孟智勇 張寧

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(duì)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(zhǎng)期工作實(shí)踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對(duì)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(lèi)號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（c）-0041-02

LBS系統(tǒng)的基本原理是：當(dāng)移動(dòng)用戶(hù)需要信息服務(wù)或監(jiān)控管理中心需要對(duì)某移動(dòng)終端進(jìn)行移動(dòng)監(jiān)控時(shí)，首先移動(dòng)終端通過(guò)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(shí)地通過(guò)無(wú)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(dòng)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(dòng)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L(zhǎng)BS移動(dòng)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(guò)路段名字和路段節(jié)點(diǎn)描述路線：通過(guò)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(dòng)用戶(hù)將地圖與現(xiàn)實(shí)世界相聯(lián)系，轉(zhuǎn)向方向決定移動(dòng)用戶(hù)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(dòng)用戶(hù)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(hù)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?chē)h(huán)境相聯(lián)系。同樣，路段距離也有助于用戶(hù)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(zhǎng)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(hù)對(duì)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(hù)用圖目的。（4）移動(dòng)用戶(hù)的導(dǎo)航認(rèn)知心理不僅想了解整體路線經(jīng)過(guò)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(lèi)型很多，如查找地物、查詢(xún)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(mǎn)足導(dǎo)航用戶(hù)空間認(rèn)知需求”，并以“一次請(qǐng)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(hù)提供整個(gè)路線的概觀簡(jiǎn)圖，而且同時(shí)傳輸路線中的認(rèn)知難點(diǎn)區(qū)域，如環(huán)島、高架橋等周?chē)募?xì)部地圖傳輸給用戶(hù)，使移動(dòng)用戶(hù)在不同時(shí)刻可以選擇不同的地圖界面來(lái)獲取當(dāng)前所需的道路信息。如假定“國(guó)貿(mào)橋”行走地段是一認(rèn)知難點(diǎn)，則系統(tǒng)會(huì)提供給用戶(hù)的該區(qū)域的詳細(xì)地圖。

路線概觀簡(jiǎn)圖只包含對(duì)用戶(hù)導(dǎo)航目的有重要認(rèn)知價(jià)值的地理信息，這種經(jīng)綜合制作成的簡(jiǎn)化概觀地圖不僅圖幅尺寸少，符合移動(dòng)終端的小屏幕特點(diǎn)而且能滿(mǎn)足用戶(hù)在導(dǎo)航初始階段對(duì)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(chǔ)在后臺(tái)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中，并且數(shù)據(jù)庫(kù)中的地名和路段都有相應(yīng)的等級(jí)劃分?？蛻?hù)端通過(guò)輸入起點(diǎn)和終點(diǎn)地名對(duì)，向服務(wù)器請(qǐng)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(jiǎn)化圖的形式表現(xiàn)整個(gè)道路信息，同時(shí)將線路中的認(rèn)知難點(diǎn)發(fā)送給用戶(hù)，這樣既減輕了用戶(hù)的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，也滿(mǎn)足了用戶(hù)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(jiàn)圖1。完整的服務(wù)請(qǐng)求流程為。

（1）根據(jù)導(dǎo)航用戶(hù)輸入的出發(fā)地A和目的地B地名對(duì)，路徑查詢(xún)部分在道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)中提取路線LAB經(jīng)過(guò)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(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)查找出地標(biāo)集M中各地標(biāo)的認(rèn)知等級(jí)。（3）道路簡(jiǎn)化部分根據(jù)本文所提出的認(rèn)知簡(jiǎn)化原則進(jìn)行地圖簡(jiǎn)化，形成從出發(fā)地A到目的地B的路線認(rèn)知簡(jiǎn)化圖，地圖內(nèi)容只包含簡(jiǎn)化路線和沿途路線地標(biāo)信息。（4）為保證移動(dòng)用戶(hù)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(duì)地圖組成元素進(jìn)行地圖布局形成簡(jiǎn)化路線地圖。（5）最后，系統(tǒng)將地圖制作成圖片并以網(wǎng)頁(yè)形式向用戶(hù)發(fā)布。同時(shí)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(tái)服務(wù)器平臺(tái)ArcGIS自帶的最佳路徑算法，查詢(xún)起點(diǎn)A到終點(diǎn)B的最佳路徑LAB。

