一致性、位置精度、屬性精度4個指標；地圖可視化表達包括完整性、準確性、一致性和表征質(zhì)量4個指標；服務功能包括基本功能、增強功能和擴展功能3個指標（見表2）。而每個質(zhì)量評價指標又可以分解為若干子指標。相關(guān)文獻中還規(guī)定了地圖安全性指標，由于國家對公共地圖服務產(chǎn)品執(zhí)行地圖審查制度，故本文不考慮該問題。

表2 CH/T 1019-2010中規(guī)定的質(zhì)量評價一級指標（質(zhì)量元素）

行業(yè)標準CH/T 1019-2010最初主要針對車載導航儀應用設計，在質(zhì)量評價指標上對車載導航儀的導航應用服務質(zhì)量有比較全面的覆蓋，也非常適用個人手機導航。但對互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖服務質(zhì)量檢測，該標準存在多個方面不適宜。首先，互聯(lián)網(wǎng)地圖服務的主要目標是更快捷、更準確地提供客戶端所需要的信息，并且獲得較好的個人網(wǎng)絡沖浪體驗。其次，由于互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖用戶更多的是通過個人電腦訪問，大多是非移動的場合，不需要實時定位導航。另外，互聯(lián)網(wǎng)地圖服務網(wǎng)站大都采用了免費公開訪問的模式，其地圖服務的發(fā)展目標和自身營銷策略也不同，地圖服務的內(nèi)容本身就有差別。因此，考慮到互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖服務的應用特點，表3、表4和表5分別從數(shù)據(jù)質(zhì)量、地圖可視化和應用功能3個方面對CH/T 1019-2010中的評價指標進行調(diào)整，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖的服務質(zhì)量評價的準確性和可操作性。表3所列質(zhì)量指標適用于道路數(shù)據(jù)集、POI數(shù)據(jù)集、背景數(shù)據(jù)集以及其他附加的專題數(shù)據(jù)集，其中位置精度評定中不考慮高程精度，并且本文暫不考慮時間精度問題。表4主要以用戶的瀏覽體驗為目標，適用于各種數(shù)據(jù)集的2維、3維、準3維的顯示。表5主要以用戶通過各種功能獲得信息的體量和體驗為目標。

表3 互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖數(shù)據(jù)質(zhì)量評價指標

表4 互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖可視化質(zhì)量評價指標

表5 聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖服務應用功能質(zhì)量評價指標

2.2.2 評價方法

檢測結(jié)果的得分按質(zhì)量指標依錯漏記錄采用扣分制，每個指標的最高分值為100分，依不同級別錯漏的比例計算，其分值為

要素的綜合得分依檢測指標采用加權(quán)平均計算分值，其計算方法為

對于一個樣區(qū)，全部主題要素的加權(quán)分值計算公式為

對多個樣區(qū)的綜合質(zhì)量得分是依樣區(qū)數(shù)進行算術(shù)平均。計算方法為

3 實驗與結(jié)果分析

3.1 實驗案例

基于本文的質(zhì)量模型，選取6家較有影響的互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖服務網(wǎng)站開展實驗。實驗的樣區(qū)以地、縣級城市為主，分別選擇5個地級城市和5個縣級城市作為樣區(qū)城市，在每個樣區(qū)內(nèi)根據(jù)道路和POI的復雜程度，裁切不小于2 km×2 km的范圍作為實際試驗的樣區(qū)范圍；樣區(qū)的基準參考數(shù)據(jù)通過外業(yè)實測獲取。瓦片地圖樣本數(shù)據(jù)通過各個地圖服務商的官方網(wǎng)站，以普通用戶訪問模式在線實時獲取。實驗中采用網(wǎng)站提供的查詢功能逐一進行POI數(shù)據(jù)的查詢，并與基準參考數(shù)據(jù)比對檢查，確定數(shù)據(jù)的完整性和一致性。對道路數(shù)據(jù)采用線路規(guī)劃功能進行線路數(shù)據(jù)完整性和正確性驗證。測試結(jié)果如圖1所示。

圖1 互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖服務測試樣區(qū)得分結(jié)果

圖1顯示6家圖商的各個樣區(qū)得分表現(xiàn)出很強的相關(guān)性。如洛陽樣區(qū)，各圖商的得分整體上基本一致，且都比較高；同樣，如當陽樣區(qū)，各家的得分整體上也基本一致，但都相對較低，反映出各圖商在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取和更新方面存在一致性。圖2顯示了各圖商的地級城市樣區(qū)數(shù)據(jù)質(zhì)量測試得分普遍高于縣級城市樣區(qū)數(shù)據(jù)質(zhì)量得分，且整體表現(xiàn)為一致的分群現(xiàn)象。同時，某些圖商的地、縣級樣區(qū)數(shù)據(jù)的得分相差接近10分，反映了圖商在數(shù)據(jù)質(zhì)量和地圖服務上存在明顯的城市級別的差別。

圖2 互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖服務測試綜合得分結(jié)果

以上的測試結(jié)果表明本文提出的質(zhì)量評價方法不僅能夠很好地評價互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖服務的質(zhì)量，而且測試的結(jié)果數(shù)據(jù)還能反映出各個互聯(lián)網(wǎng)地圖服務商在數(shù)據(jù)和服務上的精細差別。

