基于情境的位置地图表示内容研究

周小军，王光霞，袁　田，齐晓飞

(1.信息工程大学 地理信息空间学院，河南 郑州 450052； 2.61206部队，北京 100042； 3.61139部队，北京 100088)



基于情境的位置地图表示内容研究

周小军1,2，王光霞1，袁田3，齐晓飞1

(1.信息工程大学 地理信息空间学院，河南 郑州 450052； 2.61206部队，北京 100042； 3.61139部队，北京 100088)

地理空间中的对象或事件普遍具有位置信息这一基本属性，因此，多种来源不同的环境信息、事件信息都能根据地理位置进行有效的关联和融合。在面对海量的多源信息时，如何在综合考虑用户和相关环境影响因素的条件下，经过分析推理主动为用户提供需要、感兴趣的服务信息，成为新阶段移动地图位置服务需要解决的重要问题。目前大多数移动地图在服务应用时，缺乏对用户情境的考虑和研究，导致地图表示内容没有按照需求进行合理选取并进行主动推送，显示内容存在选取过多或是过少的问题。在这样的背景和需求下，描述位置以及与位置相关的各种特征、事件或事物的位置地图应运而生。周成虎[1]提出：位置地图是以用户感兴趣的位置为中心，全面反映位置本身及其与位置相关的各种特征、事件或事物的数字地图。

1位置地图表示内容的总体设计

一般电子地图表示的数据内容，主要是根据显示载体的屏幕尺寸、比例尺、地图用途等因素[2]选择相应要素。位置地图要求电子地图从过去的通用型向个性化、主动智能型转变，提高用户用图的效率和舒适感。位置地图在对基础地理要素数据进行表示之外，还需要关注与当前位置关联的POI数据、动态信息、事件信息等各种多源信息，并对它们进行实时的、智能的分析和推理，将对用户有实际用途的数据进行主动推送。

位置地图表示内容主要可以分为地理基础底图要素和与位置服务相关的专题叠加要素。其中，地理基础底图要素又可分为自然地理要素和社会经济要素，前者主要包括陆地地貌、水域、植被等，后者主要包括陆地交通、居民地、境界政区等[3]；专题叠加要素数据主要包括POI信息数据、时间距离信息数据、事件信息数据、特殊实体或场景信息数据。用户活动或是任务目标对于专题叠加要素数据的需求是多样化的，因此专题叠加要素数据也是可增减的。一般来说，位置地图中专题叠加要素数据的作用意义大于基础底图要素数据，但在一些特定位置服务和应用中，基础底图中某些要素数据的作用也会占据主要地位，需要按照专题要素的表达特点进行处理。位置地图的基础底图要素选取和表达的总体要求是简洁、清晰，而专题叠加要素则更侧重适人化、个性化的设计和表达。位置地图中表示的要素数据是以图层的形式进行存储的，它们共同作用为用户提供所需的位置服务。位置地图表示内容框架如图1所示。

图1　位置地图表达内容框架

2基于用户情境的位置地图表示内容选取

2.1情境分级与分类

情境是一个适用范围很广泛的概念，不同领域对于情境有不同的理解。位置地图情境是指与位置地图制作和应用相关的、对位置地图的表达与服务有直接影响的人、位置和环境等信息的集合[4]。其中，与位置地图情境相关的用户背景、POI信息、任务需求、目标、周围环境和位置等信息称为情境信息。

用户活动是情境的组成部分，情境包含了活动，它们在位置地图中是相互作用的，活动能将各种情境信息进行聚合，而情境则能以用户活动为实例。在活动理论中，人的活动被分为活动、行为和操作3个层次，其中操作为最底层，是在一定客观环境下无主观意识、自动化的，行为是中间层，由不同数量的操作组成，活动是最高层，包含以具体目标为中心的一系列行为。

