基于情境的位置地圖表示內(nèi)容研究

周小軍，王光霞，袁　田，齊曉飛

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

地理空間中的對(duì)象或事件普遍具有位置信息這一基本屬性，因此，多種來(lái)源不同的環(huán)境信息、事件信息都能根據(jù)地理位置進(jìn)行有效的關(guān)聯(lián)和融合。在面對(duì)海量的多源信息時(shí)，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(guò)分析推理主動(dòng)為用戶提供需要、感興趣的服務(wù)信息，成為新階段移動(dòng)地圖位置服務(wù)需要解決的重要問(wèn)題。目前大多數(shù)移動(dòng)地圖在服務(wù)應(yīng)用時(shí)，缺乏對(duì)用戶情境的考慮和研究，導(dǎo)致地圖表示內(nèi)容沒(méi)有按照需求進(jìn)行合理選取并進(jìn)行主動(dòng)推送，顯示內(nèi)容存在選取過(guò)多或是過(guò)少的問(wèn)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(yīng)運(yùn)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(jì)

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(yīng)要素。位置地圖要求電子地圖從過(guò)去的通用型向個(gè)性化、主動(dòng)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(duì)基礎(chǔ)地理要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行表示之外，還需要關(guān)注與當(dāng)前位置關(guān)聯(lián)的POI數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)信息、事件信息等各種多源信息，并對(duì)它們進(jìn)行實(shí)時(shí)的、智能的分析和推理，將對(duì)用戶有實(shí)際用途的數(shù)據(jù)進(jìn)行主動(dòng)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(wù)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(huì)經(jīng)濟(jì)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?cái)?shù)據(jù)主要包括POI信息數(shù)據(jù)、時(shí)間距離信息數(shù)據(jù)、事件信息數(shù)據(jù)、特殊實(shí)體或場(chǎng)景信息數(shù)據(jù)。用戶活動(dòng)或是任務(wù)目標(biāo)對(duì)于專題疊加要素?cái)?shù)據(jù)的需求是多樣化的，因此專題疊加要素?cái)?shù)據(jù)也是可增減的。一般來(lái)說(shuō)，位置地圖中專題疊加要素?cái)?shù)據(jù)的作用意義大于基礎(chǔ)底圖要素?cái)?shù)據(jù)，但在一些特定位置服務(wù)和應(yīng)用中，基礎(chǔ)底圖中某些要素?cái)?shù)據(jù)的作用也會(huì)占據(jù)主要地位，需要按照專題要素的表達(dá)特點(diǎn)進(jìn)行處理。位置地圖的基礎(chǔ)底圖要素選取和表達(dá)的總體要求是簡(jiǎn)潔、清晰，而專題疊加要素則更側(cè)重適人化、個(gè)性化的設(shè)計(jì)和表達(dá)。位置地圖中表示的要素?cái)?shù)據(jù)是以圖層的形式進(jìn)行存儲(chǔ)的，它們共同作用為用戶提供所需的位置服務(wù)。位置地圖表示內(nèi)容框架如圖1所示。

圖1　位置地圖表達(dá)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(jí)與分類

情境是一個(gè)適用范圍很廣泛的概念，不同領(lǐng)域?qū)τ谇榫秤胁煌睦斫狻Ｎ恢玫貓D情境是指與位置地圖制作和應(yīng)用相關(guān)的、對(duì)位置地圖的表達(dá)與服務(wù)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(wù)需求、目標(biāo)、周圍環(huán)境和位置等信息稱為情境信息。

用戶活動(dòng)是情境的組成部分，情境包含了活動(dòng)，它們?cè)谖恢玫貓D中是相互作用的，活動(dòng)能將各種情境信息進(jìn)行聚合，而情境則能以用戶活動(dòng)為實(shí)例。在活動(dòng)理論中，人的活動(dòng)被分為活動(dòng)、行為和操作3個(gè)層次，其中操作為最底層，是在一定客觀環(huán)境下無(wú)主觀意識(shí)、自動(dòng)化的，行為是中間層，由不同數(shù)量的操作組成，活動(dòng)是最高層，包含以具體目標(biāo)為中心的一系列行為。

在位置地圖中，不合理的情境分級(jí)易造成情境相互包含的邏輯錯(cuò)誤，并導(dǎo)致位置地圖在不同情境間進(jìn)行切換時(shí)產(chǎn)生困難。情境描述的是用戶活動(dòng)與客觀現(xiàn)實(shí)世界的相互關(guān)系，具體表現(xiàn)是用戶活動(dòng)與各種情境信息的相互作用和關(guān)聯(lián)。從活動(dòng)理論的角度出發(fā)，通過(guò)對(duì)活動(dòng)理論中活動(dòng)、行為和操作這3個(gè)層次的研究，將它們與位置服務(wù)相關(guān)的情境信息進(jìn)行綜合描述、歸納和梳理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)位置地圖中情境的分類分級(jí)。本文采用將位置地圖情境分為活動(dòng)情境、行為情境和操作情境的分級(jí)體系?；顒?dòng)情境位于情境的頂層，主要受到用戶自身特征、心理活動(dòng)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(dòng)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(duì)獨(dú)立性，可以進(jìn)行組合表達(dá)。圖2是情境分級(jí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2　情境分級(jí)結(jié)構(gòu)

