位置地图的空间认知研究

杨 飞，江 南，牛 浩，李柏地

(1.信息工程大学，河南 郑州 450001；2.65014部队，辽宁 沈阳 110000；3.78092部队，四川 成都 610000)

位置地图的空间认知研究

杨 飞1，江 南1，牛 浩2，李柏地3

(1.信息工程大学，河南 郑州 450001；2.65014部队，辽宁 沈阳 110000；3.78092部队，四川 成都 610000)

作为信息时代实现位置服务的重要基础，位置地图交互性强、使用方便，并且能实时、应景地向用户提供位置关联信息，因而比传统的电子地图更能满足用户的位置服务需求。文中分析位置地图的特点和服务模式，并基于地图空间认知理论，提出位置地图的空间认知过程，最后探讨位置地图的认知设计原则，为基于位置地图的位置服务中空间信息的认知与表达提供理论依据。

位置地图；服务模式；空间认知；认知设计原则

地图是人类进行空间认知的工具，也是空间认知的产物，它贯穿整个人类发展史。近年来，随着互联网的广泛应用和位置服务(Location Based Service，LBS)的迅速发展，人类社会对空间认知的需求也与日俱增，传统的电子地图已不能满足泛在信息社会和大数据时代对信息传播和感知能力的基本要求。周成虎[1]率先明确提出“位置地图”的概念，将“以感兴趣的位置为中心的一种地图”称为位置地图，并且认为从社会产业发展看，位置信息服务已成为现代服务业的重要构成之一，发展个性化、智能化、全方位信息的位置地图将是支撑位置服务业发展的关键。位置地图作为一种全新的地图产品应运而生，它和位置服务一样被广泛用于商业、旅游、救援、医疗等社会生活的多个领域，进而为智慧城市构建和位置社会感知提供重要的信息资源保障。

作为一种新型的地图产品，位置地图是当今互联网大数据时代实现位置服务的重要基础。目前已有部分学者从不同角度对位置地图进行研究。齐晓飞等[2-5]阐释位置地图情景的相关概念，并研究位置地图情景分类分级与切换，顾及时间的情景推理、情景建模、情景匹配、情景表达等相关技术；周小军等[6]研究基于情境的位置地图的表示内容；袁田等[7-9]探讨基于移动终端的位置地图服务的研究现状和发展趋势，并着重研究位置地图的表示内容和基于模板的表达运行机制；高利佳[10]等研究面向旅客个性化服务的机场室内位置地图与服务系统的构建；李一鸣[11]通过调研43幅沈阳市房地产广告中的项目位置地图，对房地产广告的诚信度进行考量。但以上研究多是从位置地图应用的层面出发，对位置地图的相关技术和具体应用所做的探讨，缺乏对位置地图基本特点和服务模式的分析。相比一般的电子地图，位置地图的服务模式和特点均发生明显改变。同时，地图空间认知是地图设计、制作和应用的重要基础，地图使用者在使用位置地图的过程中如何进行空间认知是一个尚未提及且亟待研究和解决的问题。本文分析位置地图的基本特点及服务模式，阐明位置地图的空间认知过程和认知特性，并对位置地图的认知设计原则进行较深入的探讨。

1 位置地图的特点与服务模式

1.1 位置地图的特点

互联网的快速普及、位置服务的迅猛发展和数字地图制图技术的与时俱进催生位置地图的形成和日渐发展成熟，它一出现就迅速得到广大用户的青睐，并得到广泛的应用，是电子地图未来发展的一个重要方向。位置地图以位置为核心，将用户和时空环境高度统一、有机结合起来，不仅为用户实时提供感兴趣的位置信息服务，而且通过丰富多样的交互方式，极大地提升用户的自主性，使其能够自发地编辑、制作地图，在这种意义下，制图者和用户之间的界限逐渐模糊，二者近似实现角色互换。作为一种新型的信息传播和服务媒介，要想研究位置地图对使用者的空间认知的影响，首先应当分析和理解其特点。位置地图的特点体现在以下5个方面：

