面向位置服務(wù)的電子地圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

摘 要：本文基于筆者多年從事導(dǎo)航電子地圖的相關(guān)研究，以LBS下的導(dǎo)航電子地圖服務(wù)設(shè)計(jì)為研究對象，論文首先分析了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則，進(jìn)而全面闡述了具體的設(shè)計(jì)思路和功能組成，全文是筆者長期工作實(shí)踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：LBS 電子地圖 服務(wù)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（c）-0007-02

LBS系統(tǒng)的基本原理是：當(dāng)移動用戶需要信息服務(wù)或監(jiān)控管理中心需要對某移動終端進(jìn)行移動監(jiān)控時，首先移動終端通過內(nèi)嵌的定位設(shè)備如GPS獲得終端本身當(dāng)前的空間位置數(shù)據(jù)，并實(shí)時地通過無線網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳到中心；中心GIS服務(wù)器根據(jù)終端的地理位置、服務(wù)要求進(jìn)行空間分析；然后將分析結(jié)果以文本或地圖的形式下傳到移動終端。

因此，LBS技術(shù)是新信息技術(shù)和通訊技術(shù)（NCITS）相互融合和相互滲透的結(jié)果，其中包括了GIS技術(shù)、移動通訊技術(shù)和Internet技術(shù)等。

1 LBS下導(dǎo)航電子地圖設(shè)計(jì)原則

本文認(rèn)為LBS移動終端導(dǎo)航地圖設(shè)計(jì)應(yīng)采取以下幾條認(rèn)知設(shè)計(jì)原則。

（1）人們通過路段名字和路段節(jié)點(diǎn)描述路線：通過系列轉(zhuǎn)向節(jié)點(diǎn)描述路線從一路段到另一路段，路線描述的重點(diǎn)是每一路段的進(jìn)出節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)向（左或右）。地圖中路段的名字有助于移動用戶將地圖與現(xiàn)實(shí)世界相聯(lián)系，轉(zhuǎn)向方向決定移動用戶在節(jié)點(diǎn)處行為。因此，節(jié)點(diǎn)信息是路線導(dǎo)航中的重要認(rèn)知信息。

（2）路標(biāo)是進(jìn)行空間位置判斷的重要元素：移動用戶利用交叉路口路標(biāo)和路線沿途路標(biāo)可確認(rèn)自己行走的路線是否準(zhǔn)確，這大大有助于用戶導(dǎo)航。較大路標(biāo)如水體和路線的整體形狀能幫助導(dǎo)航者將路線與現(xiàn)實(shí)周圍環(huán)境相聯(lián)系。同樣，路段距離也有助于用戶判斷自己的行程，所以在導(dǎo)航服務(wù)地圖中可標(biāo)注路段長度。

（3）認(rèn)知心理學(xué)的研究表明，閱讀地圖是獲取心象地圖、實(shí)現(xiàn)空間認(rèn)知的重要手段。不同使用目的用戶對同一幅地圖可產(chǎn)生內(nèi)容不同的心象地圖，而心象地圖又包含諸多地理變形，心象地圖包含的內(nèi)容和變形完全取決于用戶用圖目的。

（4）移動用戶的導(dǎo)航認(rèn)知心理不僅想了解整體路線經(jīng)過的所有路段和節(jié)點(diǎn)，而且還需準(zhǔn)確的路線引導(dǎo)策略。

2 導(dǎo)航地圖服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

LBS應(yīng)用服務(wù)類型很多，如查找地物、查詢地物信息、物品追蹤等。本節(jié)研究LBS導(dǎo)航服務(wù)地圖的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

本導(dǎo)航地圖服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是“滿足導(dǎo)航用戶空間認(rèn)知需求”，并以“一次請求，多次反饋”模式提供道路導(dǎo)航認(rèn)知信息。即基于空間導(dǎo)航認(rèn)知需要，導(dǎo)航地圖服務(wù)系統(tǒng)不僅向用戶提供整個路線的概觀簡圖，而且同時傳輸路線中的認(rèn)知難點(diǎn)區(qū)域，如環(huán)島、高架橋等周圍的細(xì)部地圖傳輸給用戶，使移動用戶在不同時刻可以選擇不同的地圖界面來獲取當(dāng)前所需的道路信息。如假定“國貿(mào)橋”行走地段是一認(rèn)知難點(diǎn)，則系統(tǒng)會提供給用戶的該區(qū)域的詳細(xì)地圖。