在位置地图中，不合理的情境分级易造成情境相互包含的逻辑错误，并导致位置地图在不同情境间进行切换时产生困难。情境描述的是用户活动与客观现实世界的相互关系，具体表现是用户活动与各种情境信息的相互作用和关联。从活动理论的角度出发，通过对活动理论中活动、行为和操作这3个层次的研究，将它们与位置服务相关的情境信息进行综合描述、归纳和梳理，可以实现对位置地图中情境的分类分级。本文采用将位置地图情境分为活动情境、行为情境和操作情境的分级体系。活动情境位于情境的顶层，主要受到用户自身特征、心理活动和周围环境的影响，包含了若干行为情境。行为情境主要受到活动情境的影响和支配，是情境的中间层并且按一定逻辑发生，它由若干操作情境组成。操作情境是情境的底层，具有相对独立性，可以进行组合表达。图2是情境分级的结构示意图。

图2　情境分级结构

对于位置地图情境进行分类，主要是对不同层次情境内容的划分。活动情境主要可以分为非流程活动、流程活动和复合活动；位置地图行为情境可以分为导航行为、定位行为、查询行为、识别行为与事件检查行为[5]；操作情境主要是指在位置地图专题叠加要素信息的基础上，将其分为POI的叠加操作、实时动态信息的叠加操作、时间距离的叠加操作和特殊场景的叠加操作。位置地图情境中，不同层次的活动情境涉及不同的情境信息，而情境信息又与具体的数据关联，因此通过构建各层次情境与情境信息的关系，可以明确位置地图需要表示的相关要素数据。

2.2活动情境与位置地图表示内容关系构建

活动情境中，非流程活动主要是根据用户特征和周围客观环境而产生的没有确定目的的活动。与非流程活动相关情境信息主要有用户信息和POI信息。其中，用户信息包括用户属性特征数据和用户事件数据，POI信息包括POI名称、类型、属性等数据。流程活动是指用户按照任务目标为中心进行的活动，它由一系列步骤或子流程按照一定的逻辑顺序组成。与流程活动相关的情境信息主要有位置信息、时间信息和POI信息。其中，位置信息是一种语义位置[6][7]，包括用户的地理位置数据、物理位置数据和位置属性数据，时间信息主要有时间点和时间段两种形式[8][9]，包括时间的属性和数据，POI信息包括POI名称、类型、属性等数据。复合活动是用户综合性的活动，由非流程活动和流程活动组成，因此，与流程活动相关的情境信息主要有用户信息、位置信息、时间信息和POI信息。不同活动类型、情境信息与数据内容的关系具体如表1所示。

表1　不同活动类型、情境信息与数据内容的关系

2.3行为情境与位置地图表示内容关系构建

行为情境中，查询行为是用户根据自身的兴趣爱好、任务目的需求而对相关地理实体在一定范围内的查找，并获取相关信息的行为，与其相关的情境信息主要有用户信息、位置信息和POI信息。用户信息主要是指用户的特征信息，包括用户的年龄、性别、文化程度、兴趣爱好等，位置信息包括用户的位置数据、POI位置数据，POI信息包括POI的分类数据。导航行为是为用户提供路线规划和实时导航，并以地图为平台进行可视化表达的行为，与其相关的情境信息主要有位置信息、时间信息、POI信息、实时动态信息和其它信息。其中，位置信息主要是用于确定用户当前位置和规划导航路线；时间信息是对导航行为过程中的时间约束和时间提示；POI信息主要包括影响用户位置判断和用户感兴趣的POI数据；实时动态信息包括动态交通数据和天气数据，它们对导航过程的完成起到制约作用；其它信息包括的数据内容是指对导航行为产生影响的其它数据。定位行为是指利用室内外定位技术将用户的位置信息推送给接送设备进行显示的行为。与定位行为相关的情境信息主要有用户信息、位置信息和设备信息，其中位置信息包括地理位置、物理位置和语义位置。识别行为主要是将用户感兴趣的信息进行提取并推送给用户使用。与识别行为相关的情境信息主要有用户信息、POI信息。事件检查行为主要是对在一定时间和特定范围内对用户的行为产生作用的事件进行搜索、查询、判断和提取。因此，与事件检查行为相关的情境信息主要有事件信息、时间信息以及位置信息。事件信息是指事件的类型以及事件的级别，时间信息是指事件发生的起始时间点、持续时间长度、结束时间，位置信息是对事件发生位置的描述。不同行为类别、情境信息与数据内容的关系具体如表2所示。

