基于模板的位置地图表达运行机制研究

袁　田，王光霞，周小军，3，齐晓飞

(1.61139部队，北京 100088；2.信息工程大学 地理信息空间学院，河南 郑州 450052；3.61206部队，北京 100042)



基于模板的位置地图表达运行机制研究

袁田1，王光霞2，周小军2，3，齐晓飞2

(1.61139部队，北京 100088；2.信息工程大学 地理信息空间学院，河南 郑州 450052；3.61206部队，北京 100042)

对位置地图表达模板及表达约束条件进行分析研究，初步设计基于模板的位置地图表达框架。在顾及用户背景信息、地图显示载体信息、情境信息的综合作用下，通过对情境信息进行解析和推理，建立不同地图叠加要素与位置地图要素表达模板的映射关系，并对位置地图表达的触发原理、触发判断和运行机制进行分析研究。

位置地图；模板；情境；运行机制

模板是同一类事物共同特征的集合，任何一个具体的事物都可以作为以模板为超类派生的实例[1]，模板类似于规范或者标准，在不同约束条件下，模板会产生不同变化[2]。地图表达模板主要是将不同方式、不同类型的可视化表达方法进行抽象和归纳，并将它们与特定的符号设计、注记配置等信息进行关联和组合，使之成为一种图形化的表达样式。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[3]。因此，通过将模板的相关理论和技术引入到位置地图表达中来，就是为了对制图过程中共有的特征进行模块化的描述，以减少地图制图的复杂性和冗余性，提高制图的效率。本文中，位置地图表达模板是通过对用户信息与情境的分析推理，获取需要表达的地图内容，并将对应的地图表达方式利用模板技术进行固化。用户、情境[4]等因素的变化会触发不同的位置地图表示内容和表达方式，通过表达模板的变化可以实现它们之间快速地切换，提高地图表达的灵活性和效率。

1　基于模板技术的位置地图表达

1.1位置地图表达模板

位置地图中，将多种地图表达方式和设置信息进行固化并制作成与用户背景信息、情境信息[5]相关联的模板，能够提高位置地图可视化表达过程的清晰性，解决位置地图表示内容推理和可视化表达之间的关联衔接问题。位置地图中表达模板库的设计需要具有可关联和组合的特点，每一个具体的模板单元都是一个小模块，一定数量的小模块通过关联组合形成位置地图特定的表达模板。此外，制图效率也是一个重点考虑的问题，针对用户的操作或是情境的变化，较长的反应时间会使用户产生一定的焦虑感和厌恶感，影响地图体验。由于不同表达方法和相关设置信息已经提前制作成可直接调用的模板，因此，位置地图中，通过推理判断在不同表达模板间进行切换或组合即可实现地图不同表达方式间的快速切换，提高用户使用地图的舒适感和满意感。

位置地图表达模板的设计主要有两种模式，一种是针对不同用户信息、不同情境信息分别建立模板，其形式是碎片化的，需要根据用户的分类，情境的分类，情境阶段的不同而建立不同模板。该模式的优点是表达模板的流程是线性的，触发判断条件清晰，缺点是需要设计种类繁多的模板，模板间也存在重复和冗余。另一种模式是通过分析用户信息、情景信息与位置地图表达内容和方式的关系，针对这种动态变化的关系进行地图表达模板的设计，该模式的主要特点是能根据约束条件触发不同的表达模板，表达较为灵活，也更加适合于位置地图表达设计的要求。

