读书报告2(地图空间认知及移动地图的设计与表达读书报告).docx

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1、读书报告2(地图空间认知及移动地图的设计与表达读书报告) 地图空间认知及移动地图的设计与表达读书报告 空间认知是认知心理学的一部分。认知心理学是心理学的一个重要学派,空间认知心理学研究大脑的空间信息加工处理的机制,它是心理学、生理学、计算机技术和地理学相结合的产物。空间认知是人们认识在生存环境中诸事物、现象的形态与分布、相互位置、依存关系以及变化和趋势的能力和过程。地理空间认知 (geospatial cognition)关注人们可以活动于其中的空间,而不是室内空间、桌面空间甚至抽象的欧氏空间。其研究的地理对象除了空间分布特征外,还具有丰富的地理语义，即空间属性和非空间属性在知识加工过程中是密

2、不可分的。因此,地理空间认知主要关注地理空间参照、地理概念、关系、不确定性、以及认知相关的空间知识表达。 地理信息科学的空间认知研究 (专栏引言)1一文认为地理学的空间认知起源于20世纪60年代末到70年代初开始的针对人类行为方式的研究。在20世纪90年代中期,随着地理信息系统技术研究的深入以及社会化广泛应用,人们开始关注地理信息系统对于地理空间表达(如地理空间理解、地图结构表达和空间语言理解)的合理性、对于地理建模分析(如地理对象建模、空间尺度分析和空间决策过程)的科学性、以及地理信息系统技术(如人机交互界面、地理数据共享和地理信息系统互操作)的智能性。上述问题不同程度地涉及空间认知研究,由

3、此推动空间认知研究进入了一个比较活跃的历史时期。 作者认为地理学研究空间认知是探索人的地理概念形成的机制,怎样从具体的实在转化为实在的概念。地图学研究空间认知的目的是寻求为什么地图是最佳的空间认知工具的答案,从而探讨如何设计地图才能达到最佳的传输效果。空间认知的主体是人而不是机器,认知的对象是大脑而不是实在,认知的模式是大脑与客观实在之间的相互作用和反复深化,也包括再认知；同时,电脑认知实在、大脑使用电脑认知客观实在、以及用计算机模拟大脑来认知客观实在,是空间认知的研究内容。 地理信息科学中空间认知理论与技术研究面临巨大的机遇和挑战。目前,对于空间的认知的研究还非常有限,有待于心理学、语言学、

4、地球科学和哲学等多学科的交叉研究。同时,如何将人类对于空间的认知模型和语义模型转化为数学或逻辑模型,将人类对于时空推理的概念和方法融合在地理信息系统中,是实现基于朴素地理学的智能化GIS的关键。 文章基于地图的地理空间认知过程研究2认为基于地图的地理空间认知 过程,经历了地图的感知阶段,心象形成阶段、心象记忆对比分析阶段和认知思维(提出问题、解决问题)阶段，对地图的认知具有强烈的目的性，地理空间概念对地图表示的地理空间认知有重要影响。感知过程经历了先自上而下,后自下而上两个阶段；心象地图的形成过程是概括地物图形特点,抽取地物组成元素及其组织关系的过程；认知思维是根据地理概念进行判断、推理的过程

5、,是地理空间认知的核心，心象地图(地理空间概念)则是认知思维的基础。 地理空间认知综述3一文对地理空间认知研究进行综述,包括地理知觉、地理表象、地理概念化、地理知识的心理表征和地理空间推理。作者认为地理空间作为空间的特化,既继承了空间的特性,又有其独特性。为了能够开发与集成人工智能的新一代GIS,必须对地理认知进行特化和深入研究,并在此基础上进行形式化表达和信息系统的实现。在地理认知方面,作者认为需要进一步研究的问题包括5个方面:1)地理知觉过程是一个由下而上分析和由上而下分析共同作用的复合过程, 但由下而上分析进行到什么程度,由上而下分析才能被激发,需要进一步研究。2)地理表象的各种理论有其

