基于模板的位置地圖表達運行機制研究

袁　田，王光霞，周小軍，3，齊曉飛

(1.61139部隊，北京 100088；2.信息工程大學 地理信息空間學院，河南 鄭州 450052；3.61206部隊，北京 100042)

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基于模板的位置地圖表達運行機制研究

袁田1，王光霞2，周小軍2，3，齊曉飛2

(1.61139部隊，北京 100088；2.信息工程大學 地理信息空間學院，河南 鄭州 450052；3.61206部隊，北京 100042)

對位置地圖表達模板及表達約束條件進行分析研究，初步設計基于模板的位置地圖表達框架。在顧及用戶背景信息、地圖顯示載體信息、情境信息的綜合作用下，通過對情境信息進行解析和推理，建立不同地圖疊加要素與位置地圖要素表達模板的映射關系，并對位置地圖表達的觸發原理、觸發判斷和運行機制進行分析研究。

位置地圖；模板；情境；運行機制

模板是同一類事物共同特征的集合，任何一個具體的事物都可以作為以模板為超類派生的實例[1]，模板類似于規范或者標準，在不同約束條件下，模板會產生不同變化[2]。地圖表達模板主要是將不同方式、不同類型的可視化表達方法進行抽象和歸納，并將它們與特定的符號設計、注記配置等信息進行關聯和組合，使之成為一種圖形化的表達樣式。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的各種特征、事件或事物的數字地圖[3]。因此，通過將模板的相關理論和技術引入到位置地圖表達中來，就是為了對制圖過程中共有的特征進行模塊化的描述，以減少地圖制圖的復雜性和冗余性，提高制圖的效率。本文中，位置地圖表達模板是通過對用戶信息與情境的分析推理，獲取需要表達的地圖內容，并將對應的地圖表達方式利用模板技術進行固化。用戶、情境[4]等因素的變化會觸發不同的位置地圖表示內容和表達方式，通過表達模板的變化可以實現它們之間快速地切換，提高地圖表達的靈活性和效率。

1　基于模板技術的位置地圖表達

1.1位置地圖表達模板

位置地圖中，將多種地圖表達方式和設置信息進行固化并制作成與用戶背景信息、情境信息[5]相關聯的模板，能夠提高位置地圖可視化表達過程的清晰性，解決位置地圖表示內容推理和可視化表達之間的關聯銜接問題。位置地圖中表達模板庫的設計需要具有可關聯和組合的特點，每一個具體的模板單元都是一個小模塊，一定數量的小模塊通過關聯組合形成位置地圖特定的表達模板。此外，制圖效率也是一個重點考慮的問題，針對用戶的操作或是情境的變化，較長的反應時間會使用戶產生一定的焦慮感和厭惡感，影響地圖體驗。由于不同表達方法和相關設置信息已經提前制作成可直接調用的模板，因此，位置地圖中，通過推理判斷在不同表達模板間進行切換或組合即可實現地圖不同表達方式間的快速切換，提高用戶使用地圖的舒適感和滿意感。

位置地圖表達模板的設計主要有兩種模式，一種是針對不同用戶信息、不同情境信息分別建立模板，其形式是碎片化的，需要根據用戶的分類，情境的分類，情境階段的不同而建立不同模板。該模式的優點是表達模板的流程是線性的，觸發判斷條件清晰，缺點是需要設計種類繁多的模板，模板間也存在重復和冗余。另一種模式是通過分析用戶信息、情景信息與位置地圖表達內容和方式的關系，針對這種動態變化的關系進行地圖表達模板的設計，該模式的主要特點是能根據約束條件觸發不同的表達模板，表達較為靈活，也更加適合于位置地圖表達設計的要求。