路線概觀簡圖只包含對用戶導(dǎo)航目的有重要認(rèn)知價值的地理信息，這種經(jīng)綜合制作成的簡化概觀地圖不僅圖幅尺寸少，符合移動終端的小屏幕特點(diǎn)而且能滿足用戶在導(dǎo)航初始階段對路線整體信息的認(rèn)知需求。

本系統(tǒng)采用B/S模式，地理數(shù)據(jù)以ArcGIS形式存儲在后臺服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，并且數(shù)據(jù)庫中的地名和路段都有相應(yīng)的等級劃分。客戶端通過輸入起點(diǎn)和終點(diǎn)地名對，向服務(wù)器請求導(dǎo)航服務(wù)。服務(wù)器計(jì)算從出發(fā)地到目的地的最佳路徑，以簡化圖的形式表現(xiàn)整個道路信息，同時將線路中的認(rèn)知難點(diǎn)發(fā)送給用戶，這樣既減輕了用戶的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，也滿足了用戶的任務(wù)需求及網(wǎng)絡(luò)和硬件條件。該系統(tǒng)有幾大部分組成，見圖1。完整的服務(wù)請求流程為。

（l）根據(jù)導(dǎo)航用戶輸入的出發(fā)地A和目的地B地名對，路徑查詢部分在道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)每一路段的方向和權(quán)值找出從A到B的最佳路徑LAB。（2）根據(jù)得到的最佳路徑LAB，地標(biāo)搜索部分在數(shù)據(jù)庫中提取路線LAB經(jīng)過的所有地名地標(biāo)集M{Ml，……，Mn}和節(jié)點(diǎn)集{a1，，，，， an}，并依據(jù)地名等級數(shù)據(jù)庫查找出地標(biāo)集M中各地標(biāo)的認(rèn)知等級。（3）道路簡化部分根據(jù)本文所提出的認(rèn)知簡化原則進(jìn)行地圖簡化，形成從出發(fā)地A到目的地B的路線認(rèn)知簡化圖，地圖內(nèi)容只包含簡化路線和沿途路線地標(biāo)信息。（4）為保證移動用戶在較小視野范圍內(nèi)最大限度得到有關(guān)路線導(dǎo)航信息，計(jì)算機(jī)制圖部分需對地圖組成元素進(jìn)行地圖布局形成簡化路線地圖。（5）最后，系統(tǒng)將地圖制作成圖片并以網(wǎng)頁形式向用戶發(fā)布。同時傳輸路線中認(rèn)知難點(diǎn)區(qū)域的細(xì)部地圖。

2.2 系統(tǒng)流程

2.2.1 最佳路徑計(jì)算

最佳路徑算法非本文的研究重點(diǎn)，因此，最佳路徑的計(jì)算采用后臺服務(wù)器平臺ArcGIS自帶的最佳路徑算法，查詢起點(diǎn)A到終點(diǎn)B的最佳路徑LAB。

2.2.2 路線簡化

路線簡化包含幾小部分，如圖2所示。倘若按照常規(guī)簡化原則簡化路線長度，即路段具有統(tǒng)一比例尺，那么路線中的短路段在地圖中就會變得很小，既不利于地圖標(biāo)注，也不利于用戶對路線的整體認(rèn)識和了解。在本文提出的”有效認(rèn)知”簡化原則下，為使組成路線的所有路段在一定的視野范圍內(nèi)都清晰可見，需要對路段長度進(jìn)行不等比例尺的簡化，即對長距離路段進(jìn)行長度壓縮，而對短距離路段進(jìn)行放大，見圖2（c）。這樣形成的路線簡化圖2（c）既能滿足用戶對導(dǎo)航的認(rèn)知需求，同時也符合移動終端的屏幕限制，使用戶在小視野范圍內(nèi)最大限度掌握整體路線情況。

