基于自發(fā)地理信息的空間信息傳輸研究

馬京振，孫 群，肖 強(qiáng)，劉 超,2

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

基于自發(fā)地理信息的空間信息傳輸研究

馬京振1，孫 群1，肖 強(qiáng)1，劉 超1,2

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

自發(fā)地理信息（VGI）是地理信息科學(xué)領(lǐng)域中出現(xiàn)的新概念，也是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。在相關(guān)地圖傳輸模型的基礎(chǔ)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(diǎn)分析了VGI條件下空間信息傳輸?shù)奶攸c(diǎn)和過程；并探討了空間信息傳輸中的空間認(rèn)知規(guī)律，為進(jìn)一步研究VGI提供了理論支撐。

VGI；空間信息傳輸模型；空間認(rèn)知

VGI由M F GoodChild于2007年首次提出[1]，是地理信息科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展中出現(xiàn)的新概念，闡述了在Web2.0條件下，地理信息的創(chuàng)建、應(yīng)用和維護(hù)均可由大眾完成[2]。Web 2.0的上傳標(biāo)注功能，網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)設(shè)備的日益普及，使互聯(lián)網(wǎng)用戶成為VGI的提供者[3]。目前，具有代表性的VGI應(yīng)用有OpenStreetMap、WikiMipia和Flicker等。在VGI環(huán)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(dòng)接收者，更是地理信息的主動(dòng)提供者，地理信息的提供者和使用者不再有嚴(yán)格的區(qū)分[4]，從而超出了傳統(tǒng)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(dǎo)VGI的生產(chǎn)及其服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為更進(jìn)一步研究VGI提供理論基礎(chǔ)。

1 VGI相關(guān)介紹

VGI是指用戶通過在線協(xié)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(gè)人空間認(rèn)知的地理知識(shí)為基礎(chǔ)參考，創(chuàng)建、編輯、管理、維護(hù)的地理信息[5]。VGI不同于標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格的官方測繪數(shù)據(jù)，它由世界各地背景各異的志愿者創(chuàng)建，是一種新型的自下而上的地理信息數(shù)據(jù)源，其數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)實(shí)時(shí)更新，現(xiàn)勢性很強(qiáng)，能為用戶帶來更好的地理信息服務(wù)。

1.1 VGI數(shù)據(jù)來源

VGI數(shù)據(jù)的來源多種多樣，包括POI，具有GPS終端記錄的軌跡數(shù)據(jù)，用戶上傳的具有時(shí)空位置的圖片、視頻，相關(guān)地物的屬性描述信息以及用戶自己繪制的點(diǎn)、線、面等。根據(jù)其性質(zhì)，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(diǎn)及意義

與專業(yè)測繪數(shù)據(jù)相比，VGI主要有以下特點(diǎn)：

1）數(shù)據(jù)質(zhì)量的不確定性。VGI提供者沒有專業(yè)的測繪知識(shí)，數(shù)據(jù)精度沒有一定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，再加上人為操作不當(dāng)可能帶來的誤差，造成數(shù)據(jù)質(zhì)量的不確定性。

2）細(xì)節(jié)豐富。由于大眾參與到其中，對于傳統(tǒng)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(shù)據(jù)具有豐富的細(xì)節(jié)和語義信息。

3）獲取成本低。VGI是用戶通過簡單的數(shù)據(jù)采集方式獲得的，大眾用戶在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上與大家分享，更新維護(hù)成本低。

4）準(zhǔn)實(shí)時(shí)更新。VGI環(huán)境下，公眾作為自發(fā)的傳感器能實(shí)時(shí)感受到地理信息的變化，隨時(shí)將相關(guān)數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)實(shí)時(shí)更新。

VGI數(shù)據(jù)可補(bǔ)充基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的不足，提供豐富的細(xì)節(jié)和實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)實(shí)時(shí)更新，且更新維護(hù)成本低[6]。VGI是集體智慧和協(xié)作勞動(dòng)的產(chǎn)物，集中了普通大眾的地理知識(shí)，并為傳播與共享創(chuàng)造了基礎(chǔ)平臺(tái)。目前，VGI在旅游、商業(yè)應(yīng)用、應(yīng)急救災(zāi)等領(lǐng)域取得了很多應(yīng)用成果。