1.2位置地圖表達中的約束條件

位置地圖的可視化表達，需要根據用戶信息、顯示屏幕尺寸信息和情境的不同選擇不同的表示內容和可視化方式進行表達。其中，用戶背景信息獲取比較容易，直接通過界面的交互操作即可獲得；對于情境信息的獲取，則需要通過對不同層次情境與情境信息的關系進行分析推理獲得。位置地圖情景推理由情境的解釋推理和情境的綜合推理兩個方面組成，情境的解釋推理是通過各種傳感器獲取用戶信息、位置信息[6]等基礎數據，并進行高層次情境信息的挖掘過程，而情境的綜合推理則是通過高層情境信息和關系推理獲取用戶可能潛在的服務需求。位置地圖中，情境的推理過程主要包括用戶活動判斷，情境信息關系提取和位置服務的綜合推理。用戶活動判斷主要是分析獲取用戶的活動位置信息，進而判斷用戶活動屬于何種類型的情境；情境信息關系提取則是要分析活動與情境信息之間的關聯關系，并提取相關的情境信息；位置服務的綜合推理是在前兩個過程的基礎上，通過相應的規則、算法分析推理出用戶在當前位置和情境下所需的服務信息。與位置地圖表達相關的用戶信息、屏幕尺寸信息和情境信息都是約束條件，它們都會影響位置地圖的最終表示內容和表達方法。位置地圖中的約束條件是通過規則語句進行描述的，而對約束條件的解析則是將規則描述語句通過計算機中預先設定相應的執行動作來進行映射，使位置地圖能夠按照不同的策略運行。具體約束條件數量的多少主要跟對位置地圖情境表達的理解、分析、建模、推理設計的詳細程度有關。位置地圖的可視化表達，需要將地圖顯示模塊和約束條件的解析進行匹配和關聯，并建立相應的映射關系。地圖顯示模板也需要根據約束條件的解析進行模塊化的制作，每一個具體的模板都對應一種約束條件的解析結果。

位置地圖不同表達模板間的切換方式主要有3種：①用戶完全主導型切換方式。該方式是地圖表達不同模板之間的切換完全根據用戶的選擇而確定，位置地圖表達系統不提供模板表達的主動推送服務。②用戶參與的切換方式。該方式需要用戶手動觸發相關約束條件，位置地圖表達系統通過相關約束條件的解析和判斷，推送相應的表達內容和表達方式的模板。③自適應的切換方式。該方式主要是指系統能對用戶的背景信息、情境信息進行綜合的推理、判斷、分析，并根據處理結果主動推送相應的表達模板。詳細描述如表1所示。

表1　位置地圖模板切換方式

1.3位置地圖表達的框架設計

位置地圖表達的框架設計主要內容包括用戶背景信息獲取、顯示設備屏幕尺寸對表示內容的影響分析、情境觸發條件的判斷、約束條件語句的解析以及表達模板的匹配選取。它們之間互相作用，共同組成了位置地圖的表達框架，詳細描述如圖1所示。

圖1　位置地圖表達框架設計圖

1)用戶背景信息的獲取。用戶背景信息的獲取主要是通過對用戶的特點、興趣愛好、圖形認知習慣等數據的分析、歸納實現對用戶類型的分類，并將其對位置地圖表達的影響因素描述成相應的約束條件和規則。其獲取方式主要是通過設定相應的界面，讓用戶進行交互操作和填寫相關信息來實現。

2)顯示載體屏幕的尺寸。顯示載體屏幕的尺寸是指用戶使用顯示設備的屏幕大小，主要是以地圖載負量和用戶的視覺感受為前提條件，選擇適量的地圖要素進行可視化表達，過多或過少的要素表達都會影響位置地圖的認知效果。

3)情境觸發條件的判斷。位置地圖情境信息會隨著用戶需求、時間信息和位置信息的變化而改變，而位置地圖情境信息的不同又會導致其表示內容和表達方式的改變，這種改變是在用戶情境信息變化的關鍵點上進行切換的。因此，位置地圖表達模式的切換需要考慮情境信息在何種條件下會觸發切換。

4)約束條件語句的解析。位置地圖中約束條件語句的解析主要是將相關約束條件語句描述成位置地圖表達系統所能理解的方式。約束條件語句的解析又分為底圖要素情境表達語句解析和專題疊加要素表達語句解析，目的都是將情境推理中的規則、約束條件與地圖表達模板進行關聯和映射。

5)表達模板的匹配選取。位置地圖表達模板的匹配選取是將已經過推理分析的結果與地圖可視化表達模板進行合理的匹配和選取，不同的推理分析結果對應不同的表達模板，模板的匹配和選取受到多個因素的共同約束和影響。

