基于用戶應用特征的導航電子地圖要素分級體系構建

趙軍喜，江　南，孫慶輝，李　響

(信息工程大學地理空間信息學院，河南 鄭州 450052)

ZHAOJunxi,JIANGNan,SUNQinghui,LIXiang

基于用戶應用特征的導航電子地圖要素分級體系構建

趙軍喜，江南，孫慶輝，李響

(信息工程大學地理空間信息學院，河南 鄭州 450052)

EstablishingofNavigationElectronicMapFeatureClassificationSystemBasedonUserBehaviorCharacter

ZHAOJunxi,JIANGNan,SUNQinghui,LIXiang

摘要：根據導航電子地圖用戶的不同應用特征，基于可用性調查的問卷調查法設計了調查方案，通過對不同類型用戶的問卷調查統計，計算得到各地圖要素的權重值，依據分級處理模型建立了導航電子地圖要素分級體系。

引文格式： 趙軍喜，江南，孫慶輝，等. 基于用戶應用特征的導航電子地圖要素分級體系構建[J].測繪通報，2015(9)：44-47.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0275

關鍵詞：導航電子地圖；用戶應用特征；分級體系

中圖分類號：P28

文獻標識碼：B

文章編號：0494-0911(2015)09-0044-04

收稿日期：2014-09-02

基金項目：國家自然科學基金(41271450)；國家科技支撐計劃(2012BAK12B02)

作者簡介：趙軍喜(1972—)，男，博士，副教授，研究方向為地理信息系統理論與應用。E-mail：jxzhao@aliyun.com

一、引言

導航電子地圖應用于交通、旅游、災害、應急保障和軍事作戰等領域過程中，產生了不同應用特征的導航電子地圖用戶，由初期的汽車用戶(車載導航)逐漸發展到徒步行進者(手持導航)、專項用戶(手機導航)和普通用戶(網絡電子地圖應用)。導航電子地圖應用中用戶更多關注的是內容表達的實用性、靈活性，但目前導航電子地圖的內容表達往往采用幾種固定的模式，致使地圖呈現“千人一面”的現象。同時用戶被動接受固化的地圖內容，導致用戶需要信息的缺失和地圖載負量嚴重不足，忽略了用戶的個性和應用特點，無法根據用戶的習慣和應用特征主動確定地圖內容。

建立導航電子地圖要素分級體系是實現導航電子地圖內容主動表達的一種實用方法。目前關于導航電子地圖要素分級體系的研究，江南等提出在多尺度顯示模型的基礎上，建立電子地圖多尺度顯示分級體系[1]。在導航電子地圖分級方法上，方鈺等提出面向移動導航設備的數字地圖分級組織與預取策略[2]，秦寬等提出基于感受綜合的電子地圖多尺度顯示技術[3]，呂新華等提出多尺度地圖數據在多媒體電子地圖集中的組織和顯示技術[4]。

本文通過探討導航電子地圖各類要素的應用特征，根據路徑規劃、路徑引導、興趣點(POI)信息查詢等用戶使用特點對導航電子地圖要素進行重要性評分問卷調查，根據調查結果計算各地圖要素的權重值，最后構建面向用戶應用特征的導航電子地圖要素分級體系。

二、用戶應用特征調查

1. 可用性調查

在ISO9241—11標準中，可用性被定義為當用戶在特定環境中使用產品完成具體任務或實現特定目標時，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個要素：易學性、交互效率、可記憶性、錯誤管理和用戶滿意度，Nielsen認為產品在每個要素上都達到很好的水平，才具有高可用性[6]。在地圖學領域，可用性主要包括3個標準：有效性、效率和用戶滿意程度[7]。可用性調查是指評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、習慣和對系統的了解程度的調查評估方法，其調查方法主要有問卷調查法(questionnaires)、啟發式評價法(heuristicevaluation)、焦點小組法(focusgroup)等[8]。