另外，簡化過程要刪除路線中對導(dǎo)航認(rèn)知沒有較大意義的形狀細(xì)節(jié)，保留路線中有重要認(rèn)知價值的節(jié)點(diǎn)，并且盡可能將兩重要節(jié)點(diǎn)間的路段簡化成直線段，如圖2（b）是刪除了原始道路形狀細(xì)節(jié)的簡化直線圖。

2.2.3地標(biāo)搜索

地標(biāo)搜索根據(jù)計(jì)算出的最佳路徑LAB檢索路線經(jīng)過的地名地標(biāo)和地標(biāo)等級，如圖3，并找出距離出發(fā)點(diǎn)A和目的地B最近的最高等級地標(biāo)ai，bi，向用戶提供Aai間的詳細(xì)路線圖和biB間的詳細(xì)路線圖。

Aai間和biB間這兩區(qū)域的詳細(xì)地圖對用戶導(dǎo)航認(rèn)知很關(guān)鍵，因?yàn)閷τ诔鞘械孛?，由于不同地名在交通網(wǎng)絡(luò)、歷史事件以及旅游價值等多方面重要性不同，導(dǎo)致人們對不同等級的地名有不同的熟知度，所以人們對不同等級的地標(biāo)位置和周圍環(huán)境有不同的認(rèn)知度和熟悉度。例如，居民不可能熟悉所居城市的任何角落，尤其是對像北京、上海這樣的大都市更是如此，外出辦事打出租車，常常是司機(jī)也不熟悉所去單位的具體位置。下面舉幾個例子來說明問題。

（1）大部分人對北京“先農(nóng)壇體育場”不熟悉，但說到在“天壇公園”附近，可能有大部分人（60%）因知道“天壇公園”位置而明白“先農(nóng)壇體育場”的大致方位；若“天壇公園”的等級還低，那么說“先農(nóng)壇體育場”在“前門”正南2公里處，相信有絕大部分人（88%）因知道“前門”位置而明白“先農(nóng)壇體育場”的大致方位。

（2）同樣，“中國評劇大劇院”“木擇園”“永定門”，人們熟悉“永定門”或“木揮園”的具體走法，從而知道“中國評劇大劇院”的位置。

（3）再如，“中國測繪科學(xué)研究院”“永定路口”“五棵松”等等，這樣的例子在生活中比比皆是。

綜上所述，人們對某地名行走路線的熟知度隨著地名等級的下降而降低，所以需對地圖中的地名進(jìn)行等級劃分，確認(rèn)路線中用戶的認(rèn)知難點(diǎn)。對地理信息服務(wù)系統(tǒng)而言，不僅要給用戶整個路線概觀簡圖，而且要將用戶的認(rèn)知難點(diǎn)進(jìn)行細(xì)化表達(dá)，充分考慮數(shù)據(jù)資源和硬件資源的有效利用。

2.2.4 計(jì)算機(jī)制圖

為符合人們的用圖習(xí)慣，地圖布局將路線起點(diǎn)設(shè)置在屏幕底端，并且路線走向沿著移動終端的長端。因?yàn)閷τ谶@樣的地圖，用戶使用起來不需要經(jīng)過思維旋轉(zhuǎn)，就可將地圖中的地理空間關(guān)系對應(yīng)于人們頭腦中的心像地圖，因此，這種地圖布局使用起來更加方便，多數(shù)導(dǎo)航應(yīng)用系統(tǒng)采用的是這種地圖布局形式。傳統(tǒng)的“上北下南左西右東”的地圖布局適合于規(guī)劃，而走向朝上的地圖布局由于符合人們的認(rèn)知使用習(xí)慣而更加適合于應(yīng)用。

2.2.5 地圖發(fā)布

地圖發(fā)布根據(jù)用戶需求，將繪制出的簡化地圖和修飾信息以網(wǎng)頁形式傳送給移動用戶，形成一個最終的網(wǎng)頁地圖。

3 結(jié)語

本文主要講述系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和預(yù)期成果，介紹系統(tǒng)流程與構(gòu)成，分析系統(tǒng)中的組成部分以及每一部分的實(shí)現(xiàn)功能。

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