2　位置地圖要素表達的觸發運行機制

2.1位置地圖要素表達的觸發原理

位置地圖要素表達的觸發原理主要是通過對用戶背景信息、地圖顯示設備屏幕尺寸以及情境信息的歸納，分析它們對地圖底圖要素以及專題疊加要素表達模板的影響，建立映射關系索引表，解析推理約束條件語句從而確定位置地圖表達的數據內容，并根據觸發運行機制選擇對應的表達模板。因此，位置地圖要素表達的觸發過程包括觸發條件判斷、約束條件語句的解析以及表達模板索引表的建立。在觸發條件判斷中，需要確定情境信息與底圖要素表達模板的觸發判斷條件以及用戶活動操作與專題疊加要素表達模板的觸發判斷條件，這里的情境信息主要是指與用戶位置密切關系的時間、位置、實時動態信息，用戶活動操作主要包括POI信息疊加、時間距離信息疊加、事件信息疊加以及特殊場景信息的疊加；對于約束條件語句的解析主要是將約束條件描述為能被系統理解的執行語句；表達模板索引表的建立主要是將變化的情境信息與其相應的表達模板進行索引關聯，并對關聯關系進行構建。具體過程如圖2所示。

圖2　位置地圖要素表達的觸發過程

2.2位置地圖要素表達的觸發判斷

位置地圖要素表達的觸發判斷主要包括底圖要素表達的觸發判斷以及疊加要素表達的觸發判斷。對底圖要素表達產生影響的因素主要有用戶背景信息，時間、位置、天氣狀況信息與動態交通信息，其中任何一個因素的變化都會導致底圖要素表達模板的改變。對位置地圖專題疊加要素表達產生影響的主要因素有興趣點信息、時間距離信息、事件信息以及特殊場景信息。

2.2.1位置地圖中底圖要素表達的觸發判斷

1)用戶背景信息對底圖要素表達的觸發判斷。該觸發判斷主要是指用戶不同的年齡、性別、知識結構、興趣喜好對底圖要素表達內容、符號類型、顏色設置的影響。對于有地圖知識基礎的用戶，底圖內容需要更加詳實，符號設計可以更加抽象和具有概括性；而對于用圖經驗較少的用戶則需要減少底圖要素表示的數量，符號設計也應該更加直觀和通俗易懂。

2)位置信息對底圖要素表達的觸發判斷。這里的位置信息是一個相對的位置描述，主要區別用戶所處的是室內空間還是室外空間。室外位置地圖底圖的表示內容主要包括道路、居民地、水系等，表達的主要方法是二維矢量或柵格地圖，圖面總體顏色以淺色為主，地圖表達的比例尺概念清晰。對于處于室內位置的用戶來說，室內位置地圖底圖要素的表示內容主要是指室內路線、室內廣場、樓梯、電梯等設施，可視化表達主要采用二維線劃和三維模型結合的方式，圖面顏色設置更加多樣豐富，基本無比例尺概念。

3)時間信息對底圖要素表達的觸發判斷。不同時間段對用戶用圖感受的影響是不同的，白天光照強度大，用戶意識清醒，位置地圖底圖的設色亮度需要較高，推送服務也可以更多；對于晚上的時間段來說，環境光線較暗，因此位置底圖設色亮度要減低，推送的服務也需要相應減少。

4)實時動態信息對底圖要素表達的觸發判斷。實時動態信息主要包括實時交通狀況信息和天氣信息，實時交通狀況信息會影響底圖數據中道路表達的顏色設置，一般用紅色表示交通堵塞，綠色表示交通通暢，其中顏色亮度的變化又可以表示交通堵塞或是通暢的程度。天氣信息對底圖要素表達的影響主要是指晴天、雨天、霧天、雪天等不同天氣情況對底圖表示內容、圖面設色和符號設計的影響。

這里對用戶信息、情境信息、屏幕尺寸對位置地圖底圖要素表達的影響進行歸納總結，并制成不同的模板。表2描述的是它們與底圖要素表達模板的索引映射。

表2　不同因素與底圖要素表達模板的索引映射

2.2.2位置地圖中專題疊加要素表達的觸發判斷

1)用戶興趣點信息表達的觸發判斷。位置地圖中興趣點數量巨大，種類繁多，不同類型的興趣點在符號樣式、符號大小、符號色彩等方面都存在不同。興趣點數據按功能類型可分為餐飲、住宿、商店等，不同類別興趣點的表達主要是通過符號設計樣式的不同來加以區別，對于同一類別中不同級別興趣點的表達則主要是通過符號尺寸大小來描述。對于用戶主動搜索或是通過情境推理結果確定的相關興趣點數據，還需要根據興趣點的級別和重要性等級進行選取，以確定哪些興趣點數據最終需要表達并以何種方式表達。

2)時間距離信息表達的觸發判斷。該觸發判斷主要是指對用戶活動產生影響的時間和距離信息，它是經過計算和推理獲得，并被主動推送給用戶使用，起到提示作用。其在表達過程中主要是通過文字注記的方式進行顯示，字體顏色、字體大小都會代表不同的含義，如通過注記顏色和大小的不同可以描述時間距離信息的緊張程度。