6、合理性证据,但都不能完美地解释所有表象实验,产生一个能整合现有相关工作的比较完善的表象理论尚需深人研究。3)原型分类方法主要是基于生物体、人工事实和可处置物体建立的,并不完全适合于地理分类,对基础层次地理类型的研究虽然取得了一定进展,但其中一些关键问题需要进一步研究。4)对地理空间中方向关系和距离关系的研究刚刚开始,需要进行一系列的研究。5)分层空间推理的研究还有很多问题需要进一步解决。 地图是地学及其相关信息的图示。图示在信息世界中占有独特的位置，它具有极高的信息密度。图采用平行方式传输信息,其传输通道宽,速率高。它是表达大系统,认识大系统的工具。地图空间认知的功能已被人们普遍认同并在地图的

7、实际应用中带来了巨大的效益,然而,关于地图为什么具有空间认知功能的理论探讨却相对薄弱,这方面的学术论文见之不多。地图空间认知的数学原理4一文根据非退化区间为等势集合的原理,论证了从制图区域到二维地图平面间的映射与复合映射是双一一函数。主体意图对制图物体性质的确定,使地图符号既满足视觉感受的要求又满足制图物体Ax与地图符号pgf(Ax)之间的双一一函数关系。然后根据集合的连续定理,证明了地图符号pgf(Ax)是制图物体Ax的同胚象, 从而为地图的空间认知提供了数学基础和理论支持。 此外，作者认为地图语言是一种视觉图解语言,它由目视语言写成,通过视觉器官去接收和认识,这就是视觉感受。为满足视觉感受

8、的要求,点状符号的尺寸必须达到视觉可接受的阈值，这对于地图符号的设计及表达具有重要意义。 在地图空间认知的研究方面，大多数学者都是从地图制图学的需要出发, 对传统纸质地图的空间认知过程的研究。文章在线地图的空间认知研究5从地图使用者的角度, 对目前出现的在线地图或网络地图的特点、使用方式和空间认知过程进行分析和研究，总结了在线地图的特点和使用方式, 并以交通查询为例分析了用户使用在线地图的地图信息认知过程、信息获取的阶段并根据以上分析得出了在线地图空间认知的一般规律。 文章的第二部分介绍了地图认知的一般过程，即地图认知包括感知过程、表象过程、记忆过程和思维过程等。地图空间认知的感知过程是地图图

9、形作用于人的视觉器官产生对地理空间的感觉和知觉的过程。 第三部分介绍了在线地图的使用特点及使用方式，特点有适时性、多变性及多种方式的交互。在使用方式上，在线地图与传统的纸质地图不同，通常使用在线地图的用户都具有非常明确的目的,并以百度地图的使用方式为例研究了在线地图的认知过程，即：通常用户首先找到自己希望找到的地点(需求决定),然后才注意到地点周围的事物,位于其视觉中心的是他所希望得到的结果,如路线图、关于某事物的详细信息等；其次用户会根据自己的需要仔细研究他认为重要的空间信息,如路线沿途的地标、到哪里应该拐弯换乘等，这时用户头脑中就形成了初步的心象地图；再次，用户会根据自己以往的经历和经验,

10、对这个初步的心象地图进行判断和比较,如果符合自己已有的知识或判断,那初步形成的心象地图就会被加强,反之,用户会重新查询那些有疑问的地方,直至消除心里的问题, 这时,用户会形成一个加强的心象地图,然后他会按照这个心象地图对所有涉及到的地理信息进行简单的扫描,在确定无误的情况下,用户才会把这个地图放入自己的大脑中,形成最终的心象地图,得到地理信息。 最后，作者对在线地图的认知过程进行了分析，存在以下特点：认知过程有着明确的目的性；在线地图空间认知的过程中,通常将目标的图片、文字资料与地图相结合,形成对目标的综合性的认知；用户对在线地图的认知过程是信息自下而上的加工过程,他们首先从目标点入手,逐步形

11、成对目标点、地标以及路线的认知；用户使用在线地图的过程中,其地图认知过程是把地图作为地理模型空间进行研究的,是一个模式识别和生成的过程。 我国移动地图与互联网地图逐渐成为地理信息与电子地图应用的主流趋势。我国近期移动地图与互联网地图发展综述6一文从地图数据的组织与传输机制、可视化技术、在线地图服务以及导航各行业拓展应用等方面，总结了我国近期移动与互联阿地图的研究进展，点评了目前发展中存在的若干问题，结合我国 实际情况展望了其发展前景。 本文主要对网络地图的数据组织与传输机制、移动地图与网络地图可视化技术、导航电子地图涉及与应用进展进行介绍。 其中，存在的问题主要有：原创性的研究成果不多，特别是

