趙軍喜，江　南，孫慶輝，李　響

(信息工程大學(xué)地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450052)

ZHAOJunxi,JIANGNan,SUNQinghui,LIXiang

基于用戶應(yīng)用特征的導(dǎo)航電子地圖要素分級(jí)體系構(gòu)建

趙軍喜，江南，孫慶輝，李響

(信息工程大學(xué)地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450052)

EstablishingofNavigationElectronicMapFeatureClassificationSystemBasedonUserBehaviorCharacter

ZHAOJunxi,JIANGNan,SUNQinghui,LIXiang

摘要：根據(jù)導(dǎo)航電子地圖用戶的不同應(yīng)用特征，基于可用性調(diào)查的問卷調(diào)查法設(shè)計(jì)了調(diào)查方案，通過對(duì)不同類型用戶的問卷調(diào)查統(tǒng)計(jì)，計(jì)算得到各地圖要素的權(quán)重值，依據(jù)分級(jí)處理模型建立了導(dǎo)航電子地圖要素分級(jí)體系。

引文格式： 趙軍喜，江南，孫慶輝，等. 基于用戶應(yīng)用特征的導(dǎo)航電子地圖要素分級(jí)體系構(gòu)建[J].測(cè)繪通報(bào)，2015(9)：44-47.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0275

關(guān)鍵詞：導(dǎo)航電子地圖；用戶應(yīng)用特征；分級(jí)體系

中圖分類號(hào)：P28

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：0494-0911(2015)09-0044-04

收稿日期：2014-09-02

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(41271450)；國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2012BAK12B02)

作者簡(jiǎn)介：趙軍喜(1972—)，男，博士，副教授，研究方向?yàn)榈乩硇畔⑾到y(tǒng)理論與應(yīng)用。E-mail：jxzhao@aliyun.com

一、引言

導(dǎo)航電子地圖應(yīng)用于交通、旅游、災(zāi)害、應(yīng)急保障和軍事作戰(zhàn)等領(lǐng)域過程中，產(chǎn)生了不同應(yīng)用特征的導(dǎo)航電子地圖用戶，由初期的汽車用戶(車載導(dǎo)航)逐漸發(fā)展到徒步行進(jìn)者(手持導(dǎo)航)、專項(xiàng)用戶(手機(jī)導(dǎo)航)和普通用戶(網(wǎng)絡(luò)電子地圖應(yīng)用)。導(dǎo)航電子地圖應(yīng)用中用戶更多關(guān)注的是內(nèi)容表達(dá)的實(shí)用性、靈活性，但目前導(dǎo)航電子地圖的內(nèi)容表達(dá)往往采用幾種固定的模式，致使地圖呈現(xiàn)“千人一面”的現(xiàn)象。同時(shí)用戶被動(dòng)接受固化的地圖內(nèi)容，導(dǎo)致用戶需要信息的缺失和地圖載負(fù)量嚴(yán)重不足，忽略了用戶的個(gè)性和應(yīng)用特點(diǎn)，無法根據(jù)用戶的習(xí)慣和應(yīng)用特征主動(dòng)確定地圖內(nèi)容。

建立導(dǎo)航電子地圖要素分級(jí)體系是實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航電子地圖內(nèi)容主動(dòng)表達(dá)的一種實(shí)用方法。目前關(guān)于導(dǎo)航電子地圖要素分級(jí)體系的研究，江南等提出在多尺度顯示模型的基礎(chǔ)上，建立電子地圖多尺度顯示分級(jí)體系[1]。在導(dǎo)航電子地圖分級(jí)方法上，方鈺等提出面向移動(dòng)導(dǎo)航設(shè)備的數(shù)字地圖分級(jí)組織與預(yù)取策略[2]，秦寬等提出基于感受綜合的電子地圖多尺度顯示技術(shù)[3]，呂新華等提出多尺度地圖數(shù)據(jù)在多媒體電子地圖集中的組織和顯示技術(shù)[4]。

本文通過探討導(dǎo)航電子地圖各類要素的應(yīng)用特征，根據(jù)路徑規(guī)劃、路徑引導(dǎo)、興趣點(diǎn)(POI)信息查詢等用戶使用特點(diǎn)對(duì)導(dǎo)航電子地圖要素進(jìn)行重要性評(píng)分問卷調(diào)查，根據(jù)調(diào)查結(jié)果計(jì)算各地圖要素的權(quán)重值，最后構(gòu)建面向用戶應(yīng)用特征的導(dǎo)航電子地圖要素分級(jí)體系。