1)以位置为核心。据统计，世界上80%的信息都与位置相关[12]。位置地图区别于一般电子地图的最重要特点是将位置作为核心表示内容，并且这些位置不同于一般意义上的静态位置，而是在位置服务中，通过实时定位获得的动态位置与在线地图(如网络地图)中的静态位置及其关联信息的组合。位置地图通过将上述两种位置进行动态关联和语义匹配，实时提供满足用户需求的位置信息。以位置为核心是位置地图区别于其它种类地图的根本特点，其本质是以用户为核心的理念的体现。

2)情境依赖。情境这一概念适用于多个领域，位置地图的情境是指与位置地图的制作和应用相关的，对位置地图的表达与服务有直接影响的人、位置和环境等信息的集合。用户使用位置地图展开的活动是情境的重要组成部分，用户活动与情境是相互作用、相互依存的，即情境通过用户活动进行聚合，而活动能为情境提供实例性表达。同时，情景的分类分级的合理性也关乎位置地图的内容表达及其在情境间的相互切换。因此，位置地图具有自身特有的情境依赖特性。

3)现势性强。相对于纸质地图和一般电子地图，位置地图为制图者和用户、用户与用户之间提供了一个更加方便、快捷的信息交流媒介，也为用户提供了一个更加实时变化的地图环境。位置地图的现势性与位置服务的实时特性是一脉相承的，将位置服务中实时传播的信息通过在线地图制图的方式可视化表达出来就形成了位置地图。当前，随着互联网、物联网、传感网和各种移动智能终端的飞速发展以及人们对时空信息传输效率需求的急剧加大，位置服务越来越注重时效性，因而位置地图的更新速度越来越快，更新周期越来越短，现势性越来越强，这是位置地图符合信息化时代要求和用户需求的一个必然发展趋势。

4)自发性强。这里的自发性是从普通用户在地图制图中的参与度方面来讲的。纸质地图和一般电子地图的制图更倾向于专家制图、定期发布的传统模式，即使用户有参与到地图生产，最多也只是提供地理空间数据，但不进行制图表达。对于位置地图，用户自主发挥的空间明显扩大，可以在地图上实时编辑、修改位置信息后再将新的地图上传分享，这就实现了将普通用户的集体智慧充分表达以满足多种社会需要(如灾情分析、疫情监控等)的目标。这个过程中用户不仅自发提供多种形式的地理空间数据(如与位置关联的文本、图片、音频、视频等)，而且能够完全独立自主地参与到地图制图过程中来。但另一方面不足的是，用户所提供数据的质量和地图的权威性也受到质疑。

5)交互性强。纸质地图上的内容一经制图者确定就很难改变，用户接收地图信息是极为被动的，信息传输是极为单向的；一般电子地图仅提供放大、缩小、漫游和查询等一些简单的交互功能，用户和地图间的交互性仍不够高。而位置地图除了提供一般电子地图的基本交互功能外，还能为用户提供不同类型的位置服务功能，如用户自身位置和目的地位置查询与显示、目的地详细信息查询与显示(如某酒店的星级、电话、设施图片、评论等)、最短路径规划(考虑交通拥堵、道路施工等情况的时间最短和距离最短)、周边信息查询等。这些丰富多样、操作便捷的交互功能使得用户能根据自身需要主动获取位置信息，充分表明位置地图在设计上强调用户的中心地位，体现了位置地图交互性强、以人为本的基本特性。