2.2.2 路線簡(jiǎn)化

路線簡(jiǎn)化包含幾小部分，如圖2所示。倘若按照常規(guī)簡(jiǎn)化原則簡(jiǎn)化路線長(zhǎng)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(huì)變得很小，既不利于地圖標(biāo)注，也不利于用戶(hù)對(duì)路線的整體認(rèn)識(shí)和了解。在本文提出的“有效認(rèn)知”簡(jiǎn)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(jiàn)，需要對(duì)路段長(zhǎng)度進(jìn)行不等比例尺的簡(jiǎn)化，即對(duì)長(zhǎng)距離路段進(jìn)行長(zhǎng)度壓縮，而對(duì)短距離路段進(jìn)行放大，見(jiàn)圖2（c）。這樣形成的路線簡(jiǎn)化圖（c）既能滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)導(dǎo)航的認(rèn)知需求，同時(shí)也符合移動(dòng)終端的屏幕限制，使用戶(hù)在小視野范圍內(nèi)最大限度掌握整體路線情況。

另外，簡(jiǎn)化過(guò)程要?jiǎng)h除路線中對(duì)導(dǎo)航認(rèn)知沒(méi)有較大意義的形狀細(xì)節(jié)，保留路線中有重要認(rèn)知價(jià)值的節(jié)點(diǎn)，并且盡可能將兩重要節(jié)點(diǎn)間的路段簡(jiǎn)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(jiǎn)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(guò)的地名地標(biāo)和地標(biāo)等級(jí)，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(jí)地標(biāo)ai，bi，向用戶(hù)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(duì)用戶(hù)導(dǎo)航認(rèn)知很關(guān)鍵，因?yàn)閷?duì)于城市地名而言，由于不同地名在交通網(wǎng)絡(luò)、歷史事件以及旅游價(jià)值等多方面重要性不同，導(dǎo)致人們對(duì)不同等級(jí)的地名有不同的熟知度，所以人們對(duì)不同等級(jí)的地標(biāo)位置和周?chē)h(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(duì)像北京、上海這樣的大都市更是如此，外出辦事打出租車(chē)，常常是司機(jī)也不熟悉所去單位的具體位置。下面舉幾個(gè)例子來(lái)說(shuō)明問(wèn)題。

（1）大部分人對(duì)北京“先農(nóng)壇體育場(chǎng)”不熟悉，但說(shuō)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(chǎng)”的大致方位；若“天壇公園”的等級(jí)還低，那么說(shuō)“先農(nóng)壇體育場(chǎng)”在“前門(mén)”正南2公里處，相信有絕大部分人（88%）因知道“前門(mén)”位置而明白“先農(nóng)壇體育場(chǎng)”的大致方位。

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

（3）再如，“中國(guó)測(cè)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(duì)某地名行走路線的熟知度隨著地名等級(jí)的下降而降低，所以需對(duì)地圖中的地名進(jìn)行等級(jí)劃分，確認(rèn)路線中用戶(hù)的認(rèn)知難點(diǎn)。對(duì)地理信息服務(wù)系統(tǒng)而言，不僅要給用戶(hù)整個(gè)路線概觀簡(jiǎn)圖，而且要將用戶(hù)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(dòng)終端的長(zhǎng)端。因?yàn)閷?duì)于這樣的地圖，用戶(hù)使用起來(lái)不需要經(jīng)過(guò)思維旋轉(zhuǎn)，就可將地圖中的地理空間關(guān)系對(duì)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(lái)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(hù)需求，將繪制出的簡(jiǎn)化地圖和修飾信息以網(wǎng)頁(yè)形式傳送給移動(dòng)用戶(hù)，形成一個(gè)最終的網(wǎng)頁(yè)地圖，見(jiàn)圖4。

3 結(jié)語(yǔ)

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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