對(duì)于位置地圖情境進(jìn)行分類，主要是對(duì)不同層次情境內(nèi)容的劃分?；顒?dòng)情境主要可以分為非流程活動(dòng)、流程活動(dòng)和復(fù)合活動(dòng)；位置地圖行為情境可以分為導(dǎo)航行為、定位行為、查詢行為、識(shí)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(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息的疊加操作、時(shí)間距離的疊加操作和特殊場(chǎng)景的疊加操作。位置地圖情境中，不同層次的活動(dòng)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(guò)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?cái)?shù)據(jù)。

2.2活動(dòng)情境與位置地圖表示內(nèi)容關(guān)系構(gòu)建

活動(dòng)情境中，非流程活動(dòng)主要是根據(jù)用戶特征和周圍客觀環(huán)境而產(chǎn)生的沒(méi)有確定目的的活動(dòng)。與非流程活動(dòng)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(dòng)是指用戶按照任務(wù)目標(biāo)為中心進(jìn)行的活動(dòng)，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(dòng)相關(guān)的情境信息主要有位置信息、時(shí)間信息和POI信息。其中，位置信息是一種語(yǔ)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(shí)間信息主要有時(shí)間點(diǎn)和時(shí)間段兩種形式[8][9]，包括時(shí)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(fù)合活動(dòng)是用戶綜合性的活動(dòng)，由非流程活動(dòng)和流程活動(dòng)組成，因此，與流程活動(dòng)相關(guān)的情境信息主要有用戶信息、位置信息、時(shí)間信息和POI信息。不同活動(dòng)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(dòng)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(ài)好、任務(wù)目的需求而對(duì)相關(guān)地理實(shí)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(ài)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(dǎo)航行為是為用戶提供路線規(guī)劃和實(shí)時(shí)導(dǎo)航，并以地圖為平臺(tái)進(jìn)行可視化表達(dá)的行為，與其相關(guān)的情境信息主要有位置信息、時(shí)間信息、POI信息、實(shí)時(shí)動(dòng)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(dāng)前位置和規(guī)劃導(dǎo)航路線；時(shí)間信息是對(duì)導(dǎo)航行為過(guò)程中的時(shí)間約束和時(shí)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(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息包括動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)和天氣數(shù)據(jù)，它們對(duì)導(dǎo)航過(guò)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(duì)導(dǎo)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(jìn)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(yǔ)義位置。識(shí)別行為主要是將用戶感興趣的信息進(jìn)行提取并推送給用戶使用。與識(shí)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(duì)在一定時(shí)間和特定范圍內(nèi)對(duì)用戶的行為產(chǎn)生作用的事件進(jìn)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(shí)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(jí)別，時(shí)間信息是指事件發(fā)生的起始時(shí)間點(diǎn)、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度、結(jié)束時(shí)間，位置信息是對(duì)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(shí)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(lái)描述用戶與所需POI的位置，時(shí)間信息對(duì)用戶執(zhí)行具體任務(wù)產(chǎn)生時(shí)間約束作用。疊加時(shí)間距離操作是判斷用戶當(dāng)前的速度能否在一定的時(shí)間內(nèi)完成從當(dāng)前位置到目標(biāo)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(shí)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(shí)間信息、興趣點(diǎn)信息、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息。疊加特殊場(chǎng)景操作是將用戶位置周圍、感興趣或是重點(diǎn)關(guān)注的實(shí)體對(duì)象提供給用戶使用。與疊加特殊場(chǎng)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(shí)例

實(shí)例：以張麗(基本信息：女，27歲，本科，愛(ài)好餐飲美食和折扣事件)從科學(xué)大道與瑞達(dá)路交叉口為出發(fā)點(diǎn)，計(jì)劃乘車去鄭州“二七”萬(wàn)達(dá)看一場(chǎng)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(dāng)前時(shí)間為18:30。

1)去“二七”萬(wàn)達(dá)看電影的活動(dòng)模型。該活動(dòng)是按一定邏輯順序進(jìn)行的復(fù)合活動(dòng)，主要包括過(guò)程有去“二七”萬(wàn)達(dá)、到達(dá)電影院、購(gòu)買電影票、等候進(jìn)電影播放廳等，它們是按一定邏輯流程進(jìn)行的。在等候進(jìn)電影播放廳時(shí)，用戶可能會(huì)選擇逛商場(chǎng)，該行為的發(fā)生沒(méi)有特定目的，是一個(gè)非流程的活動(dòng)。該活動(dòng)包括的行為情境有導(dǎo)航行為、定位行為、查詢行為、識(shí)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(shí)間距離操作、疊加特殊場(chǎng)景操作。它們的關(guān)系流程如圖3所示。

