基于自發地理信息的空間信息傳輸研究

馬京振，孫 群，肖 強，劉 超,2

（1.信息工程大學 地理空間信息學院，河南 鄭州 450001；2. 61175部隊，山東 淄博 255000）

基于自發地理信息的空間信息傳輸研究

馬京振1，孫 群1，肖 強1，劉 超1,2

（1.信息工程大學 地理空間信息學院，河南 鄭州 450001；2. 61175部隊，山東 淄博 255000）

自發地理信息（VGI）是地理信息科學領域中出現的新概念，也是當前的研究熱點。在相關地圖傳輸模型的基礎上，通過引入各向地圖信息傳輸模型，提出了基于VGI的空間信息傳輸模型；重點分析了VGI條件下空間信息傳輸的特點和過程；并探討了空間信息傳輸中的空間認知規律，為進一步研究VGI提供了理論支撐。

VGI；空間信息傳輸模型；空間認知

VGI由M F GoodChild于2007年首次提出[1]，是地理信息科學領域發展中出現的新概念，闡述了在Web2.0條件下，地理信息的創建、應用和維護均可由大眾完成[2]。Web 2.0的上傳標注功能，網絡和移動設備的日益普及，使互聯網用戶成為VGI的提供者[3]。目前，具有代表性的VGI應用有OpenStreetMap、WikiMipia和Flicker等。在VGI環境下，地理信息不斷被上傳并廣泛傳播，大眾用戶不再只是地理信息的被動接收者，更是地理信息的主動提供者，地理信息的提供者和使用者不再有嚴格的區分[4]，從而超出了傳統的地圖信息傳輸理論的范疇。因此有必要研究VGI條件下的空間信息傳輸，用以指導VGI的生產及其服務系統的設計，為更進一步研究VGI提供理論基礎。

1 VGI相關介紹

VGI是指用戶通過在線協作的方式，以普通手持GPS終端、開放獲取的高分辨率遙感影像以及個人空間認知的地理知識為基礎參考，創建、編輯、管理、維護的地理信息[5]。VGI不同于標準嚴格的官方測繪數據，它由世界各地背景各異的志愿者創建，是一種新型的自下而上的地理信息數據源，其數據可以實現準實時更新，現勢性很強，能為用戶帶來更好的地理信息服務。

1.1 VGI數據來源

VGI數據的來源多種多樣，包括POI，具有GPS終端記錄的軌跡數據，用戶上傳的具有時空位置的圖片、視頻，相關地物的屬性描述信息以及用戶自己繪制的點、線、面等。根據其性質，可分為兩類：GPS軌跡、POI、照片和遙感影像等圖形圖像信息和描述、地名等屬性信息。

1.2 VGI的特點及意義

與專業測繪數據相比，VGI主要有以下特點：

1）數據質量的不確定性。VGI提供者沒有專業的測繪知識，數據精度沒有一定的標準和規范，再加上人為操作不當可能帶來的誤差，造成數據質量的不確定性。

2）細節豐富。由于大眾參與到其中，對于傳統測繪方式很難獲取的地名等信息，可通過集體智慧獲得。VGI數據具有豐富的細節和語義信息。

3）獲取成本低。VGI是用戶通過簡單的數據采集方式獲得的，大眾用戶在網絡平臺上與大家分享，更新維護成本低。

4）準實時更新。VGI環境下，公眾作為自發的傳感器能實時感受到地理信息的變化，隨時將相關數據共享，實現數據的準實時更新。

VGI數據可補充基礎地理數據的不足，提供豐富的細節和實現準實時更新，且更新維護成本低[6]。VGI是集體智慧和協作勞動的產物，集中了普通大眾的地理知識，并為傳播與共享創造了基礎平臺。目前，VGI在旅游、商業應用、應急救災等領域取得了很多應用成果。

2 地圖信息傳輸理論

2.1 傳統的地圖傳輸模型

1969年，捷克地圖學家Kolacny提出，地圖的用途就是在制圖者和用圖者之間傳輸信息，地圖的本質是地圖學家與地圖用戶之間的一種通信，即地圖信息傳輸，其模型如圖1所示[7]。