表2　不同行为类别、情境信息与数据内容的关系

2.4操作情境与位置地图表示内容关系构建

操作情境中，叠加POI操作是指根据用户需要在位置地图上一定区域范围内叠加特定的POI数据。与叠加POI操作相关的情境信息主要有用户信息、位置信息、时间信息以及POI信息。用户信息主要是影响POI的选取，位置信息是用来描述用户与所需POI的位置，时间信息对用户执行具体任务产生时间约束作用。叠加时间距离操作是判断用户当前的速度能否在一定的时间内完成从当前位置到目标位置的距离，并将结果以提示信息的方式推送给用户使用。与叠加时间距离操作相关的情境信息主要有用户信息、位置信息、时间信息、兴趣点信息、实时动态信息。叠加特殊场景操作是将用户位置周围、感兴趣或是重点关注的实体对象提供给用户使用。与叠加特殊场景操作相关的情境信息主要有位置信息和POI信息。不同操作类别、情境信息与数据内容的关系具体如表3所示。

表3　不同操作类别、情境信息与数据内容的关系

3位置地图表示内容选取实例

实例：以张丽(基本信息：女，27岁，本科，爱好餐饮美食和折扣事件)从科学大道与瑞达路交叉口为出发点，计划乘车去郑州“二七”万达看一场20：00左右的电影为例，用户使用的显示设备屏幕尺寸为4.0英寸，分辨率为800×480，当前时间为18:30。

1)去“二七”万达看电影的活动模型。该活动是按一定逻辑顺序进行的复合活动，主要包括过程有去“二七”万达、到达电影院、购买电影票、等候进电影播放厅等，它们是按一定逻辑流程进行的。在等候进电影播放厅时，用户可能会选择逛商场，该行为的发生没有特定目的，是一个非流程的活动。该活动包括的行为情境有导航行为、定位行为、查询行为、识别行为和事件检查行为，涉及的操作包括叠加POI操作、叠加时间距离操作、叠加特殊场景操作。它们的关系流程如图3所示。

图3　实例中活动、行为、操作的关系流程

2)实例中位置地图的表示内容选取过程。实例的整个过程分为室外和室内两个阶段。室外阶段中，位置地图底图要素的选取主要是通过获取用户活动目的，分析出“去‘二七’万达”是一个典型的“交通导航”类型用户模型，继而选取相关类别的基础底图要素。专题叠加要素数据选取主要分为5个部分：一是根据“去‘二七’万达看电影”的情境活动模型，确定在室外阶段主要涉及的情境信息、用户信息、POI信息、实时动态信息、位置信息和时间信息；二是POI选取的过程。在导航过程中，需要对导航路线周边的地标类POI、餐饮美食类POI进行选取表示，这个过程受到设备屏幕尺寸和用户特征信息的制约；三是实时动态数据的选取。主要是选取对用户行驶过程中有影响的时间距离信息、天气信息以及道路交通信息，利用GIS模块对导航路线进行距离计算，并结合当前行驶速度，进行分析计算，提供时间、路线的提示信息；四是特殊场景数据的选取。选取导航路线上的立交桥、隧道和大型十字路口等数据进行推荐表达，根据用户视觉体验特点，设定在用户距离特殊场景30 m时，主动推送相关特殊场景信息；五是事件信息数据的选取。在用户导航路线行进中，需要循环查询计划行驶路线上是否发生影响用户活动的道路维修、交通事故等事件。室外阶段中，位置地图表示内容如图4所示。