二、用戶應(yīng)用特征調(diào)查

1. 可用性調(diào)查

在ISO9241—11標(biāo)準(zhǔn)中，可用性被定義為當(dāng)用戶在特定環(huán)境中使用產(chǎn)品完成具體任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)特定目標(biāo)時(shí)，交互過程的有效性、交互效率和用戶滿意程度[5]。可用性專家Nielsen將可用性歸納為5個(gè)要素：易學(xué)性、交互效率、可記憶性、錯(cuò)誤管理和用戶滿意度，Nielsen認(rèn)為產(chǎn)品在每個(gè)要素上都達(dá)到很好的水平，才具有高可用性[6]。在地圖學(xué)領(lǐng)域，可用性主要包括3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：有效性、效率和用戶滿意程度[7]?？捎眯哉{(diào)查是指評(píng)估者通過交談或觀察使用者的使用過程，得知使用者的需求、習(xí)慣和對(duì)系統(tǒng)的了解程度的調(diào)查評(píng)估方法，其調(diào)查方法主要有問卷調(diào)查法(questionnaires)、啟發(fā)式評(píng)價(jià)法(heuristicevaluation)、焦點(diǎn)小組法(focusgroup)等[8]。

導(dǎo)航電子地圖用戶應(yīng)用特征調(diào)查，需要調(diào)查的內(nèi)容較多，如用戶類型、用戶數(shù)量、各要素的重要性評(píng)分及權(quán)重值等。問卷調(diào)查法具有以下優(yōu)點(diǎn)：①問卷法調(diào)查結(jié)果容易量化。問卷調(diào)查是一種結(jié)構(gòu)化的調(diào)查，任何人都不可能把主觀偏見帶入調(diào)查中，調(diào)查的統(tǒng)計(jì)結(jié)果一般都能被量化出來。②問卷調(diào)查法可以進(jìn)行大規(guī)模的調(diào)查，而且可以周期進(jìn)行而不受調(diào)查研究人員變更的影響，可以跟蹤某些問題用戶的變化。因此，本文采用問卷調(diào)查的方法，得到導(dǎo)航電子地圖用戶應(yīng)用特征的有效、全面數(shù)據(jù)。

2. 調(diào)查方案

地圖要素的重要性是導(dǎo)航電子地圖分級(jí)體系和多尺度表達(dá)模型構(gòu)建的關(guān)鍵，反映了不同區(qū)域、不同任務(wù)、不同單位、不同用戶對(duì)地理要素分級(jí)體系的需求。為了得到較為有效客觀的調(diào)查結(jié)果，選擇了4類用戶(汽車用戶、專項(xiàng)用戶、徒步行進(jìn)者和普通用戶)，采用紙質(zhì)形式對(duì)64位用戶進(jìn)行調(diào)查。

(1) 調(diào)查對(duì)象

由于導(dǎo)航電子地圖在使用環(huán)境、數(shù)據(jù)來源、面向的用戶等方面與一般電子地圖有很多不同，導(dǎo)航電子地圖要素重要性問卷調(diào)查的對(duì)象可分為：①汽車用戶(車載導(dǎo)航)：此類用戶主要根據(jù)導(dǎo)航電子地圖準(zhǔn)確定位當(dāng)前位置，根據(jù)既定的目的地計(jì)算行程，通過地圖顯示和語音提示兩種方式引導(dǎo)至目的地，他們主要想獲得準(zhǔn)確的道路信息及各種汽車服務(wù)信息；②專項(xiàng)用戶(如自行車愛好者、盲人、驢友)：這類導(dǎo)航除了能夠提供標(biāo)準(zhǔn)的適合自行車運(yùn)動(dòng)的路網(wǎng)信息外，用戶可即時(shí)獲得天氣或風(fēng)速等信息，他們主要想獲得路況、天氣等信息；③徒步行進(jìn)者(手持導(dǎo)航)：手持導(dǎo)航主要為用戶提供人行道、胡同等非機(jī)動(dòng)車道的路網(wǎng)信息，他們主要想獲得詳細(xì)的人行天橋、地下通道、僅供人行通過的門、公交站點(diǎn)、地鐵站等信息；④普通用戶(如網(wǎng)絡(luò)電子地圖應(yīng)用)：網(wǎng)絡(luò)電子地圖提供的信息較為全面，此類用戶主要想獲得各種設(shè)施、各類POI的信息。

(2) 調(diào)查表設(shè)計(jì)

問卷調(diào)查表由調(diào)查要素和重要性評(píng)分兩部分組成，調(diào)查要素包括道路、背景、注記、POI4種共90類地圖要素信息，重要性評(píng)分是依據(jù)多尺度顯示模型確定的各調(diào)查要素所得分值。多尺度顯示模型是指當(dāng)?shù)貓D顯示范圍一定時(shí)，為了使地圖要素的空間分布特征無論是在放大或縮小時(shí)，都能恰當(dāng)?shù)亍⑶逦仫@示于屏幕上而采用的一組顯示尺度[1]。導(dǎo)航電子地圖內(nèi)容的重要性評(píng)分可以分為6個(gè)等級(jí)(如圖1所示)：絕對(duì)重要(9或10分)、非常重要(7或8分)、比較重要(5或6分)、一般重要(3或4分)、不太重要(1或2分)、不重要(0分)。