該模型中，制圖者把對客觀世界的認識進行信息加工并經過符號化，通過地圖傳遞給用圖者；用圖者經過符號識別、分析、解譯等形成對客觀世界的認識。然而，一方面，制圖者和用圖者是被隔離開的，用圖者只是被動的信息接收者，與制圖者沒有交流反饋，制圖者制作的地圖并不一定能很好地滿足用圖者的需求；另一方面，該模型主要偏重地圖制作和符號化表達，制圖者和用圖者主要依靠各自對空間信息的認識水平制圖和用圖，會導致信息傳輸過程中出現偏差，地圖信息傳輸的效率不高。

圖1 Kolacny的地圖信息傳輸模型

2.2 數字條件下地圖信息傳輸

隨著地理信息科學領域的迅速發展以及計算機和互聯網的廣泛應用，出現了許多新的地圖產品和服務，如網絡地圖、移動位置服務和導航地圖等，許多專家學者對這些數字產品和服務的信息傳輸進行了探討，提出了許多地圖信息傳輸模型。例如，高博[8]等提出了基于計算機的地圖信息傳輸模型，陳應東[9]等提出了網絡地圖服務的地圖信息傳輸機制，張海棠[10]等提出了面向空間信息移動服務的空間信息傳輸模型，馬超[11]等提出了移動地圖的信息傳輸模型。在這些模型中，充分考慮了數字環境下空間信息傳輸的特點，但是并未全面考慮VGI環境下空間信息傳輸的一些新特點。

3 基于VGI的空間信息傳輸

3.1 各向地圖信息傳輸模型

隨著地理信息科學領域的快速發展，地圖制圖行業實現了由行業封閉向社會開放、由專家制圖向公眾參與制圖的轉變。在VGI條件下，公眾是完全參與到地圖制圖與地理信息的生產過程中的，制圖者和用圖者之間的界限逐漸模糊，趨于統一。在這種模式中，地圖信息的傳輸是多方向的，即制圖者←→地圖←→用圖者。制圖者和用圖者完全融為一體，并可在兩種角色之間不斷變換，形成了集地理環境、用戶、地圖于一體的各向地圖信息傳輸模型（圖2），大大提高了地圖信息傳輸的效率。

圖2 各向地圖信息傳輸模型

在該模型中，地理信息由用圖者單一消費轉向公眾共享式消費，地圖信息傳遞由單向傳輸變為地圖與個體的雙向傳輸，實現了地圖制作者、地圖和用圖者之間的各方向網狀信息傳輸。其中，當同一個體既是制圖者又是用圖者時，其所理解的地理環境是一致的；當用戶不參與制圖、只是一般的用圖者時，各向地圖信息傳輸則變成傳統的地圖信息傳輸。從這個意義上講，傳統的地圖傳輸模型是各向地圖信息傳輸模型的子類。

3.2 基于VGI的空間信息傳輸模型

根據VGI的特點，在各向地圖信息傳輸模型的基礎上，本文提出了基于VGI的空間地理信息傳輸模型，如圖3所示。

圖3 基于VGI的空間信息傳輸模型

在該模型中，地理信息提供者在自身的目的、知識和認知能力的基礎上，以高分辨率遙感影像、GPS數據以及自己對環境的熟悉了解等為參考，通過Internet的相關VGI平臺，如在線網站或移動終端，利用地理信息語言進行地理信息的編輯、創建和維護，產生相關的地理信息數據或地圖產品等。信息的接收者則通過互聯網上的相關軟件平臺，獲取到地理信息數據或產品，通過對地理信息的解碼，形成自己對客觀世界的認識。

基于VGI的空間信息傳輸具有以下特點：

1）傳輸效率大大提高。基于VGI的空間信息傳輸過程是基于互聯網的，傳輸過程實時發生，且傳輸速度很快。此外，由于充分發揮了大眾的智慧，人人都能參與到信息交流傳輸的過程中，突破了傳統的信息傳輸方式，傳輸效率大大提高。