1.2 位置地图的服务模式

基于位置地图实现位置服务的过程中，制图者将制作的位置地图经过位置服务中心(由中心数据库和管理者组成)发布到互联网或移动终端供用图者使用，这仍是目前位置地图的主流服务模式。当下随着社会进步和互联网技术的迅猛发展，具备高水平制图能力的用图者越来越多，很多用图者已经可以全程参与制图。传统的“制图者”和“用图者”之间的界限逐渐消失，制图者也可以下载用图者制作的地图，我们将迎来一个“全民制图”的时代。但实际上，普通大众所提供数据的质量以及自身的平均制图水平与专业制图人员相比仍存在一定差距，所以最初、最基本的位置地图仍是由用图者向位置服务管理者发送服务请求，管理者查询中心数据库或将请求转发给制图者后，将地图结果返回给用户(中心数据库中的位置地图由制图者通过网络发布)。所以制图者和以普通大众为代表的用图者之间并非直接进行服务传输的，而需要经过位置服务管理者加工处理后，再面向用图者开放。用图者在此基础上可以享用现有的位置信息或发出新的服务请求，也可以进行反馈式消费，即把地图的使用效果、自身的感受(地图评价)经位置服务管理者反馈给制图者，在一些网站上(如OpenStreetMap，简称OSM)还可以自己对地图进行在线编辑、修改后向位置服务管理者提出发布和分享的请求。但大多情况下新图的可信度需要通过位置服务管理者的审查(如SuperMap的“在线商店”)，如果可信则进行更新，否则不予采纳。不论是被动接收服务还是主动发布服务，普通用户在此过程中，其自身的地图认知和制图技能水平都会逐步提高，最终达到或近似达到专业制图者的水平。位置地图具体的服务模式如图1所示。

图1 位置地图的服务模式

2 位置地图的空间认知过程分析

2.1 地图空间认知的一般过程

地图空间认知包括感知过程、表象过程、记忆过程和思维过程[13]。其中，感知过程是研究人的视感觉器官受到地图上的制图对象刺激后形成对地理空间环境的感觉和知觉的过程；表象过程是研究人经过多次感知后通过回忆、联想等行为对制图对象“情景再现”的过程，也是开始形成心象地图的过程，具有一定的间接性和概括性；记忆过程根据地图空间记忆操作时间的长短可划分为感觉记忆、短时记忆和长时记忆3种基本类型；空间思维过程是研究制图对象在人脑中实现“由现象到本质”的转化的过程，即基于心象地图的形成和存储记忆进行思维再加工的过程，是地图空间认知的高级阶段。地图空间认知的一般过程如图2所示。

图2 地图空间认知的一般过程

2.2 位置地图的空间认知过程

通过前面的分析可知，位置地图同纸质地图和一般电子地图相比具有以位置为核心、现势性强、自发性强和交互性强等与众不同的特点，这决定了其使用方式和空间认知过程也要发生显著的变化。本文从用户角度出发，结合位置地图的特点以及用户使用位置地图获得位置服务的具体过程，提出位置地图的空间认知过程如图3所示，并且对位置地图的空间认知过程作详细分析。

图3 位置地图的空间认知过程

通常用户在使用位置地图时首先根据服务需求找到自己感兴趣的位置点(即兴趣点，Point of Interest，POI)，然后才开始关注周边的事物(如用户准备去某个景点旅游，首先在位置地图上定位该景点，然后再搜索该景点周边的餐厅、宾馆等地物)；用户会重点研究自己认为重要的兴趣点及其相关位置信息，如景点到周边若干餐厅或宾馆的路线、交通工具、地标等信息，这样就在脑中初步形成心象地图并进行短时记忆存储；然后用户会结合自身经验，经过判断、筛选得出从景点通往周边目的地的最佳路线方案，摒弃不合适的方案，这样其脑中形成的心象地图被不断强化；最后，用户按照选定的最佳方案进行实践检验，如果所形成的心象地图与其主、客观需求相一致，用户会在头脑中将这个地图作为最终的心象地图长期存储记忆下来，从而对这一地区的地理空间信息形成最终的认知，否则用户可以重新规划方案或者将错误信息(如没找到理想的路线)经服务管理者实时反馈给制图者。如果用户通过手提GPS装置、某些现有的地图资料甚至自身常识，发现该位置地图上的某个或某些位置点标记(地理位置、注记等)存在明显误差或错误，可以通过向上反馈或自己编辑、修改后上传的方式，等待位置服务管理者予以确认。无论编辑、修改正确与否，用户都将得到管理者的反馈信息，这样用户会积极主动地将这个地图作为最终的心象地图进行长期存储记忆，在获得地理空间知识的同时，其空间认知水平和制图水平也会得到进一步提升。