圖1　導(dǎo)航電子地圖要素重要性問卷調(diào)查表(部分)

3. 調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

本文采用統(tǒng)計(jì)分析法確定導(dǎo)航電子地圖要素的重要性等級(jí)，使定性化的問卷調(diào)查數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為定量數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)分析過程包括：?jiǎn)柧碚{(diào)查數(shù)據(jù)的錄入與處理、地圖要素權(quán)重值確定。

(1) 調(diào)查數(shù)據(jù)處理

本次問卷調(diào)查表發(fā)放了64份，由于個(gè)別用戶的失誤或不負(fù)責(zé)任，部分表格作無效處理。最后得到有效的調(diào)查表56份，其中汽車用戶20份，專項(xiàng)用戶9份，徒步行進(jìn)者11份，普通用戶16份。問卷調(diào)查表的紙質(zhì)數(shù)據(jù)需要錄入計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)化為電子格式的數(shù)據(jù)，然后計(jì)算所有問卷重要性評(píng)分的總和及算術(shù)平均值，為下一步確定地圖要素權(quán)重值及分級(jí)體系提供依據(jù)。

(2) 地圖要素權(quán)重值確定

目前確定統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)權(quán)重的方法主要有：專家打分法、德爾菲法、加權(quán)平均法、費(fèi)用效益分析法、主成分分析法、層次分析法、模糊綜合評(píng)判法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等[9]，其中加權(quán)平均法是計(jì)算簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛的一種方法，在很大程度上可排除人為因素的干擾，大大提高評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀公正性。本文采用加權(quán)平均法計(jì)算地圖要素的權(quán)重值，具體步驟如下。

1) 計(jì)算地圖要素權(quán)重值

式中，K=0.1，為歸一化因子，保證B的取值范圍在[0,1]；i代表問卷調(diào)查表中90類地圖要素，i=1,2，…,90；Bi表示某類地圖要素的權(quán)重值，如B1代表高速公路的權(quán)重值、B2代表胡同的權(quán)重值等；j表示4類調(diào)查對(duì)象的編號(hào)，其中j=1代表汽車司機(jī)、 j=2代表專項(xiàng)用戶、 j=3代表徒步行進(jìn)者、 j=4代表普通用戶；Pi表示某類調(diào)查對(duì)象的權(quán)重值(利用GPS產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)的調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，根據(jù)其不同用戶數(shù)量的比例，P1=0.3代表汽車用戶權(quán)重值、P2=0.2代表專項(xiàng)用戶權(quán)重值、P3=0.2代表徒步行進(jìn)者權(quán)重值、P4=0.3代表普通用戶權(quán)重值)；Qij表示針對(duì)某類用戶的某類地圖要素的權(quán)重值，如Q11代表對(duì)汽車用戶來說高速公路的權(quán)重值；u表示用戶的數(shù)量，取值為4。

2) 計(jì)算各類地圖要素權(quán)重值，高速公路權(quán)重值的計(jì)算如下

3) 計(jì)算各要素的權(quán)值，見表1。

表1　地圖要素的權(quán)重值(部分)

三、導(dǎo)航電子地圖要素分級(jí)體系

1. 分級(jí)模型

對(duì)計(jì)算的地圖要素權(quán)重值合理性檢查之后，采用等差分級(jí)模型對(duì)權(quán)重值進(jìn)行分級(jí)處理。等差分級(jí)模型包括2種：一種是相鄰分級(jí)界限相差一個(gè)常數(shù)K，稱為界限等差分級(jí)模型；另一種是相鄰分級(jí)間隔遞增一個(gè)常數(shù)，稱為間隔遞增等差分級(jí)模型。本文以界限等差分級(jí)模型為基礎(chǔ)進(jìn)行分級(jí)處理，分級(jí)公式為

式中，L=min{w1,w2,…,wn}，作為分級(jí)總區(qū)間左端點(diǎn)A0，w1,w2,…,wn代表問卷調(diào)查表中90類導(dǎo)航地圖要素的權(quán)重值；H=max{w1,w2,…,wn}，作為分級(jí)總區(qū)間右端點(diǎn)AM；M為分級(jí)數(shù)。經(jīng)過對(duì)問卷調(diào)查表中數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，并考慮地圖要素的分級(jí)原則，本文將地圖要素分為6個(gè)等級(jí)，因此M取值為6。根據(jù)本文地圖要素權(quán)重值計(jì)算結(jié)果，L取值為0.06，H取值為0.23。各等級(jí)界限的計(jì)算過程如下

