導航電子地圖主動表達模型研究

馬　健，江　南，武麗麗，馮長強

(信息工程大學，河南鄭州450052)

導航電子地圖主動表達模型研究

馬健，江南，武麗麗，馮長強

(信息工程大學，河南鄭州450052)

摘要：目前，導航電子地圖“千人一面”的服務模式不能滿足用戶追求個性的時代特點。文中從用戶因素和時空環境兩方面對導航電子地圖內容主動表達的影響因子進行深入研究，建立導航電子地圖主動表達模型。與傳統表達模式相比, 主動表達模式關注特定時空環境下用戶的個性和偏好，對有不同的認知特征和不同導航任務的用戶在不同環境下采取不同的表達策略，服務質量有所提高。

關鍵詞：導航電子地圖;用戶因素;時空環境;影響因子;主動表達模型

導航電子地圖是移動位置服務(LBS)的可視化產品，是導航數據顯示的載體。隨著現代交通、旅游業、通訊技術和網絡技術的發展，正逐漸深入到普通百姓的日常生活中。導航電子地圖的應用特點，決定其與普通電子地圖在表達方面有很大不同。如果將普通電子地圖看作文學作品，導航電子地圖則是一篇時效性很強的新聞報道。目前，對導航電子地圖表達的研究主要集中在符號設計[1]、空間認知方面[2-3],而在以用戶為中心的主動表達研究方面才剛剛起步，大大影響導航電子地圖信息傳輸的效率。

導航電子地圖主動表達，就是圍繞用戶認知特點及需求，根據導航設備所處的時空環境(設備、區域特點等)，對導航電子地圖地理要素選取并可視化的過程。主動表達，顧名思義就是以用戶能夠獲得最大認知效果的表達方法進行地圖的顯示。導航電子地圖作為普通電子地圖一種新的應用模式，其載體、用戶群體以及應用環境都發生深刻變化，導航電子地圖的表達亟需新的解決思路[4]。導航電子地圖最重要的特征是移動性，其表達內容隨著環境的變化以及用戶的操作不斷更新。移動性的特點一方面注定導航電子地圖最重要的任務是讓用戶快速理解地圖，及時從圖中獲得位置相關的信息。因此，需要將用戶關注的信息以一種最符合用戶認知思維習慣的方式提供給用戶；另一方面，移動性對導航電子地圖數據的顯示速度提出更高的要求[5]。

目前，對導航電子地圖的主動表達的研究集中在比例尺的自適應調整方面[6]，對用戶和時空特征研究較少，但導航電子地圖面向個體用戶，應更切合用戶的認知水平、認知習慣及任務需求，而且應能根據其時空環境的不同，調整其表達方式，使表達效果更便于用戶接受導航信息。

因此，本文針對導航電子地圖用戶需求、使用環境、設備特點等因素，在傳統導航電子地圖的可視化理論的基礎上進行深入研究， 并構建面向個體用戶主動表達的用戶興趣模型，為主動表達技術的發展和導航電子地圖自動化、智能化程度的提高奠定理論基礎。

1導航電子地圖主動表達的影響因子分析

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

圖1　移動環境中影響信息選擇及表達的因素

1.1　用戶因素直接影響導航電子地圖主動表達

主動表達主旨在于體現用戶的需求并為用戶服務，用戶因素是影響導航電子地圖主動表達的核心，因此一切都要從用戶的角度出發，分析用戶的認知特點及任務需求，才能實現導航電子地圖主動表達。

1.1.1　用戶認知特征

用戶是影響主動表達的關鍵和主導因素，其認知特征直接影響POI的選取與表達。認知過程有很強的目的性，導航地圖的作用是以最小代價提供相關位置服務和輔助決策信息[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行信息抽取與可視化，表1總結用戶群的認知特征。

表1　用戶認知特征表達需求分析

1.1.2　導航任務

導航任務作為用戶的需求，也屬于用戶因素的大范疇。不同的任務，其表達特點有所不同。表2詳細分析幾種常用的導航任務的表達特點。

1.2　時空環境間接影響導航電子地圖主動表達

用戶在特定的時空環境下使用導航設備，不同的時空環境用戶認知能力不同，用戶不斷對時空環境進行反饋，導航系統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模型的基礎。

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

表2　導航任務表達需求分析

該部分針對時空環境表達方法的研究是以符合一般用戶認知習慣為原則，屬于先驗知識的范疇。導航地圖是面向個體用戶的，因此需要在通用表達機制的基礎上研究每個用戶的個性特點。除了用戶自身的因素外，用戶對不同的時空環境反應也是不同的：有的用戶對環境變化較為敏感，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航電子地圖主動表達模型，引入自學習機制，通過分析歷史記錄挖掘特定時空環境下用戶的個性需求和偏好，體現導航電子地圖主動表達服務用戶的理念。