2）對用戶的要求降低。傳統的地理數據生產，要求用戶具備專業的知識，但在VGI環境下，大眾用戶可在遙感影像上進行地物勾勒，可上傳照片、GPS軌跡、標注POI等，還可進行屬性信息的添加，對用戶的知識和水平沒有限制，都可憑借自己的興趣參與其中。

3）完全一體化的參與過程。地理信息提供者可將需要表達的地理信息通過VGI網絡平臺實時傳遞給地理信息接收者，而接收者也可根據自身的需求實時與提供者交流。在VGI條件下，提供者和接收者的角色并不是固定的，每個人可以是提供者，也可以是接收者，還可以既是提供者又是接收者。大眾用戶可根據自身的特點和需求在這些角色中自由切換，能完全一體化地參與到其中，真正形成集客觀世界、用戶、網絡以及地理信息于一體的信息傳輸網絡。

3.3 基于VGI的信息傳輸過程

基于VGI的空間信息傳輸是各向信息傳輸的過程，是一個循環流動開放的系統，其過程包括：

1）地理環境—信息提供者。信息提供者可通過對地理環境進行直接觀測，也可通過遙感影像等其他資料間接分析觀察，從而獲取對空間環境的認知。

2）信息提供者—VGI網絡平臺。在獲得對空間環境認知的基礎上，信息提供者在VGI網絡平臺上發布空間數據或地圖產品。

3）VGI網絡平臺—信息接收者。信息接收者通過VGI網絡平臺，對相關地理信息進行解譯，獲得所需要的地理信息，形成對空間環境的認知。

4）信息接收者—地理環境。用戶將得到的空間環境信息結合自己對空間環境的認識進一步理解空間環境，并形成新的空間環境認識。

5）信息接收者—信息提供者。信息接收者和信息提供者是可以通過網絡平臺進行交互反饋的，信息提供者可根據接收者的需求提供新的信息，信息接收者可將自己的需求反映給信息提供者。當大眾用戶既是信息接收者又是提供者時，其自身對環境的理解是一致的，但其仍可以以提供者的身份向其他用戶提供信息，也可以以接收者的身份向提供者進行反饋交互，形成一個信息傳輸的循環系統。

3.4 VGI信息傳輸過程中的空間認知

在空間信息傳輸過程中，空間認知具有重要意義，空間信息傳輸過程中信息加工的過程就是空間認知的過程[12]，因此有必要研究VGI信息傳輸過程中的空間認知規律。

根據VGI條件下空間信息傳輸的過程和特點，可將空間認知分為信息提供者的認知和信息接收者的認知，而獨立的的信息提供者和信息接收者的認知模型與傳統的制圖者和用圖者的認知模型類似，本文不再分開研究。VGI條件下，由于大眾用戶既是信息提供者又是信息接收者，二者相互聯系，統一在空間信息傳輸的過程中，因此本文對大眾用戶的空間認知模型進行統一研究，建立模型如圖4所示。

圖4 基于VGI的空間認知模型

從圖4可以看出，在空間認知的過程中，信息提供者需要依靠自身的感知、表象、記憶和思維等來提供地理信息；信息接收者需要在信息提供者空間認知的基礎上，結合自身知識和空間環境的特點，通過感知、表象、記憶和思維等過程，實現對客觀世界的認知。信息接收者和信息提供者以及其他用戶可通過網絡實時交流反饋，信息接收者、信息提供者和客觀現實世界能夠緊密聯系在一起，因此VGI用戶能夠不斷獲得新的空間認知知識，從而提高信息傳輸的效率。

4 結 語

基于VGI的空間信息傳輸研究對地理信息的發展與應用具有重要的意義，本文通過介紹相關的地圖傳輸模型，提出了基于VGI的空間信息傳輸模型。VGI是未來地理信息領域的發展趨勢，要想真正地應用和發展VGI，還需要對其作進一步更深入的研究。

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P208

B

1672-4623（2016）07-0009-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.07.003

馬京振，碩士研究生，研究方向為數字地圖制圖。

2015-06-19。

項目來源：國家自然科學基金資助項目（41201391、41071297）。