2 地圖信息傳輸理論

2.1 傳統(tǒng)的地圖傳輸模型

1969年，捷克地圖學(xué)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(zhì)是地圖學(xué)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(rèn)識(shí)進(jìn)行信息加工并經(jīng)過符號(hào)化，通過地圖傳遞給用圖者；用圖者經(jīng)過符號(hào)識(shí)別、分析、解譯等形成對客觀世界的認(rèn)識(shí)。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(dòng)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(hào)化表達(dá)，制圖者和用圖者主要依靠各自對空間信息的認(rèn)識(shí)水平制圖和用圖，會(huì)導(dǎo)致信息傳輸過程中出現(xiàn)偏差，地圖信息傳輸?shù)男什桓摺?/p>

圖1 Kolacny的地圖信息傳輸模型

2.2 數(shù)字條件下地圖信息傳輸

隨著地理信息科學(xué)領(lǐng)域的迅速發(fā)展以及計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了許多新的地圖產(chǎn)品和服務(wù)，如網(wǎng)絡(luò)地圖、移動(dòng)位置服務(wù)和導(dǎo)航地圖等，許多專家學(xué)者對這些數(shù)字產(chǎn)品和服務(wù)的信息傳輸進(jìn)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(jì)算機(jī)的地圖信息傳輸模型，陳應(yīng)東[9]等提出了網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)的地圖信息傳輸機(jī)制，張海棠[10]等提出了面向空間信息移動(dòng)服務(wù)的空間信息傳輸模型，馬超[11]等提出了移動(dòng)地圖的信息傳輸模型。在這些模型中，充分考慮了數(shù)字環(huán)境下空間信息傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，但是并未全面考慮VGI環(huán)境下空間信息傳輸?shù)囊恍┬绿攸c(diǎn)。

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(xué)領(lǐng)域的快速發(fā)展，地圖制圖行業(yè)實(shí)現(xiàn)了由行業(yè)封閉向社會(huì)開放、由專家制圖向公眾參與制圖的轉(zhuǎn)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(chǎn)過程中的，制圖者和用圖者之間的界限逐漸模糊，趨于統(tǒng)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(huán)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?shù)男省?/p>

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(fèi)轉(zhuǎn)向公眾共享式消費(fèi)，地圖信息傳遞由單向傳輸變?yōu)榈貓D與個(gè)體的雙向傳輸，實(shí)現(xiàn)了地圖制作者、地圖和用圖者之間的各方向網(wǎng)狀信息傳輸。其中，當(dāng)同一個(gè)體既是制圖者又是用圖者時(shí)，其所理解的地理環(huán)境是一致的；當(dāng)用戶不參與制圖、只是一般的用圖者時(shí)，各向地圖信息傳輸則變成傳統(tǒng)的地圖信息傳輸。從這個(gè)意義上講，傳統(tǒng)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(jù)VGI的特點(diǎn)，在各向地圖信息傳輸模型的基礎(chǔ)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(shí)和認(rèn)知能力的基礎(chǔ)上，以高分辨率遙感影像、GPS數(shù)據(jù)以及自己對環(huán)境的熟悉了解等為參考，通過Internet的相關(guān)VGI平臺(tái)，如在線網(wǎng)站或移動(dòng)終端，利用地理信息語言進(jìn)行地理信息的編輯、創(chuàng)建和維護(hù)，產(chǎn)生相關(guān)的地理信息數(shù)據(jù)或地圖產(chǎn)品等。信息的接收者則通過互聯(lián)網(wǎng)上的相關(guān)軟件平臺(tái)，獲取到地理信息數(shù)據(jù)或產(chǎn)品，通過對地理信息的解碼，形成自己對客觀世界的認(rèn)識(shí)。