从上述分析可以看出，在认知科学范畴中，位置地图的空间认知是一个自下而上的认知过程，即先局部后整体的认知方式。用户首先根据自身需求输入单个兴趣点，然后以此兴趣点为中心进行发散式认知，即形成兴趣点周边地理环境、事物的最初的心象地图；再经过判断、筛选、实践检验甚至主动创造，形成最终被强化的心象地图，即对兴趣点所在的局部地理环境的空间认知。这样用户就提升了自身的空间认知水平，完善自己的空间认知体系，实现从逐步认知(量变)到获得知识(质变)的转变。

2.3 位置地图的认知特性分析

从位置地图的空间认知过程可以看出，用户在使用位置地图的全程中都聚焦于自己所在的位置(即当前位置)、自己感兴趣的位置(周边位置或目标位置)以及这二者之间的路径(可以理解为连续的位置变化)，这与用户从纸质地图或一般电子地图上进行专题信息查询或者简单的位置查询是有着显著区别的，即“位置”在位置地图的使用和空间认知过程中占据着全局性、决定性的地位。没有位置，位置地图的使用和空间认知都无从谈起。这种认知特性是和位置地图“以位置为核心”的本质特征完全一致的。同时，在位置地图的使用过程中，用户的空间认知是以某个位置为中心向四周逐渐发散的过程，整个过程中用户、设备与环境是相互联系的统一体，这正好与情境理论相吻合。另一方面，情境的分类分级直接影响着位置地图的表示内容及其在情境间切换的效果，因而也直接影响着用户对环境的空间认知效果。因此，位置地图的空间认知又具有明显的情境依赖特性。此外，位置地图强现势性、强交互性、强自发性的特征也直接决定了用户空间认知的易变性、深刻性和主动性等特性。由于位置地图更新迅速，用户使用位置地图时的空间认知结果是不断变化的；由于用户会循环往复地与位置地图进行交互，因而其空间认知是一个由浅入深、不断深化的过程；由于对位置地图的编辑、修改成为现实，同时用户自身也能制作位置地图，因而相比纸质地图或一般电子地图，用户对位置地图的空间认知具有极强的主动性特征。

3 位置地图的认知设计原则

位置地图的使用不再是传统的被动的信息输入过程，而是一个用户积极、主动地加工信息的过程。以用户为中心，提供便捷、可靠的位置服务是位置地图设计的核心理念和根本目标。位置地图的设计应该充分考虑人脑中心象地图从产生、形成到永久存储的一般过程，尽量从满足用户需求的角度出发，使得设计出的地图更加人性化、实用化。本文结合地图空间认知的一般过程，提出如下的位置地图的认知设计原则：

3.1 位置关联要突出

位置地图以位置为基础实现空间信息的静态和动态关联。用户使用位置地图，最关心的是当前位置、目标位置、到目的地的路线规划和路况、重要的POI及其周边概况等与位置紧密相关的信息。因此，位置地图在具备多尺度表达功能的基础上，同一尺度下的内容显示首先应突出用户感兴趣的、与定位和导航紧密相关的位置关联要素，例如美食、酒店、景点、厕所、加油站等兴趣点及其地名、道路等要素，同时还要对兴趣点周边的其它兴趣点按照用户的关注度进行分类分级和递进表示。其次再视情况对位置关联性不大的要素选择性表示或不表示，使得内容显示详略得当，信息表达简明扼要，便于用户快速获取到自己所需的位置关联信息。

3.2 交互界面要友好

交互性的优劣直接决定了用户对地图的使用效果，交互性强是位置地图的一个重要特色，充分体现了位置地图以用户为中心的设计理念。位置地图的界面应紧密围绕用户感兴趣的内容进行设计，并且交互界面力求简洁直观、友好大方，着重以按钮、弹出式菜单、工具条等呈现即可。底图的颜色不要过于花哨，而应力求“色简意赅”。同时，交互界面的设计还要重点考虑界面的整体布局，各构图要素的大小、密度(数量)应保持均衡。总之，交互界面的设计应以地图空间认知理论为指导，符合用户空间认知的基本规律和一般原则。