图4　实例中室外位置地图表示内容

室内阶段中，底图要素的选取主要是对室内结构要素和实体对象的选取，包括通道数据、商铺几何形状数据与属性数据以及空间结构数据等。专题叠加要素的选取包括3个部分：一是进入“二七”万达后，涉及的情境信息主要是室内POI信息、实时动态信息和事件信息；二是室内POI选取过程。室内POI主要是商铺数据、电梯、卫生间等数据，选取依据主要是用户模型信息中的兴趣喜好。此外，还需要通过用户室内步行速度与时间限制确定搜索的最大范围半径，并通过POI的选取数量限制对适宜POI进行综合选取；三是实时动态数据选取过程。主要是用户在等待进电影播放厅的时间长度限制下，“去兴趣点”活动中的时间距离信息提示数据，包括正常、紧张、不足三种状态描述；四是事件信息数据选取过程。通过获取商场的折扣事件信息，对折扣事件的程度、距离用户当前位置的长短以及用户品牌喜好进行综合选取。室内阶段中，位置地图表示内容如图5所示。

3)实例分析。通过以上实例，可知与一般移动地图相比，位置地图在表示内容选取上更加强调以用户需求为中心，通过将位置、情境与专题信息关联起来，综合考虑用户信息、情境和屏幕尺寸对地图表示内容的影响，选取过程主要是依据相关模型进行主动推理实现。实例中位置地图在表示内容选取中更加注重适应用户、情境、设备等综合约束条件和规则，强调对用户潜在需求信息、深层关系信息的分析挖掘、判断推理和主动推荐。

4结束语

位置地图是为用户提供与位置相关的全方位信息数字地图，这要求基于位置的服务需要从室外走向室内，从地上走向地下，从模糊走向精准，并从单纯的位置服务发展为全息位置感知的综合信息服务，使得基于该类的地图实现泛在空间信息智能服务成为可能。因此，位置地图表示内容也会随着研究的深入有新的拓展，对位置地图表示的内容也需要进行进一步更深入地研究。

图5　实例中室内位置地图表示内容

参考文献：

[1]周成虎, 朱欣焰, 王蒙, 等. 全息位置地图研究[J]. 地理科学进展, 2011, 30(11): 1331-1335.

[2]陈毓芬,江南.地图设计原理[M].北京:解放军出版社,2001:11.

[3]王家耀,孙群,王光霞,等.地图学原理与方法[M].北京:科学出版社,2006:204.

[4]齐晓飞, 王光霞, 周转向, 等. 位置地图情境研究[J]. 测绘工程, 2014, 23(11): 12-13.

[5]REICHENBACHER T.Mobile Cartography Adaptive Visualisation of Geographic Information on Mobile Devices[C].Dissertation, Department of Cartography, Technische University München, München: Verlag Dr. Hut, 2004.

[6]黄仁亮, 王锋. 基于位置服务的语义位置综述[C].Proceedings of 2010 International Conference on Broadcast Technology and Multimedia Communication (Volume 4), 2010.

[7]LI D, LEE D L. A topology-based semantic location model for indoor applications [C]//Proceedings of the 16th ACM SIGSPATIAL international conference on Advances in geographic information systems. ACM, 2008: 6.

[8]王晓东, 张小红, 王靖, 等. 基于“角色”和“关系”的时间Ontology构建[J]. 河南师范大学学报(自然科学版), 2008, 36(1): 29-31.

[9]SIDER T. Four dimensionalism: An ontology of persistence and time[J]. 2001.

摘要：文章在对位置地图表示内容进行梳理、归纳和总结的基础上，对位置地图表示内容进行总体框架性设计，提出将其分为地理基础底图要素和专题叠加要素，并就各自包含的具体对象要素进行了描述。重点对位置地图情境进行分类分级，分别构建活动情境、行为情境、操作情境与位置地图表示内容的关系。最后以实例对位置地图表示内容选取的实例化流程进行描述，验证文中提出并构建的各种关系模型的可行性。

关键词：情境；位置地图；表示内容；活动理论

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

作者简介：周小军(1986-)，男，博士.

基金项目：国家863计划资助项目(2013AA12A202)

收稿日期：2015-07-23；修回日期：2015-08-22

中图分类号：P208

文献标识码：A

文章编号：1006-7949(2016)02-0022-06