導航電子地圖用戶應用特征調查，需要調查的內容較多，如用戶類型、用戶數量、各要素的重要性評分及權重值等。問卷調查法具有以下優點：①問卷法調查結果容易量化。問卷調查是一種結構化的調查，任何人都不可能把主觀偏見帶入調查中，調查的統計結果一般都能被量化出來。②問卷調查法可以進行大規模的調查，而且可以周期進行而不受調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，本文采用問卷調查的方法，得到導航電子地圖用戶應用特征的有效、全面數據。

2. 調查方案

地圖要素的重要性是導航電子地圖分級體系和多尺度表達模型構建的關鍵，反映了不同區域、不同任務、不同單位、不同用戶對地理要素分級體系的需求。為了得到較為有效客觀的調查結果，選擇了4類用戶(汽車用戶、專項用戶、徒步行進者和普通用戶)，采用紙質形式對64位用戶進行調查。

(1) 調查對象

由于導航電子地圖在使用環境、數據來源、面向的用戶等方面與一般電子地圖有很多不同，導航電子地圖要素重要性問卷調查的對象可分為：①汽車用戶(車載導航)：此類用戶主要根據導航電子地圖準確定位當前位置，根據既定的目的地計算行程，通過地圖顯示和語音提示兩種方式引導至目的地，他們主要想獲得準確的道路信息及各種汽車服務信息；②專項用戶(如自行車愛好者、盲人、驢友)：這類導航除了能夠提供標準的適合自行車運動的路網信息外，用戶可即時獲得天氣或風速等信息，他們主要想獲得路況、天氣等信息；③徒步行進者(手持導航)：手持導航主要為用戶提供人行道、胡同等非機動車道的路網信息，他們主要想獲得詳細的人行天橋、地下通道、僅供人行通過的門、公交站點、地鐵站等信息；④普通用戶(如網絡電子地圖應用)：網絡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施、各類POI的信息。

(2) 調查表設計

問卷調查表由調查要素和重要性評分兩部分組成，調查要素包括道路、背景、注記、POI4種共90類地圖要素信息，重要性評分是依據多尺度顯示模型確定的各調查要素所得分值。多尺度顯示模型是指當地圖顯示范圍一定時，為了使地圖要素的空間分布特征無論是在放大或縮小時，都能恰當地、清晰地顯示于屏幕上而采用的一組顯示尺度[1]。導航電子地圖內容的重要性評分可以分為6個等級(如圖1所示)：絕對重要(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　導航電子地圖要素重要性問卷調查表(部分)

3. 調查數據統計分析

本文采用統計分析法確定導航電子地圖要素的重要性等級，使定性化的問卷調查數據轉化為定量數據。統計分析過程包括：問卷調查數據的錄入與處理、地圖要素權重值確定。

(1) 調查數據處理

本次問卷調查表發放了64份，由于個別用戶的失誤或不負責任，部分表格作無效處理。最后得到有效的調查表56份，其中汽車用戶20份，專項用戶9份，徒步行進者11份，普通用戶16份。問卷調查表的紙質數據需要錄入計算機轉化為電子格式的數據，然后計算所有問卷重要性評分的總和及算術平均值，為下一步確定地圖要素權重值及分級體系提供依據。

(2) 地圖要素權重值確定

目前確定統計數據權重的方法主要有：專家打分法、德爾菲法、加權平均法、費用效益分析法、主成分分析法、層次分析法、模糊綜合評判法、人工神經網絡法等[9]，其中加權平均法是計算簡單、應用廣泛的一種方法，在很大程度上可排除人為因素的干擾，大大提高評價結果的客觀公正性。本文采用加權平均法計算地圖要素的權重值，具體步驟如下。

1) 計算地圖要素權重值

式中，K=0.1，為歸一化因子，保證B的取值范圍在[0,1]；i代表問卷調查表中90類地圖要素，i=1,2，…,90；Bi表示某類地圖要素的權重值，如B1代表高速公路的權重值、B2代表胡同的權重值等；j表示4類調查對象的編號，其中j=1代表汽車司機、 j=2代表專項用戶、 j=3代表徒步行進者、 j=4代表普通用戶；Pi表示某類調查對象的權重值(利用GPS產業協會的調查統計數據，根據其不同用戶數量的比例，P1=0.3代表汽車用戶權重值、P2=0.2代表專項用戶權重值、P3=0.2代表徒步行進者權重值、P4=0.3代表普通用戶權重值)；Qij表示針對某類用戶的某類地圖要素的權重值，如Q11代表對汽車用戶來說高速公路的權重值；u表示用戶的數量，取值為4。