12、缺乏高质量的删论研究成果支持；由于移动与互联网地图在我国发展时间不长，监管仍处於薄弱状态，对相关企业的资质、审查力度不够；相关行业的标准化扔需要进一步完善；用户生成内容的推广以处于起步阶段，仍需要用户信息更新与涉密地理信息的保护之间的矛盾；地图数据缺乏高效的共享、更新机制，导致电子地图的现实性难以满足实时应用的需要；公共服务的普及力度差，与相关行业服务的关联性不足，仍需要基于已有的建设平台，进一步推进公共服务的普及率，加强与民政、公安、交通等行业的关联性建设。 文章移动地图应用模式及其空间认知功能研究7阐述了移动地图的概念及其特点,分析了移动地图的应用结构,从移动地图的内容选取、可视化方法和地

13、图可用性三个方面详细分析了移动地图的空间认知特征,强调“以消费者为中心”在移动地图系统开发应用中的重要作用。 第一部分介绍了移动地图的特点，如显示功能强调效果、查询功能强调效率、分析功能强调实用、操作界面强调简便等。第二部分介绍了移动地图的应用结构，主要包括Client/Server 应用结构、终端/中心应用结构。最后，对移动地图的空间认知特征进行分析，认为移动地图必须体现出以用户为中心的服务理念,以表示用户关心的空间信息,可视化的方式上以形象的符号和便于区分的区域设色为主；在大的区域范围内,要素内容按照详略进行分级,配以相应的境界要素,逐级放大显示；在局部区域内,移动地图的信息表达清晰,内容

14、主题突出,如道路和居民地详细反映出用户环境的结构,给用户较强的视觉感受,便于用户形成区域的方位和轮廓图形,增强认知效果；在可视化方面,受显示屏的尺寸和精度限制大,对于符号化来说,色彩的运用相对于形状和尺寸等视觉变量更为重要,传统的纸质地图要求的符号体系的表达效果不太适合移动地图；视觉效果要求清晰简洁,要有给人一种直观的感觉,点目标的表达以颜色区分类型,轮廓变化区分级别的象形符号表达的效果为佳,线状目标以线条粗细、颜色变化和阴影立体感符号显示效果为佳,而区域以颜色和图案的填充为好,但是填充的深度不能太强,而是要进行透明处理,以便达到既区分目标又不干扰周边信息的表达。 在电子地图多尺度显示方面，不

15、同密度区电子地图多尺度显示模型的建立与应用8一文从实际应用出发，将地理区域划分为最密区、密集区、中密区和 稀疏区四种类型，并针对不同区域建立了适合其显示的电子地图多尺度显示模型。研究了基于RGB灰度值的地理区域类型自动判别方法，在定性分析和调查统计的基础上建立了基础地理要素显示分级体系，并以我国中原某地区的电子地图为例进行了多尺度显示实验。 文章的第一部分根据居民地将地理区域分为最密区、密集区、中密区和稀疏区种类型，并根据不同比例尺设定了不同的划分标准，并研究了不同密度区域多尺度显示模型建立的思路，即运用基于特征点求解关键比例尺的原理和方法对各密度区域的载负量随屏幕比例尺变化的规律进行分析，计

16、算出各密度区域电子地图显示的关键比例尺，即可建立不同密度区的多尺度显示模型。最后，作者对不同密度区域多尺度显示模型进行分析，认为：载负量大的地区需要的关键比例尺应多一些，载负量小的地区需要的关键比例尺少一些；不同密度区的关键比例尺值各不相同，因而不同密度区的显示应由不同的多尺度显示模型来控制。 在应用方面，作者借助要素色彩与背景色彩之间的差异提取出地物要素的色彩面积，计算出要素所占面积与图幅总面积之间的比例，即电子地图的面积载负量，从而根据相应标准调用相应密度区域的多尺度显示模型进行显示。该多尺度显示模型解决了显示多少的问题，但并没有解决需要显示哪些的问题。在这方面，作者将定性分析法和调查统计