2導航電子地圖主動表達模型的構建及觸發

為了定制因人而異的服務模式，需要研究個體用戶在特定時空環境的認知特征，本文通過用戶歷史操作記錄挖掘用戶的偏好信息，在此基礎上建立導航電子地圖主動表達模型，實現對導航地圖表達的內容進行主動調整。本文建立的顧及用戶及時空環境的主動表達模型主要涉及對表達有較大影響的方面，對諸如屏幕顯示能力和數據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為結論因子；s1，s2為可靠性因子。具體含義及描述形式為：M為導航任務類型,以整形數值表示；T代表時間特征，用6個整數分別表示早上、上午、中午、下午、傍晚、夜晚；S代表空間特征，用三位整數表示，高位整數代表行政區劃等級，中間位置整數以區分城市和農村，第三位分別表示密集區、較密集區、較為適中區域、較為稀疏區、稀疏區；I為當前條件下的權重興趣點有所增加的類型，s1為對應的該興趣點權重增加的可靠性。R為當前條件下的比例尺級別，表示當前條件下用戶對R級別比例尺的偏好權重，s2為比例尺級別的可靠性；L為當前條件下適宜的載負量，s3為此載負量的可靠性。可靠性用1~10表示，每一條件最多產生10個結論因子。在初始設置的基礎上當新的用戶記錄傳入該模型，首先尋找匹配的條件因子和結論因子，如果非最高值(10)，將可靠性調整到10，其他的依前面的順序排列。具體示例(顧及文章的可讀性，此處沒有進行編碼處理)如表3所示。

對導航歷史記錄進行形式化表達之前，還需對其進行預處理，因此引入模型庫機制。用戶在導航地圖上的操作主要包括放大、縮小、漫游、設置興趣點、設置起始點目標點等。針對前3種操作，模型庫處理方法主要包括以下兩種：對連續相同的操作進行合并，如連續的放大；對于短暫連續時間內的互異操作，如放大、縮小，視為用戶錯誤操作，對該種噪聲數據予以刪除。在導航電子地圖主動表達模型支持下的主動表達過程如圖2所示。

表3　主動表達模型簡要示例

圖2　導航電子地圖主動表達過程

從圖2可以看出，系統收集用戶導航任務信息以及當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，根據用戶偏好進行表達，在此過程中，用戶將根據自己的需求不斷地操作，將此操作記錄到歷史記錄，模型庫對數據進行分析，并調整記錄的可靠性。正是由于反饋機制的存在，該模型具有一定程度的自學習能力，經過多次使用和訓練，該模型將越來越“熟悉”用戶的認知習慣，用戶使用起來將越來越得心應手。

此模型首先在用戶設置目的點及興趣點時確定用戶的導航任務，比如興趣點是“火鍋店”，導航任務為尋找單個模糊目標，設置目的點是“**

市”，表明導航任務為旅游或出差，導航任務對應的編碼記錄為M；用戶認知特征一般有默認參數，也可由用戶在導航前設置，不同的用戶認知特征將改變整體載負量、POI載負量的大小(具體數值將根據經驗值設定)，即在模型給出結果之后將第二次調整；提取當前目標所在行政區劃判斷區域特征；提取用戶設置的興趣點類型，將興趣點本身的重要性(在屬性數據中)進行綜合，得到POI綜合的權重；系統時間信息的提取直接簡單計算得到時間編碼。將規則的條件，根據模型查找最優可靠性表達策略進行符號表達[12]。因此，本模型是個實時應用實時更新的模型。

3實驗

為了驗證本文研究的有效性，筆者在VS2010平臺上開發了相應的試驗系統，基于鄭州市導航數據進行相關實驗。引入主動表達模型后， 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、相同的移動環境中，截取典型區域效果對比圖如圖3、圖4所示，其中圖3是沒有引入主動表達模型的普通的導航地圖，圖4是引入針對某用戶的主動表達模型下相同時空環境的導航地圖。

圖3　普通模式下的導航地圖

通過兩圖的對比可知，引入主動表達模型的導航地圖，考慮到用戶的需求，針對在該導航時空環境下某偏好于餐飲類的用戶，在表達時將餐飲類的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結束語

本文對導航電子地圖內容主動表達的影響因子從用戶因素和時空環境兩方面進行深入研究，在此基礎上建立導航電子地圖主動表達模型，與沒有引入主動表達模型的傳統表達模式相比,主動表達對不同的用戶采取不同的表達策略，顯然具有更高的服務質量。本文為導航電子地圖內容主動表達理論體系的構建做了一定的探討，但是本文構建的模型具體的參數、最合理的設置還需要經過導航實踐和專家討論，是下一步要進行的工作。

圖4　引入主動表達模型的導航地圖

參考文獻：

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

[責任編輯：張德福]

中圖分類號：P208

文獻標志碼：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 國家自然科學基金資助項目 (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