2) 計算各類地圖要素權重值，高速公路權重值的計算如下

3) 計算各要素的權值，見表1。

表1　地圖要素的權重值(部分)

三、導航電子地圖要素分級體系

1. 分級模型

對計算的地圖要素權重值合理性檢查之后，采用等差分級模型對權重值進行分級處理。等差分級模型包括2種：一種是相鄰分級界限相差一個常數K，稱為界限等差分級模型；另一種是相鄰分級間隔遞增一個常數，稱為間隔遞增等差分級模型。本文以界限等差分級模型為基礎進行分級處理，分級公式為

式中，L=min{w1,w2,…,wn}，作為分級總區間左端點A0，w1,w2,…,wn代表問卷調查表中90類導航地圖要素的權重值；H=max{w1,w2,…,wn}，作為分級總區間右端點AM；M為分級數。經過對問卷調查表中數值進行對比，并考慮地圖要素的分級原則，本文將地圖要素分為6個等級，因此M取值為6。根據本文地圖要素權重值計算結果，L取值為0.06，H取值為0.23。各等級界限的計算過程如下

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

2. 分級體系

依據導航電子地圖要素的權重值計算結果和各等級的分級界限，可以得到不同用戶應用特征的導航電子地圖要素分級結果(見表2)。表2中部分地圖要素的權重值計算結果正好是分級界限的數值，導致該地圖要素的重要性等級不能唯一確定，如胡同的重要性等級為三級或四級。為了唯一確定地圖要素的重要性等級，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就確定為三級。

對導航電子地圖要素進行分級處理，是為了保證電子地圖在屏幕上任意縮放時可以對不同等級的地圖要素進行取舍，從而達到地圖清晰易讀、層次分明、內容適宜，并能有效地動態控制電子地圖的載負量。本文基于用戶應用特征調查結果對90類導航電子地圖要素權重值進行計算，采用分級模型進行分級處理，建立了導航電子地圖要素的分級體系，見表3。

表2　地圖要素分級結果(部分)

表3　導航電子地圖要素分級體系

四、結束語

導航電子地圖要素分級體系的建立，從用戶的個性和應用特征出發，根據用戶的習慣和偏好確定地圖要素的重要性等級，為導航電子地圖的多尺度表達提供重要依據，保證了導航電子地圖顯示的清晰性、內容適宜性和層次性。

本文從導航電子地圖多尺度顯示的需求出發，基于可用性調查的問卷調查法設計了調查方案，通過對不同類型用戶的問卷調查統計，計算得到各地圖要素的權重值，依據分級處理模型建立了導航電子地圖要素分級體系。但是在問卷調查中設置的樣本數量不夠多，導致最終的結果不一定完全適合各種類型的用戶。因此本文主要是為導航電子地圖要素進行重要性分級提供一種方法，如果用于工程實際則需要采用大量的調查樣本數據。

參考文獻：

[1]江南,白小雙,曹亞妮，等.基礎電子地圖多尺度顯示模型的建立與應用[J].武漢大學學報：信息科學版,2010,35(7):768-772.

[2]方鈺,何啟海.面向移動導航設備的數字地圖分級組織與預取策略[J].小型微型計算機系統,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[J].測繪技術裝備,2007,9(1): 20-22.

[4]呂華新,李霖,翟亮.多尺度地圖數據在多媒體電子地圖集中的組織和顯示[J].四川測繪,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測試系統的設計與實現[J].測繪科學,2010,35(2):24-26.

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

[9]李剛,秦紅玲.綜合評價方法及探討[J].節能,2004(10): 12-15.

[10]江南,曹亞妮,孫慶輝,等.雙峰型電子地圖載負量變化規律的探究[J]. 測繪學報， 2014, 43(3): 303-306.