17、分析法相结合，首先通过参考已有的系列比例尺地形图图式、各类作业细则、基础地理信息要素分类与编码和其他图式规范，对各类要素进行了概略分类，进而制定了调查问卷表，依据调查结果计算出各个要素的权重值，对前面的概略分类进行调整，在此基础上进行配图实验，进一步修改完善上述成果，建立了基础地理要素显示分级体系表。 在电子地图的表达方面，目前的研究基本上将电子地图的自适应表达和多尺度显示分别进行研究，没有进行集成处理，很难满足导航应用服务中小屏幕上电子地图的表达要求。文章导航电子地图的自适应多尺度表达9提出了导航电子地图的自适应多尺度表达的概念、模型，并设计了相应的实现方法。其根据道路网的密度、显示的区域范

18、围，自动地调节多级比例尺地图显示的起始和终结比例尺，实现同一屏幕上多比例尺的集成显示，扩大了显示的范围内容，解决了小屏幕上显示信息量不足的缺陷。而且在一定的干预条件下可以对POI点依据比例尺进行取舍，实现导航电子地图的自适应多尺度表达。 为了满足自适应表达的需求，作者还设计了自适应离散变比例尺和自适应连续变比例尺两种方法满足变比例尺投影，并采用制图综合的技术与方法对不同比例尺下的地物进行取舍与化简。其中，在简化过程中，其仅仅根据距离来对要素进行化简，并没有考虑化简后的地物是否相交的问题。对于地物的重要性(即POI 的重要性)，该文章依据voronoi多边形的面积（面积越大则该区域POI显示级别

19、越高）、地物点类型、观察者当前的位置（与距离观察位置较近的POI具有较高的显示权）及路径周围的交通设施来进行判定。 文章导航电子地图多尺度显示与载负量的研究10对导航电子地图载负量指标进行研究，将导航电子地图用于显示的道路形状数据、背景数据、地名数据按照每一类要素的几何大小或重要程度再分为若干级别，利用分级显示技术计算出导航电子地图各级显示尺度下的合理载负量，使导航电子地图在多尺度表达时载负量合理、要素分布均匀，尺度切换时显示要素过渡自然流畅。 文章基础电子地图多尺度显示模型的建立与应用11针对基础电子地图显示的交互性和动态性的特点,结合电子地图多尺度表达的理论,提出了显示尺度和多尺度显示模型

20、的概念,并提出了电子地图载负量的计算方法,探讨了基于电子地图载负量变化曲线的特征点求解关键比例尺的基本原理,找出了建立相应的多尺度显示模型的基本方法。利用其原理和方法建立了中小比例尺基础电子地图多尺度显示模型 文章移动地图可视化表达的设计研究12探讨了移动地图的特点，并以地图感受论、制图综合理论、可用性理论为指导，总结出了移动地图可视化表达的基本原则，然后，分别从移动地图的内容设计、功能设计、符号设计、注记设计和图例设计等五个方面探讨了移动地图的设计方法。 作者认为移动地图可视化表达的基本原则有：表示内容简明扼要、表达方式灵活多样、界面设计方便简洁、查询功能简单实用等。 基于邻近的移动地图自适

21、应可视化方法13一文提出了一种基于邻近的移动地图自适应可视化方法，该方法通过移动目标的邻近关系建立比例尺自适应机制，并将邻近关系作为移动地图内容更新的依据，实现信息负载的相对均衡，保证邻近地理信息符号的完整，实现更新频率的自动调节。 在移动地图中，邻近关系不仅可以反映移动用户与周围地理实体在空间上的邻近，而且也能够反映周围地理对象在空间分布上的密度。邻近关系的变化可以较全面地反映移动目标与周围地理实体之间度量及拓扑关系的变化，是移动目标、现实世界及移动地图三方交互的基础。 邻近关系的定义主要有以下三种：基于几何的方法、基于拓扑的方法与基于voronoi势力范围的方法，该文章采用第3种定义。在移