1.2位置地图表达中的约束条件

位置地图的可视化表达，需要根据用户信息、显示屏幕尺寸信息和情境的不同选择不同的表示内容和可视化方式进行表达。其中，用户背景信息获取比较容易，直接通过界面的交互操作即可获得；对于情境信息的获取，则需要通过对不同层次情境与情境信息的关系进行分析推理获得。位置地图情景推理由情境的解释推理和情境的综合推理两个方面组成，情境的解释推理是通过各种传感器获取用户信息、位置信息[6]等基础数据，并进行高层次情境信息的挖掘过程，而情境的综合推理则是通过高层情境信息和关系推理获取用户可能潜在的服务需求。位置地图中，情境的推理过程主要包括用户活动判断，情境信息关系提取和位置服务的综合推理。用户活动判断主要是分析获取用户的活动位置信息，进而判断用户活动属于何种类型的情境；情境信息关系提取则是要分析活动与情境信息之间的关联关系，并提取相关的情境信息；位置服务的综合推理是在前两个过程的基础上，通过相应的规则、算法分析推理出用户在当前位置和情境下所需的服务信息。与位置地图表达相关的用户信息、屏幕尺寸信息和情境信息都是约束条件，它们都会影响位置地图的最终表示内容和表达方法。位置地图中的约束条件是通过规则语句进行描述的，而对约束条件的解析则是将规则描述语句通过计算机中预先设定相应的执行动作来进行映射，使位置地图能够按照不同的策略运行。具体约束条件数量的多少主要跟对位置地图情境表达的理解、分析、建模、推理设计的详细程度有关。位置地图的可视化表达，需要将地图显示模块和约束条件的解析进行匹配和关联，并建立相应的映射关系。地图显示模板也需要根据约束条件的解析进行模块化的制作，每一个具体的模板都对应一种约束条件的解析结果。

位置地图不同表达模板间的切换方式主要有3种：①用户完全主导型切换方式。该方式是地图表达不同模板之间的切换完全根据用户的选择而确定，位置地图表达系统不提供模板表达的主动推送服务。②用户参与的切换方式。该方式需要用户手动触发相关约束条件，位置地图表达系统通过相关约束条件的解析和判断，推送相应的表达内容和表达方式的模板。③自适应的切换方式。该方式主要是指系统能对用户的背景信息、情境信息进行综合的推理、判断、分析，并根据处理结果主动推送相应的表达模板。详细描述如表1所示。

表1　位置地图模板切换方式

1.3位置地图表达的框架设计

位置地图表达的框架设计主要内容包括用户背景信息获取、显示设备屏幕尺寸对表示内容的影响分析、情境触发条件的判断、约束条件语句的解析以及表达模板的匹配选取。它们之间互相作用，共同组成了位置地图的表达框架，详细描述如图1所示。

图1　位置地图表达框架设计图

1)用户背景信息的获取。用户背景信息的获取主要是通过对用户的特点、兴趣爱好、图形认知习惯等数据的分析、归纳实现对用户类型的分类，并将其对位置地图表达的影响因素描述成相应的约束条件和规则。其获取方式主要是通过设定相应的界面，让用户进行交互操作和填写相关信息来实现。

2)显示载体屏幕的尺寸。显示载体屏幕的尺寸是指用户使用显示设备的屏幕大小，主要是以地图载负量和用户的视觉感受为前提条件，选择适量的地图要素进行可视化表达，过多或过少的要素表达都会影响位置地图的认知效果。

3)情境触发条件的判断。位置地图情境信息会随着用户需求、时间信息和位置信息的变化而改变，而位置地图情境信息的不同又会导致其表示内容和表达方式的改变，这种改变是在用户情境信息变化的关键点上进行切换的。因此，位置地图表达模式的切换需要考虑情境信息在何种条件下会触发切换。

4)约束条件语句的解析。位置地图中约束条件语句的解析主要是将相关约束条件语句描述成位置地图表达系统所能理解的方式。约束条件语句的解析又分为底图要素情境表达语句解析和专题叠加要素表达语句解析，目的都是将情境推理中的规则、约束条件与地图表达模板进行关联和映射。

5)表达模板的匹配选取。位置地图表达模板的匹配选取是将已经过推理分析的结果与地图可视化表达模板进行合理的匹配和选取，不同的推理分析结果对应不同的表达模板，模板的匹配和选取受到多个因素的共同约束和影响。