圖3　實(shí)例中活動(dòng)、行為、操作的關(guān)系流程

2)實(shí)例中位置地圖的表示內(nèi)容選取過(guò)程。實(shí)例的整個(gè)過(guò)程分為室外和室內(nèi)兩個(gè)階段。室外階段中，位置地圖底圖要素的選取主要是通過(guò)獲取用戶活動(dòng)目的，分析出“去‘二七’萬(wàn)達(dá)”是一個(gè)典型的“交通導(dǎo)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?cái)?shù)據(jù)選取主要分為5個(gè)部分：一是根據(jù)“去‘二七’萬(wàn)達(dá)看電影”的情境活動(dòng)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(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息、位置信息和時(shí)間信息；二是POI選取的過(guò)程。在導(dǎo)航過(guò)程中，需要對(duì)導(dǎo)航路線周邊的地標(biāo)類POI、餐飲美食類POI進(jìn)行選取表示，這個(gè)過(guò)程受到設(shè)備屏幕尺寸和用戶特征信息的制約；三是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的選取。主要是選取對(duì)用戶行駛過(guò)程中有影響的時(shí)間距離信息、天氣信息以及道路交通信息，利用GIS模塊對(duì)導(dǎo)航路線進(jìn)行距離計(jì)算，并結(jié)合當(dāng)前行駛速度，進(jìn)行分析計(jì)算，提供時(shí)間、路線的提示信息；四是特殊場(chǎng)景數(shù)據(jù)的選取。選取導(dǎo)航路線上的立交橋、隧道和大型十字路口等數(shù)據(jù)進(jìn)行推薦表達(dá)，根據(jù)用戶視覺(jué)體驗(yàn)特點(diǎn)，設(shè)定在用戶距離特殊場(chǎng)景30 m時(shí)，主動(dòng)推送相關(guān)特殊場(chǎng)景信息；五是事件信息數(shù)據(jù)的選取。在用戶導(dǎo)航路線行進(jìn)中，需要循環(huán)查詢計(jì)劃行駛路線上是否發(fā)生影響用戶活動(dòng)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(shí)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(duì)室內(nèi)結(jié)構(gòu)要素和實(shí)體對(duì)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(gè)部分：一是進(jìn)入“二七”萬(wàn)達(dá)后，涉及的情境信息主要是室內(nèi)POI信息、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息和事件信息；二是室內(nèi)POI選取過(guò)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(guò)用戶室內(nèi)步行速度與時(shí)間限制確定搜索的最大范圍半徑，并通過(guò)POI的選取數(shù)量限制對(duì)適宜POI進(jìn)行綜合選?。蝗菍?shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)選取過(guò)程。主要是用戶在等待進(jìn)電影播放廳的時(shí)間長(zhǎng)度限制下，“去興趣點(diǎn)”活動(dòng)中的時(shí)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(guò)程。通過(guò)獲取商場(chǎng)的折扣事件信息，對(duì)折扣事件的程度、距離用戶當(dāng)前位置的長(zhǎng)短以及用戶品牌喜好進(jìn)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(shí)例分析。通過(guò)以上實(shí)例，可知與一般移動(dòng)地圖相比，位置地圖在表示內(nèi)容選取上更加強(qiáng)調(diào)以用戶需求為中心，通過(guò)將位置、情境與專題信息關(guān)聯(lián)起來(lái)，綜合考慮用戶信息、情境和屏幕尺寸對(duì)地圖表示內(nèi)容的影響，選取過(guò)程主要是依據(jù)相關(guān)模型進(jìn)行主動(dòng)推理實(shí)現(xiàn)。實(shí)例中位置地圖在表示內(nèi)容選取中更加注重適應(yīng)用戶、情境、設(shè)備等綜合約束條件和規(guī)則，強(qiáng)調(diào)對(duì)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(dòng)推薦。

4結(jié)束語(yǔ)

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(wù)需要從室外走向室內(nèi)，從地上走向地下，從模糊走向精準(zhǔn)，并從單純的位置服務(wù)發(fā)展為全息位置感知的綜合信息服務(wù)，使得基于該類的地圖實(shí)現(xiàn)泛在空間信息智能服務(wù)成為可能。因此，位置地圖表示內(nèi)容也會(huì)隨著研究的深入有新的拓展，對(duì)位置地圖表示的內(nèi)容也需要進(jìn)行進(jìn)一步更深入地研究。

圖5　實(shí)例中室內(nèi)位置地圖表示內(nèi)容

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摘要：文章在對(duì)位置地圖表示內(nèi)容進(jìn)行梳理、歸納和總結(jié)的基礎(chǔ)上，對(duì)位置地圖表示內(nèi)容進(jìn)行總體框架性設(shè)計(jì)，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(duì)象要素進(jìn)行了描述。重點(diǎn)對(duì)位置地圖情境進(jìn)行分類分級(jí)，分別構(gòu)建活動(dòng)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(shí)例對(duì)位置地圖表示內(nèi)容選取的實(shí)例化流程進(jìn)行描述，驗(yàn)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(dòng)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(jiǎn)介：周小軍(1986-)，男，博士.

基金項(xiàng)目：國(guó)家863計(jì)劃資助項(xiàng)目(2013AA12A202)

收稿日期：2015-07-23；修回日期：2015-08-22

中圖分類號(hào)：P208

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-7949(2016)02-0022-06