22、动地图中，存在3种邻近 关系：地理对象之间的静态邻近关系、移动目标与地理对象之间的动态邻近关系、移动目标之间的动态邻近关系。 本文实现移动地图自适应可视化的基本思想如下：在移动地图的可视化过程中，通过邻近关系选择并表达地理对象，可以优先保证邻近地理信息符号的相对完整。通过自适应比例尺可以保证图幅间信息负载的相对均衡。针对不同的应用专题，还可将邻近地理对象设置成前景焦点、增加亮度等，而将其他地理对象作为背景，通过侦测移动目标与周围地理对象之间邻近关系的变化对移动地图的内容进行更新#可以避免无效更新。 作为一种新的电子地图应用模式，移动地图的制图模型和应用模式都不同于其他类型的地图。移动地图自适应

23、模型的研究可以指导移动地图的设计，实现其服务的个性化和智能化。移动地图的自适应模型研究14一文首先分析移动地图特点，然后给出移动地图自适应要素的数据模型与组件结构，并将自适应要素划分为时空要素、操作要素、技术要素、信息要素、用户要素以及使用环境要素等，为移动地图的自适应表达奠定基础。 在推行地理信息服务过程中，兴趣点的作用毋庸置疑，它极大地推动了地理信息的发展和应用。大多数地理信息用户是通过使用POI了解地理信息，因此研究POI的分类，对促进网络地图的发展、提高网络地图的使用频率与服务水平具有重要作用。 现在互联网上所有的电子地图都包含了POI信息，而无论哪个地图网站的POI 信息肯定都包含了

24、名称、类别和位置这几个主要的属性，即回答了一个信息点的名字、是什么、在哪里这几个问题。既然是兴趣点，就涉及是谁感兴趣和对什么感兴趣的问题，只有深入地研究兴趣点的使用对象和使用者对什么感兴趣以及什么样的兴趣点能帮助使用者，才能对兴趣点进行科学、合理的分类。 在POI分类标准研究方面，POI的分类标准研究15通过对POI点的使用者及其所关注兴趣点的研究，给出POI分类的原则和方法，为地理信息的查询、浏览服务提供了良好的支持，从而提高了地理信息的服务水平。 该文章首先对POI使用者进行研究，在考虑POI分类体系时，要兼顾各方面的基本需求，搭建一个科学、合理、可用、可行的分类体系。在调研的基础上，张玲

25、对哪些用户对什么感兴趣的问题进行了详细分析，发现大众对餐饮、风景名胜、宾馆、休闲娱乐、生活设施、医院、学校、购物、银行、汽车服务等信息点的位置服务更为感兴趣，这些信息在日常生活中可以帮助大众减少很多麻烦，极大地方便了人们的出行及日常生活。政府在应用兴趣点信息时，主要是针对规划、应 急及业务应用等方面的信息感兴趣，尤其是对自然保护区、企事业单位、构筑物、水利设施、电力设施、通信设施、石油和燃气设施、污染源、危险源、人群集散地、物资集散地、地质灾害点、交通、重要战略物资储备库，以及与监狱、劳动教养所、看守所、拘留所、强制隔离戒毒所、救助管理站和安康医院等公共安全部门相关的信息感兴趣。 POI分类原

26、则上，主要有：普遍性；一致性，即保持与基础地理信息分类码的一致性；扩展性，POI信息的分类要能满足随时扩充的要求；延伸性，POI信息的分类但要保持与专题信息进行挂接性能，以保持和各种专题信息对接的延伸性；公共性，POI信息不得涉及国家秘密和公民的隐私，应具有能对大众开放或者对专业政府部门开放的性能。 最终的分类结果是POI由大类、中类、子类等几个层次组成。其中，大类分自然地理、人文地理、党政机构、教育培训、医疗卫生、餐饮、文化休闲娱乐、宾馆、宗教设施、购物、财经、汽车服务、日常服务、传媒与通信、应急、企事业单位、福利机构等17个大类。 利用B/S架构的POI信息组织方法及可视化策略研究16分析

27、了网络上构建兴趣点管理体系的现状,顾及语义要素对于不同尺度特征数据符号化的积极作用及结合超媒体模型信息链的组织特点,探讨了POI信息组织方案并在充分考虑瓦片数据组织方式的特点及当前成熟Web技术综合表现能力的基础上,提出了一种基于纯B/S架构的POI可视化策略。 有效的地图符号设计有助于增强电子地图的表达能力。虞昌彬基于传统符号设计原则予以符号库构造，结合语义给予补充。针对符号类层次，遵从格式塔图形心理学规律及传统地图编绘原则，将POI设计为异于地图底色风格的气泡状符号；对于符号个体层面，则可充分利用基本图形变量中的色彩与亮度这两个视觉因素，尤其通过迥异的色块或亮度来表现点状地物的质量差异，实

