導航地圖服務系統(tǒng)設計研究

陳榮++張婷++任華

摘 要：本文基于筆者多年從事導航電子地圖的相關研究，以導航地圖服務系統(tǒng)設計為研究對象，論文首先分析了系統(tǒng)設計的原則，進而全面闡述了具體的設計思路和功能組成，全文是筆者長期工作實踐基礎上的理論升華，相信對從事相關工作的同行能有所裨益。

關鍵詞：LBS 電子地圖 服務系統(tǒng) 設計

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）06（a）-0043-02

LBS系統(tǒng)的基本原理是：當移動用戶需要信息服務或監(jiān)控管理中心需要對某移動終端進行移動監(jiān)控時，首先移動終端通過內(nèi)嵌的定位設備如GPS獲得終端本身當前的空間位置數(shù)據(jù)，并實時地通過無線網(wǎng)絡把數(shù)據(jù)上傳到中心；中心GIS服務器根據(jù)終端的地理位置、服務要求進行空間分析；然后將分析結果以文本或地圖的形式下傳到移動終端。因此，LBS技術是新信息技術和通訊技術（NCITS）相互融合和相互滲透的結果，其中包括了GIS技術、移動通訊技術和Internet技術等。

1 LBS下導航電子地圖設計原則

本文認為LBS移動終端導航地圖設計應采取以下幾條認知設計原則：

（1）人們通過路段名字和路段節(jié)點描述路線：通過系列轉向節(jié)點描述路線從一路段到另一路段，路線描述的重點是每一路段的進出節(jié)點和轉向（左或右）。地圖中路段的名字有助于移動用戶將地圖與現(xiàn)實世界相聯(lián)系，轉向方向決定移動用戶在節(jié)點處行為。因此，節(jié)點信息是路線導航中的重要認知信息。（2）路標是進行空間位置判斷的重要元素：移動用戶利用交叉路口路標和路線沿途路標可確認自己行走的路線是否準確，這大大有助于用戶導航。較大路標如水體和路線的整體形狀能幫助導航者將路線與現(xiàn)實周圍環(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，所以在導航服務地圖中可標注路段長度。（3）認知心理學的研究表明，閱讀地圖是獲取心象地圖、實現(xiàn)空間認知的重要手段。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）移動用戶的導航認知心理不僅想了解整體路線經(jīng)過的所有路段和節(jié)點，而且還需準確的路線引導策略。

2 導航地圖服務系統(tǒng)設計

LBS應用服務類型很多，如查找地物、查詢地物信息、物品追蹤等。本節(jié)研究LBS導航服務地圖的系統(tǒng)設計。

2.1 系統(tǒng)設計目標

本導航地圖服務系統(tǒng)的設計目標是“滿足導航用戶空間認知需求”，并以“一次請求，多次反饋”模式提供道路導航認知信息。即基于空間導航認知需要，導航地圖服務系統(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知難點區(qū)域，如環(huán)島、高架橋等周圍的細部地圖傳輸給用戶，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前所需的道路信息。如假定“國貿(mào)橋”行走地段是一認知難點，則系統(tǒng)會提供給用戶的該區(qū)域的詳細地圖。

路線概觀簡圖只包含對用戶導航目的有重要認知價值的地理信息，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而且能滿足用戶在導航初始階段對路線整體信息的認知需求。

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的等級劃分?？蛻舳送ㄟ^輸入起點和終點地名對，向服務器請求導航服務。服務器計算從出發(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，同時將線路中的認知難點發(fā)送給用戶，這樣既減輕了用戶的認知負擔，也滿足了用戶的任務需求及網(wǎng)絡和硬件條件。該系統(tǒng)有幾大部分組成，見圖1。完整的服務請求流程為：

（l）根據(jù)導航用戶輸入的出發(fā)地A和目的地B地名對，路徑查詢部分在道路網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)每一路段的方向和權值找出從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)過的所有地名地標集M{Ml，……，Mn}和節(jié)點集{a1，……，an}，并依據(jù)地名等級數(shù)據(jù)庫查找出地標集M中各地標的認知等級；（3）道路簡化部分根據(jù)本文所提出的認知簡化原則進行地圖簡化，形成從出發(fā)地A到目的地B的路線認知簡化圖，地圖內(nèi)容只包含簡化路線和沿途路線地標信息；（4）為保證移動用戶在較小視野范圍內(nèi)最大限度得到有關路線導航信息，計算機制圖部分需對地圖組成元素進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。同時傳輸路線中認知難點區(qū)域的細部地圖。

2.2 系統(tǒng)流程

2.2.1 最佳路徑計算

最佳路徑算法非本文的研究重點，因此，最佳路徑的計算采用后臺服務器平臺ArcGIS自帶的最佳路徑算法，查詢起點A到終點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，既不利于地圖標注，也不利于用戶對路線的整體認識和了解。在本文提出的“有效認知”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，需要對路段長度進行不等比例尺的簡化，即對長距離路段進行長度壓縮，而對短距離路段進行放大，見圖2（c）。這樣形成的路線簡化圖（c）既能滿足用戶對導航的認知需求，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航認知沒有較大意義的形狀細節(jié)，保留路線中有重要認知價值的節(jié)點，并且盡可能將兩重要節(jié)點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節(jié)的簡化直線圖。

2.2.3 地標搜索

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

Aai間和biB間這兩區(qū)域的詳細地圖對用戶導航認知很關鍵，因為對于城市地名而言，由于不同地名在交通網(wǎng)絡、歷史事件以及旅游價值等多方面重要性不同，導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位置和周圍環(huán)境有不同的認知度和熟悉度。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 km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行等級劃分，確認路線中用戶的認知難點。對地理信息服務系統(tǒng)而言，不僅要給用戶整個路線概觀簡圖，而且要將用戶的認知難點進行細化表達，充分考慮數(shù)據(jù)資源和硬件資源的有效利用。

2.2.4 計算機制圖

為符合人們的用圖習慣，地圖布局將路線起點設置在屏幕底端，并且路線走向沿著移動終端的長端。因為對于這樣的地圖，用戶使用起來不需要經(jīng)過思維旋轉，就可將地圖中的地理空間關系對應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)導航應用系統(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知使用習慣而更加適合于應用。

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 結語

本文主要講述系統(tǒng)的設計目標和預期成果，介紹系統(tǒng)流程與構成，分析系統(tǒng)中的組成部分以及每一部分的實現(xiàn)功能。

參考文獻

[1] 夏穎，張曙光，張航.空間數(shù)據(jù)檢索在嵌入式GSI中的應用[J].計算機應用，2012，22（12）：119-123.

[2] 余濤平.掌上電腦手機導航電子地圖設計與實現(xiàn)[D].武漢：武漢大學，2009.endprint