3)事件信息表達的觸發判斷。該觸發判斷主要是對事件類型、事件影響程度以及事件發生的時間進行分析判斷，通過符號設計中的風格樣式、大小以及注記標識等方式進行區別。其中，符號的風格樣式主要是對時間類型的性質描述，符號大小是對該事件發生程度的描述，而注記字號大小則是對事件發生時間的描述。

4)特殊實體對象和場景表達的觸發判斷。這里所指的特殊實體對象和場景主要是指城市區域范圍內對用戶活動、情境信息能夠起到影響的特殊地理實體。對于該類實體的表達主要是通過符號樣式進行描述，例如對于立交橋這個實體對象，可以通過三維模型符號的樣式進行表達，直觀地展現立交橋的空間結構特征。

不同的專題疊加要素在表達中，符號的設計(符號類型、符號顏色、符號尺寸)和注記設計(注記字體、注記字大小、注記顏色)都會有所不同。因此，針對不同的專題疊加要素表達，需要建立它們與符號設計模板、注記設計模板的索引映射關系，具體如表3所示。

表3　不同疊加要素與表達模板的索引映射關系

2.3位置地圖要素表達運行機制

位置地圖要素表達運行是指在用戶背景信息、顯示載體信息、情境信息的基礎上，對約束條件語句進行解析，并對情境信息和用戶活動操作進行推理，建立位置地圖要素表達模板映射機制并運行的過程。該過程主要包括底圖要素表達運行和專題疊加要素表達運行兩個主體部分。

在底圖要素表達運行中，要素表達模板的選擇和使用會隨著用戶背景信息、時間信息、位置信息、實時動態信息的變化而改變，模板的設計和制作也需要能根據影響信息的變化而進行修改。底圖要素表達運行的具體過程為：①對用戶的位置和情境信息進行解析，將其描述成能被底圖要素表達模板識別的約束條件語句，并對語句的合理性和邏輯性進行檢查。②對解析獲得的位置和情境信息進行模板庫的關系映射，并對模板庫中受到多個信息影響的模板進行修改。③用經過修改的模板替換原模板庫中對應的模板，并將各模板進行組合，形成底圖要素表達的最終表達模板。在專題疊加要素表達運行中，需要重點考慮的問題有：哪些專題疊加要素需要表達、表達的方式是什么、對于表達后的效果有什么要求。專題疊加要素表達運行的具體過程為：①對用戶的情境信息進行推理、解析并判斷哪些專題疊加要素需要表達。②將解析后的約束語句進行分解并與表達模板庫進行關系映射。③綜合分析用戶信息與情境活動推理信息，選擇關聯的專題疊加要素表達模板進行組合與表達。位置地圖要素表達運行的流程描述如圖3所示。

圖3　位置地圖要素表達的觸發過程

3　結束語

地圖作為位置服務的重要載體，建立位置地圖要素表達觸發運行機制，對于增強用戶識圖、用圖的效率和地圖數據選取與表達的適人化、個性化，都具有十分重要的作用。為此，本文開展了位置地圖表示內容框架與表達觸發運行機制的研究，但相對于現實世界中用戶多種多樣的位置服務需求來說，還有很多問題有待進一步研究和解決：對表達模板進行更深入的研究，拓展并設計更詳細、更豐富的表達模板，進一步對位置地圖的影響因子進行分析，建立位置地圖制圖的影響因子元組模型。此外，需進一步通過研究將更多的可視化方法引入到位置地圖表達模板設計中來，以提高位置地圖表達效果。

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[責任編輯：劉文霞]

Research on location map expression operationmechanism based on template

YUAN Tian1, WANG Guangxia2, ZHOU Xiaojun2,3, QI Xiaofei2

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

This paper analyzes the location map expression templates and expression restrictions, and constructs the location map expression framework based on the template. In considering the conditions of the user context, display vector information and context information, it establishes a mapping between the different elements and location map overlay map element expression templates, analyzes the principle of trigger expression, trigger judgment and operational mechanism based on reasoning contextual information.

location map；template；context；operation mechanism

10.19349/j.cnki.issn1006-7949.2016.11.011

2015-08-21

國家863計劃資助項目(2013AA12A202)

袁田(1988-)，女，碩士.

P28

A

1006-7949(2016)11-0054-06