28、现定类数据的有效表征，同时借助渐变的色彩梯度传达层次性与等级感，满足定距数据的细致传达要求。 目前，市场上还没有形成对POI要素分类的统一标准，分类比较杂乱。刘静华将POI数据分为14类进行采集,包括政府机关、科研教育、医疗服务、商场市场、金融机构、休闲娱乐、文化旅游、酒店餐饮、环境卫生、房产小区、交通设施、地址门牌、交通管制以及其它类等；凯立德地图最初将POI分为餐馆、韩式餐馆、快餐店、茶艺馆、招待所等36类，后来增至126类，分类详细但有重叠现象（如餐馆和韩式餐馆），这种只有一个层次的粒度较细的分类方法，增加了用户设置 兴趣点的工作量，例如，如果用户只是寻找最近的饭店，需要将所有与餐饮有关

29、的兴趣点一一选择，这种方式比较繁琐；旅行者货运将POI分为餐饮、购物中心、加油站等14类，如果用户想要寻找韩式餐馆，移动地图上所有的餐馆将作为同一等级同时显示，用户只能在地图显示的众多餐饮类中挑选，增加了用户读图的负担，这种情况在移动环境中尤为明显。因此可以得出，POI分类的粒度越粗，用户在显示结果上进行“二次筛选”的工作量越大；POI分类越细，又给用户设置兴趣点增加难度。因此，急需对POI的分类标准进行统一。 在POI重要性方面，杨必胜中提出依据点群生存空间对POI点群构造Voronoi 图，并求出Voronoi图中每个多边形的面积，通过比较每个多边形的面积，并结合每个POI的重要性对POI

30、进行选取，但此算法复杂，计算量大，不满足导航设备计算能力小、实时性显示要求高的要求，很难真正应用到实际导航中。 参考文献 1 高俊地理信息科学的空间认知研究 (专栏引言) J遥感学报，2022 2 张本昀，朱俊阁，王家耀基于地图的地理空间认知过程研究J河南大学学报（自然科学版），2022，37(5)：486-491 3 王晓明，刘瑜，张晶地理空间认知综述J地理与地理信息科学，2022，21(6)：1-10 4 鈡业勋，朱重光，魏文展地图空间认知的数学原理J测绘科学，2022，30(5)：11-13 5 刘芳，姚东泳，侯璇，钱海忠在线地图的空间认知研究J测绘科学，2022，34(5)：4-7 6

31、 周侗，龙毅我国近期移动地图与互联网地图发展综述J地理与地理信息科学，2022，38(5)：1-6 7 王慧谟，张瑜移动地图应用模式及其空间认知功能研究J测绘科学，2022，32(6)：61-65 8 江南，曹亚妮，赵军喜，安敏不同密度区电子地图多尺度显示模型的建立与应用J武汉大学学报（信息科学版），2022，38(4)：465-469 9 杨必胜，孙丽导航电子地图的自适应多尺度表达J武汉大学学报（信息科学版），2022，33(4)：363-368 10 陶连会，陈艳武，肖成才导航电子地图多尺度显示与载负量的研究J导航电子地图增量式更新于服务，2022(5)：46-50 11 江南，白小双，曹

32、亚妮，王驹基础电子地图多尺度显示模型的建立与应 用J武汉大学学报（信息科学版），2022，35(7)：768-772 12 曹亚妮，江南，李嘉星移动地图可视化表达的设计研究J学术研究，2022(6)：69-72 13 闫超德，赵仁亮，陈军，赵学胜基于邻近的移动地图自适应可视化方法J武汉大学学报（信息科学版），2022，31(12)：1112-1117 14 闫超德，赵仁亮，陈军移动地图的自适应模型研究J地理与地理信息科学，2022，22(2)：42-47 15 张玲POI的分类标准研究J测绘通报，2022(10)：82-84 16 虞昌彬，胡乔，任福，杜清运利用B/S架构的POI信息组织方法及可视化策略研究J武汉大学学报（信息科学版），2022，37(2)：233-236