2　位置地图要素表达的触发运行机制

2.1位置地图要素表达的触发原理

位置地图要素表达的触发原理主要是通过对用户背景信息、地图显示设备屏幕尺寸以及情境信息的归纳，分析它们对地图底图要素以及专题叠加要素表达模板的影响，建立映射关系索引表，解析推理约束条件语句从而确定位置地图表达的数据内容，并根据触发运行机制选择对应的表达模板。因此，位置地图要素表达的触发过程包括触发条件判断、约束条件语句的解析以及表达模板索引表的建立。在触发条件判断中，需要确定情境信息与底图要素表达模板的触发判断条件以及用户活动操作与专题叠加要素表达模板的触发判断条件，这里的情境信息主要是指与用户位置密切关系的时间、位置、实时动态信息，用户活动操作主要包括POI信息叠加、时间距离信息叠加、事件信息叠加以及特殊场景信息的叠加；对于约束条件语句的解析主要是将约束条件描述为能被系统理解的执行语句；表达模板索引表的建立主要是将变化的情境信息与其相应的表达模板进行索引关联，并对关联关系进行构建。具体过程如图2所示。

图2　位置地图要素表达的触发过程

2.2位置地图要素表达的触发判断

位置地图要素表达的触发判断主要包括底图要素表达的触发判断以及叠加要素表达的触发判断。对底图要素表达产生影响的因素主要有用户背景信息，时间、位置、天气状况信息与动态交通信息，其中任何一个因素的变化都会导致底图要素表达模板的改变。对位置地图专题叠加要素表达产生影响的主要因素有兴趣点信息、时间距离信息、事件信息以及特殊场景信息。

2.2.1位置地图中底图要素表达的触发判断

1)用户背景信息对底图要素表达的触发判断。该触发判断主要是指用户不同的年龄、性别、知识结构、兴趣喜好对底图要素表达内容、符号类型、颜色设置的影响。对于有地图知识基础的用户，底图内容需要更加详实，符号设计可以更加抽象和具有概括性；而对于用图经验较少的用户则需要减少底图要素表示的数量，符号设计也应该更加直观和通俗易懂。

2)位置信息对底图要素表达的触发判断。这里的位置信息是一个相对的位置描述，主要区别用户所处的是室内空间还是室外空间。室外位置地图底图的表示内容主要包括道路、居民地、水系等，表达的主要方法是二维矢量或栅格地图，图面总体颜色以浅色为主，地图表达的比例尺概念清晰。对于处于室内位置的用户来说，室内位置地图底图要素的表示内容主要是指室内路线、室内广场、楼梯、电梯等设施，可视化表达主要采用二维线划和三维模型结合的方式，图面颜色设置更加多样丰富，基本无比例尺概念。

3)时间信息对底图要素表达的触发判断。不同时间段对用户用图感受的影响是不同的，白天光照强度大，用户意识清醒，位置地图底图的设色亮度需要较高，推送服务也可以更多；对于晚上的时间段来说，环境光线较暗，因此位置底图设色亮度要减低，推送的服务也需要相应减少。

4)实时动态信息对底图要素表达的触发判断。实时动态信息主要包括实时交通状况信息和天气信息，实时交通状况信息会影响底图数据中道路表达的颜色设置，一般用红色表示交通堵塞，绿色表示交通通畅，其中颜色亮度的变化又可以表示交通堵塞或是通畅的程度。天气信息对底图要素表达的影响主要是指晴天、雨天、雾天、雪天等不同天气情况对底图表示内容、图面设色和符号设计的影响。

这里对用户信息、情境信息、屏幕尺寸对位置地图底图要素表达的影响进行归纳总结，并制成不同的模板。表2描述的是它们与底图要素表达模板的索引映射。

表2　不同因素与底图要素表达模板的索引映射

2.2.2位置地图中专题叠加要素表达的触发判断

1)用户兴趣点信息表达的触发判断。位置地图中兴趣点数量巨大，种类繁多，不同类型的兴趣点在符号样式、符号大小、符号色彩等方面都存在不同。兴趣点数据按功能类型可分为餐饮、住宿、商店等，不同类别兴趣点的表达主要是通过符号设计样式的不同来加以区别，对于同一类别中不同级别兴趣点的表达则主要是通过符号尺寸大小来描述。对于用户主动搜索或是通过情境推理结果确定的相关兴趣点数据，还需要根据兴趣点的级别和重要性等级进行选取，以确定哪些兴趣点数据最终需要表达并以何种方式表达。