因此可以確定地圖要素的權(quán)重值0.20～0.23為第一級(jí)、0.17～0.20為第二級(jí)、0.15～0.17為第三級(jí)、0.12～0.15為第四級(jí)、0.09～0.12為第五級(jí)、0.06～0.09為第六級(jí)。

2. 分級(jí)體系

依據(jù)導(dǎo)航電子地圖要素的權(quán)重值計(jì)算結(jié)果和各等級(jí)的分級(jí)界限，可以得到不同用戶應(yīng)用特征的導(dǎo)航電子地圖要素分級(jí)結(jié)果(見表2)。表2中部分地圖要素的權(quán)重值計(jì)算結(jié)果正好是分級(jí)界限的數(shù)值，導(dǎo)致該地圖要素的重要性等級(jí)不能唯一確定，如胡同的重要性等級(jí)為三級(jí)或四級(jí)。為了唯一確定地圖要素的重要性等級(jí)，本文采取的原則是就高不就低原則，這樣胡同的重要性等級(jí)就確定為三級(jí)。

對(duì)導(dǎo)航電子地圖要素進(jìn)行分級(jí)處理，是為了保證電子地圖在屏幕上任意縮放時(shí)可以對(duì)不同等級(jí)的地圖要素進(jìn)行取舍，從而達(dá)到地圖清晰易讀、層次分明、內(nèi)容適宜，并能有效地動(dòng)態(tài)控制電子地圖的載負(fù)量。本文基于用戶應(yīng)用特征調(diào)查結(jié)果對(duì)90類導(dǎo)航電子地圖要素權(quán)重值進(jìn)行計(jì)算，采用分級(jí)模型進(jìn)行分級(jí)處理，建立了導(dǎo)航電子地圖要素的分級(jí)體系，見表3。

表2　地圖要素分級(jí)結(jié)果(部分)

表3　導(dǎo)航電子地圖要素分級(jí)體系

四、結(jié)束語

導(dǎo)航電子地圖要素分級(jí)體系的建立，從用戶的個(gè)性和應(yīng)用特征出發(fā)，根據(jù)用戶的習(xí)慣和偏好確定地圖要素的重要性等級(jí)，為導(dǎo)航電子地圖的多尺度表達(dá)提供重要依據(jù)，保證了導(dǎo)航電子地圖顯示的清晰性、內(nèi)容適宜性和層次性。

本文從導(dǎo)航電子地圖多尺度顯示的需求出發(fā)，基于可用性調(diào)查的問卷調(diào)查法設(shè)計(jì)了調(diào)查方案，通過對(duì)不同類型用戶的問卷調(diào)查統(tǒng)計(jì)，計(jì)算得到各地圖要素的權(quán)重值，依據(jù)分級(jí)處理模型建立了導(dǎo)航電子地圖要素分級(jí)體系。但是在問卷調(diào)查中設(shè)置的樣本數(shù)量不夠多，導(dǎo)致最終的結(jié)果不一定完全適合各種類型的用戶。因此本文主要是為導(dǎo)航電子地圖要素進(jìn)行重要性分級(jí)提供一種方法，如果用于工程實(shí)際則需要采用大量的調(diào)查樣本數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]江南,白小雙,曹亞妮，等.基礎(chǔ)電子地圖多尺度顯示模型的建立與應(yīng)用[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：信息科學(xué)版,2010,35(7):768-772.

[2]方鈺,何啟海.面向移動(dòng)導(dǎo)航設(shè)備的數(shù)字地圖分級(jí)組織與預(yù)取策略[J].小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),2006,27(7): 1339-1342.

[3]秦寬,賈月玲,楊俊杰.基于感受綜合的電子地圖多尺度顯示技術(shù)[J].測(cè)繪技術(shù)裝備,2007,9(1): 20-22.

[4]呂華新,李霖,翟亮.多尺度地圖數(shù)據(jù)在多媒體電子地圖集中的組織和顯示[J].四川測(cè)繪,2005,28(3): 106-108.

[5]LIU S. What is Usability? [EB/OL].2006-04-17.http:∥www.douban.corn/group/topic/1068260/.

[6]NIELSEN J. Introduction to Usability[EB/OL].2012-01-04.http:∥www.useit.corn/alertbox/20030825.html.

[7]曹亞妮,江南,張薇，等.基于可用性電子地圖符號(hào)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪科學(xué),2010,35(2):24-26.

[8]張曉楠,江南,曹亞妮，等.基于可用性調(diào)查的電子地圖多模式符號(hào)體系建立[J].測(cè)繪通報(bào),2012(2): 26-30.

[9]李剛,秦紅玲.綜合評(píng)價(jià)方法及探討[J].節(jié)能,2004(10): 12-15.

[10]江南,曹亞妮,孫慶輝,等.雙峰型電子地圖載負(fù)量變化規(guī)律的探究[J]. 測(cè)繪學(xué)報(bào)， 2014, 43(3): 303-306.