3.3 查询分析注重实效

位置地图为用户提供位置服务的核心环节就在于其查询和分析结果的实时传输和显示，因此位置地图的查询和分析功能应秉承“实用、高效但不复杂”的基本原则，在信息传输的时效性、准确性上狠下功夫，功能力求简单实用，查询和分析力求准确及时，结果表达要采用形象、直观的表现手法(如音频、全景、放大显示)，地图数据应实时更新，从而满足用户全方位的位置服务需求，达到高效传输位置信息的目的。

4 结束语

大数据时代的互联网和位置服务二者的迅猛发展和有机结合为位置地图提供了宝贵的发展机遇，而可信、可用的位置地图是实现位置服务的重要基础。目前关于位置地图的研究主要是从具体应用的角度出发展开的，缺乏对位置地图的服务模式、基本特点和空间认知过程的研究。本文分析位置地图的特点，阐释了位置地图的服务模式，并基于地图空间认知理论，提出了位置地图的空间认知过程和认知特性，同时提出了位置地图的认知设计原则，为基于位置地图的位置服务中空间信息的认知与表达提供了理论支撑。

[1] 周成虎.全息位置地图研究[J].地理科学进展，2011，30(11):1331-1335.

[2] 齐晓飞，王光霞，周转向，等.位置地图情景研究[J].测绘工程，2014，23(11):11-15.

[3] 齐晓飞，王光霞，崔秀飞，等.位置地图情景建模与实例分析[J].地理信息科学学报，2014，16(5)：712-719.

[4] 齐晓飞，张帆，王维明.顾及时间的位置地图情景推理服务机制[J].地理信息世界，2016，23(3)：66-70.

[5] 齐晓飞，王光霞，薛志伟，等.位置地图情景分类分级与切换研究[J].地理信息世界，2013，20(6)：13-18.

[6] 周小军，王光霞，袁田，等.基于情境的位置地图表示内容研究[J].测绘工程，2016，25(2)：22-27.

[7] 袁田，王光霞，张兰，等.基于移动终端的位置地图服务研究综述[J].测绘与地理空间信息，2013，36(12)：46-51.

[8] 袁田，王光霞，周小军，等.基于模板的位置地图表达运行机制研究[J].测绘工程，2016，25(11)：54-59.

[9] 袁田.位置地图表示内容与表达运行机制研究[D].郑州：信息工程大学，2015.

[10] 高利佳，肖挺莉.面向旅客个性化服务的机场室内位置地图与服务系统[J].中国民航飞行学院学报，2015，26(1)：60-67.

[11] 李一鸣.对房地产广告的诚信考量——对沈阳市房地产广告中项目位置地图的调研[J].经济管理与人文科学，2009(8)：77-80.

[12] WILLIAMS R E.Selling a Geographical Information system to Government Policy Makers [C].URISA，Fort Landerdole，USA，1987.

[13] 王家耀，陈毓芬.理论地图学[M].北京:解放军出版社，2000.

[责任编辑：张德福]

Spatial cognition research on location map

YANG Fei1,JIANG Nan1,NIU Hao2,LI Bo-di3

(1.Information Engineering University,Zhengzhou 450001,China;2.Troops 65014,Shenyang 110000,China;3.Troops 78092,Chengdu 610000,China)

As the foundation of location-based services in the information age,a location map is excellently interactive,convenient to use and able to provide real-time and occasional location-related information to their users,thus better meeting users’ needs for location-based services when compared with traditional electronic maps.The characteristics and service model of location maps are analyzed,and the spatial cognition process of location maps is proposed based on the spatial cognition theories of map in this paper.Finally,the cognition and design principles are discussed.All of the work above provides a theoretical foundation for the cognition and expression of spatial information in location-based services based on location map.

location map;service model;spatial cognition;cognition and design principle

引用著录：杨飞，江南，牛浩，等.位置地图的空间认知研究[J].测绘工程，2017，26(5)：20-24.

10.19349/j.cnki.issn1006-7949.2017.05.005

2016-06-09

国家自然科学基金资助项目(41271450)

杨 飞(1991-)，男，硕士研究生.

P208

A

1006-7949(2017)05-0020-05