3.2 采用Bootstrap方法估計互聯(lián)網(wǎng)地圖服務整體質(zhì)量水平

為了估計互聯(lián)網(wǎng)地圖服務質(zhì)量的總體均值，常用的方法有學生估計和非參數(shù)估計方法。分布假定總體中的各元素需要服從正太分布，而非參數(shù)估計方法不需要假定總體中的各元素的分布。由于對互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖服務質(zhì)量的分布情況缺乏相關(guān)資料，因此本文采用了Efron提出的Bootstrap[10]方法估計互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖服務整體質(zhì)量水平和置信區(qū)間。先通過蒙特-卡洛隨機方法在試驗數(shù)據(jù)中分別抽取了2000個Bootstrap樣本，并以此構(gòu)造了互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖服務質(zhì)量均值的概率經(jīng)驗分布曲線（見圖3）?；谠摻?jīng)驗分布曲線，采用非參數(shù)估計方法得到總體均值的估計和相應的置信區(qū)間（見表6）。

圖3 基于Bootstrap樣本的質(zhì)量得分均值的經(jīng)驗分布曲線

為了評估Bootstrap估計的效果，對原始試驗數(shù)據(jù)同時采用了經(jīng)典學生分布估計總體均值和置信區(qū)間，但結(jié)果顯示：在95 %置信水平下，分布的區(qū)間估計出現(xiàn)失效情況；而采用Bootstrap估計較合理，且區(qū)間估計的精度也較高。本試驗結(jié)果也從另一個方面反映出，采用分布估計評價類的數(shù)據(jù)存在一定的局限性。

表6 互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖服務質(zhì)量總體均值估計

4 結(jié)束語

互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖作為公開版地圖的一種形式，在數(shù)據(jù)集的表現(xiàn)形式和提供方式上都有自身的特點。本文基于CH/T 1019和GB/T28441的質(zhì)量評價模型，對互聯(lián)網(wǎng)模式下的導航電子地圖的質(zhì)量評價指標進行了改進，使其能更合理、更準確地反映互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖服務的質(zhì)量，并且能夠適應瓦片地圖數(shù)據(jù)條件下的用戶模式質(zhì)量檢測，可以更客觀、更真實地評價用戶能夠得到的服務質(zhì)量。實驗結(jié)果顯示本文的方法能夠較好地反映當前互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖服務的質(zhì)量狀況；同時，該方法對其他領(lǐng)域的互聯(lián)網(wǎng)地圖服務質(zhì)量的評價也具有借鑒價值。針對本文發(fā)現(xiàn)的分布的區(qū)間估計失效問題，作者后續(xù)將再開展進一步的研究。

[1] 楊洪泉. 大眾電子地圖的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 測繪通報, 2014(11): 37-41.

[2] SCHWARTZ J. Bing maps tile system[EB/OL].[2019-02-28]. https://msdn.microsoft.com/en-us/library/ bb259689. aspx.

[3] Mapbox. Vector tiles[EB/OL].（2011-02-01）[2019-02-28]. https://docs.mapbox.com/vector-tiles/reference/.

[4] 朱秀麗, 周志武, 李靜, 等. 網(wǎng)絡矢量地圖瓦片技術(shù)研究[J]. 測繪通報，2016(11)：106-109．

[5] 王家耀, 成毅. 論地圖學的屬性和地圖的價值[J]. 測繪學報, 2015, 44（3）: 237-241.

[6] 國家測繪地理信息局. 導航電子地圖檢測規(guī)范: CH/T1019-2010[S]. 北京: 測繪出版社, 2010.

[7] 中國國家標準化管理委員會. 車載導航電子地圖數(shù)據(jù)質(zhì)量規(guī)范: GB/T28441-2012[S]. 北京: 中國標準出版社, 2012.

[8] 吉建培, 葛娟, 韓文立. 互聯(lián)網(wǎng)地圖服務質(zhì)量模型初探[J]. 測繪通報2016 (3): 94-97.

[9] 張雪英, 申琪君, 龍毅. 網(wǎng)絡地圖評價指標體系及其應用[J]地球信息科學學報, 2009, 11(3): 355-362.

[10] EFRON B. Boostrap methods: another look at the Jackknife[J]. The Annals of Statistics, 1979, 7(1): 1-26.

Quality inspection on internet navigation digital maps

CAI Yanhui, SHANG Yaoling, WANG Xiaodi, BAI Jin, MA Xu

（National Quality Inspecting and Testing Center of Surveying and Mapping Products, Beijing 100830, China）

In order to further meet the quality inspection requirements of internet navigation digital map service, based on the quality evaluation models of CH/T 1019 and GB/T28441, the paper proposed a modified quality evaluation model of navigation digital maps suitable for internet tile map data format. Experimental result showed that: the proposed method could reasonably reflect the quality level of each sample area; on this basis, the non-parametric Bootstrap method could reasonably estimate the overall condition of internet map service, while the student-estimation could be out of work with the same data.

navigation digital map; tiled map; quality inspection; nonparametric estimation

P228

A

2095-4999(2019)04-0013-06

蔡艷輝，商瑤玲，王曉迪，等.互聯(lián)網(wǎng)導航電子地圖質(zhì)量檢測[J].導航定位學報,2019,7(4): 13-18.（CAI Yanhui, SHANG Yaoling, WANG Xiaodi, et al.Quality inspection on internet navigation digital maps[J].Journal of Navigation and Positioning,2019,7(4): 13-18.）

10.16547/j.cnki.10-1096.20190403.

2019-03-28

自然資源部地理信息安全監(jiān)管能力建設項目（121134000000180003）；國家測繪產(chǎn)品質(zhì)量檢驗測試中心“質(zhì)量之翼”項目（2018-zlzy-013）。

蔡艷輝（1973—），男，湖北廣水人，博士，研究員，研究方向為高精度衛(wèi)星導航定位技術(shù)與應用、測繪產(chǎn)品質(zhì)量檢驗和測試技術(shù)和方法等。