2)时间距离信息表达的触发判断。该触发判断主要是指对用户活动产生影响的时间和距离信息，它是经过计算和推理获得，并被主动推送给用户使用，起到提示作用。其在表达过程中主要是通过文字注记的方式进行显示，字体颜色、字体大小都会代表不同的含义，如通过注记颜色和大小的不同可以描述时间距离信息的紧张程度。

3)事件信息表达的触发判断。该触发判断主要是对事件类型、事件影响程度以及事件发生的时间进行分析判断，通过符号设计中的风格样式、大小以及注记标识等方式进行区别。其中，符号的风格样式主要是对时间类型的性质描述，符号大小是对该事件发生程度的描述，而注记字号大小则是对事件发生时间的描述。

4)特殊实体对象和场景表达的触发判断。这里所指的特殊实体对象和场景主要是指城市区域范围内对用户活动、情境信息能够起到影响的特殊地理实体。对于该类实体的表达主要是通过符号样式进行描述，例如对于立交桥这个实体对象，可以通过三维模型符号的样式进行表达，直观地展现立交桥的空间结构特征。

不同的专题叠加要素在表达中，符号的设计(符号类型、符号颜色、符号尺寸)和注记设计(注记字体、注记字大小、注记颜色)都会有所不同。因此，针对不同的专题叠加要素表达，需要建立它们与符号设计模板、注记设计模板的索引映射关系，具体如表3所示。

表3　不同叠加要素与表达模板的索引映射关系

2.3位置地图要素表达运行机制

位置地图要素表达运行是指在用户背景信息、显示载体信息、情境信息的基础上，对约束条件语句进行解析，并对情境信息和用户活动操作进行推理，建立位置地图要素表达模板映射机制并运行的过程。该过程主要包括底图要素表达运行和专题叠加要素表达运行两个主体部分。

在底图要素表达运行中，要素表达模板的选择和使用会随着用户背景信息、时间信息、位置信息、实时动态信息的变化而改变，模板的设计和制作也需要能根据影响信息的变化而进行修改。底图要素表达运行的具体过程为：①对用户的位置和情境信息进行解析，将其描述成能被底图要素表达模板识别的约束条件语句，并对语句的合理性和逻辑性进行检查。②对解析获得的位置和情境信息进行模板库的关系映射，并对模板库中受到多个信息影响的模板进行修改。③用经过修改的模板替换原模板库中对应的模板，并将各模板进行组合，形成底图要素表达的最终表达模板。在专题叠加要素表达运行中，需要重点考虑的问题有：哪些专题叠加要素需要表达、表达的方式是什么、对于表达后的效果有什么要求。专题叠加要素表达运行的具体过程为：①对用户的情境信息进行推理、解析并判断哪些专题叠加要素需要表达。②将解析后的约束语句进行分解并与表达模板库进行关系映射。③综合分析用户信息与情境活动推理信息，选择关联的专题叠加要素表达模板进行组合与表达。位置地图要素表达运行的流程描述如图3所示。

图3　位置地图要素表达的触发过程

3　结束语

地图作为位置服务的重要载体，建立位置地图要素表达触发运行机制，对于增强用户识图、用图的效率和地图数据选取与表达的适人化、个性化，都具有十分重要的作用。为此，本文开展了位置地图表示内容框架与表达触发运行机制的研究，但相对于现实世界中用户多种多样的位置服务需求来说，还有很多问题有待进一步研究和解决：对表达模板进行更深入的研究，拓展并设计更详细、更丰富的表达模板，进一步对位置地图的影响因子进行分析，建立位置地图制图的影响因子元组模型。此外，需进一步通过研究将更多的可视化方法引入到位置地图表达模板设计中来，以提高位置地图表达效果。

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[2]HOLT A. Applying case-based reasoning techniques in GIS[J]. International Journal of Geographical Information Science, 1999,13(1):9-25.

[3]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.

[4]SALBER D, DEY A K, ABOWD G D. The Context Toolkit: Aiding the Development of Context-Enabled Applications[C]. In Proceedings of CHI l999, Pittsburgh, PA, ACM Press, 1999:15-20.

[5]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.

[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，2010(4).

[责任编辑：刘文霞]

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

国家863计划资助项目(2013AA12A202)

袁田(1988-)，女，硕士.

P28

A

1006-7949(2016)11-0054-06