基于VGI的空間信息傳輸具有以下特點(diǎn)：

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(lián)網(wǎng)的，傳輸過程實(shí)時(shí)發(fā)生，且傳輸速度很快。此外，由于充分發(fā)揮了大眾的智慧，人人都能參與到信息交流傳輸?shù)倪^程中，突破了傳統(tǒng)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(tǒng)的地理數(shù)據(jù)生產(chǎn)，要求用戶具備專業(yè)的知識(shí)，但在VGI環(huán)境下，大眾用戶可在遙感影像上進(jìn)行地物勾勒，可上傳照片、GPS軌跡、標(biāo)注POI等，還可進(jìn)行屬性信息的添加，對用戶的知識(shí)和水平?jīng)]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(dá)的地理信息通過VGI網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)時(shí)傳遞給地理信息接收者，而接收者也可根據(jù)自身的需求實(shí)時(shí)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(gè)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(jù)自身的特點(diǎn)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(wǎng)絡(luò)以及地理信息于一體的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)。

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?shù)倪^程，是一個(gè)循環(huán)流動(dòng)開放的系統(tǒng)，其過程包括：

1）地理環(huán)境—信息提供者。信息提供者可通過對地理環(huán)境進(jìn)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(huán)境的認(rèn)知。

2）信息提供者—VGI網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。在獲得對空間環(huán)境認(rèn)知的基礎(chǔ)上，信息提供者在VGI網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上發(fā)布空間數(shù)據(jù)或地圖產(chǎn)品。

3）VGI網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)—信息接收者。信息接收者通過VGI網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，對相關(guān)地理信息進(jìn)行解譯，獲得所需要的地理信息，形成對空間環(huán)境的認(rèn)知。

4）信息接收者—地理環(huán)境。用戶將得到的空間環(huán)境信息結(jié)合自己對空間環(huán)境的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步理解空間環(huán)境，并形成新的空間環(huán)境認(rèn)識(shí)。

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(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行交互反饋的，信息提供者可根據(jù)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(dāng)大眾用戶既是信息接收者又是提供者時(shí)，其自身對環(huán)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(jìn)行反饋交互，形成一個(gè)信息傳輸?shù)难h(huán)系統(tǒng)。

3.4 VGI信息傳輸過程中的空間認(rèn)知

在空間信息傳輸過程中，空間認(rèn)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(rèn)知的過程[12]，因此有必要研究VGI信息傳輸過程中的空間認(rèn)知規(guī)律。

根據(jù)VGI條件下空間信息傳輸?shù)倪^程和特點(diǎn)，可將空間認(rèn)知分為信息提供者的認(rèn)知和信息接收者的認(rèn)知，而獨(dú)立的的信息提供者和信息接收者的認(rèn)知模型與傳統(tǒng)的制圖者和用圖者的認(rèn)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(lián)系，統(tǒng)一在空間信息傳輸?shù)倪^程中，因此本文對大眾用戶的空間認(rèn)知模型進(jìn)行統(tǒng)一研究，建立模型如圖4所示。

圖4 基于VGI的空間認(rèn)知模型

從圖4可以看出，在空間認(rèn)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(rèn)知的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身知識(shí)和空間環(huán)境的特點(diǎn)，通過感知、表象、記憶和思維等過程，實(shí)現(xiàn)對客觀世界的認(rèn)知。信息接收者和信息提供者以及其他用戶可通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)交流反饋，信息接收者、信息提供者和客觀現(xiàn)實(shí)世界能夠緊密聯(lián)系在一起，因此VGI用戶能夠不斷獲得新的空間認(rèn)知知識(shí)，從而提高信息傳輸?shù)男省?/p>

4 結(jié) 語

基于VGI的空間信息傳輸研究對地理信息的發(fā)展與應(yīng)用具有重要的意義，本文通過介紹相關(guān)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(lǐng)域的發(fā)展趨勢，要想真正地應(yīng)用和發(fā)展VGI，還需要對其作進(jìn)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?yàn)閿?shù)字地圖制圖。

2015-06-19。

項(xiàng)目來源：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41201391、41071297）。