基于自发地理信息的空间信息传输研究

马京振，孙 群，肖 强，刘 超,2

（1.信息工程大学 地理空间信息学院，河南 郑州 450001；2. 61175部队，山东 淄博 255000）

基于自发地理信息的空间信息传输研究

马京振1，孙 群1，肖 强1，刘 超1,2

（1.信息工程大学 地理空间信息学院，河南 郑州 450001；2. 61175部队，山东 淄博 255000）

自发地理信息（VGI）是地理信息科学领域中出现的新概念，也是当前的研究热点。在相关地图传输模型的基础上，通过引入各向地图信息传输模型，提出了基于VGI的空间信息传输模型；重点分析了VGI条件下空间信息传输的特点和过程；并探讨了空间信息传输中的空间认知规律，为进一步研究VGI提供了理论支撑。

VGI；空间信息传输模型；空间认知

VGI由M F GoodChild于2007年首次提出[1]，是地理信息科学领域发展中出现的新概念，阐述了在Web2.0条件下，地理信息的创建、应用和维护均可由大众完成[2]。Web 2.0的上传标注功能，网络和移动设备的日益普及，使互联网用户成为VGI的提供者[3]。目前，具有代表性的VGI应用有OpenStreetMap、WikiMipia和Flicker等。在VGI环境下，地理信息不断被上传并广泛传播，大众用户不再只是地理信息的被动接收者，更是地理信息的主动提供者，地理信息的提供者和使用者不再有严格的区分[4]，从而超出了传统的地图信息传输理论的范畴。因此有必要研究VGI条件下的空间信息传输，用以指导VGI的生产及其服务系统的设计，为更进一步研究VGI提供理论基础。

1 VGI相关介绍

VGI是指用户通过在线协作的方式，以普通手持GPS终端、开放获取的高分辨率遥感影像以及个人空间认知的地理知识为基础参考，创建、编辑、管理、维护的地理信息[5]。VGI不同于标准严格的官方测绘数据，它由世界各地背景各异的志愿者创建，是一种新型的自下而上的地理信息数据源，其数据可以实现准实时更新，现势性很强，能为用户带来更好的地理信息服务。

1.1 VGI数据来源

VGI数据的来源多种多样，包括POI，具有GPS终端记录的轨迹数据，用户上传的具有时空位置的图片、视频，相关地物的属性描述信息以及用户自己绘制的点、线、面等。根据其性质，可分为两类：GPS轨迹、POI、照片和遥感影像等图形图像信息和描述、地名等属性信息。

1.2 VGI的特点及意义

与专业测绘数据相比，VGI主要有以下特点：

1）数据质量的不确定性。VGI提供者没有专业的测绘知识，数据精度没有一定的标准和规范，再加上人为操作不当可能带来的误差，造成数据质量的不确定性。

2）细节丰富。由于大众参与到其中，对于传统测绘方式很难获取的地名等信息，可通过集体智慧获得。VGI数据具有丰富的细节和语义信息。

3）获取成本低。VGI是用户通过简单的数据采集方式获得的，大众用户在网络平台上与大家分享，更新维护成本低。

4）准实时更新。VGI环境下，公众作为自发的传感器能实时感受到地理信息的变化，随时将相关数据共享，实现数据的准实时更新。

VGI数据可补充基础地理数据的不足，提供丰富的细节和实现准实时更新，且更新维护成本低[6]。VGI是集体智慧和协作劳动的产物，集中了普通大众的地理知识，并为传播与共享创造了基础平台。目前，VGI在旅游、商业应用、应急救灾等领域取得了很多应用成果。

2 地图信息传输理论

2.1 传统的地图传输模型

1969年，捷克地图学家Kolacny提出，地图的用途就是在制图者和用图者之间传输信息，地图的本质是地图学家与地图用户之间的一种通信，即地图信息传输，其模型如图1所示[7]。

该模型中，制图者把对客观世界的认识进行信息加工并经过符号化，通过地图传递给用图者；用图者经过符号识别、分析、解译等形成对客观世界的认识。然而，一方面，制图者和用图者是被隔离开的，用图者只是被动的信息接收者，与制图者没有交流反馈，制图者制作的地图并不一定能很好地满足用图者的需求；另一方面，该模型主要偏重地图制作和符号化表达，制图者和用图者主要依靠各自对空间信息的认识水平制图和用图，会导致信息传输过程中出现偏差，地图信息传输的效率不高。

图1 Kolacny的地图信息传输模型

2.2 数字条件下地图信息传输

随着地理信息科学领域的迅速发展以及计算机和互联网的广泛应用，出现了许多新的地图产品和服务，如网络地图、移动位置服务和导航地图等，许多专家学者对这些数字产品和服务的信息传输进行了探讨，提出了许多地图信息传输模型。例如，高博[8]等提出了基于计算机的地图信息传输模型，陈应东[9]等提出了网络地图服务的地图信息传输机制，张海棠[10]等提出了面向空间信息移动服务的空间信息传输模型，马超[11]等提出了移动地图的信息传输模型。在这些模型中，充分考虑了数字环境下空间信息传输的特点，但是并未全面考虑VGI环境下空间信息传输的一些新特点。

3 基于VGI的空间信息传输

3.1 各向地图信息传输模型

随着地理信息科学领域的快速发展，地图制图行业实现了由行业封闭向社会开放、由专家制图向公众参与制图的转变。在VGI条件下，公众是完全参与到地图制图与地理信息的生产过程中的，制图者和用图者之间的界限逐渐模糊，趋于统一。在这种模式中，地图信息的传输是多方向的，即制图者←→地图←→用图者。制图者和用图者完全融为一体，并可在两种角色之间不断变换，形成了集地理环境、用户、地图于一体的各向地图信息传输模型（图2），大大提高了地图信息传输的效率。

图2 各向地图信息传输模型

在该模型中，地理信息由用图者单一消费转向公众共享式消费，地图信息传递由单向传输变为地图与个体的双向传输，实现了地图制作者、地图和用图者之间的各方向网状信息传输。其中，当同一个体既是制图者又是用图者时，其所理解的地理环境是一致的；当用户不参与制图、只是一般的用图者时，各向地图信息传输则变成传统的地图信息传输。从这个意义上讲，传统的地图传输模型是各向地图信息传输模型的子类。

3.2 基于VGI的空间信息传输模型

根据VGI的特点，在各向地图信息传输模型的基础上，本文提出了基于VGI的空间地理信息传输模型，如图3所示。

图3 基于VGI的空间信息传输模型

在该模型中，地理信息提供者在自身的目的、知识和认知能力的基础上，以高分辨率遥感影像、GPS数据以及自己对环境的熟悉了解等为参考，通过Internet的相关VGI平台，如在线网站或移动终端，利用地理信息语言进行地理信息的编辑、创建和维护，产生相关的地理信息数据或地图产品等。信息的接收者则通过互联网上的相关软件平台，获取到地理信息数据或产品，通过对地理信息的解码，形成自己对客观世界的认识。

基于VGI的空间信息传输具有以下特点：

1）传输效率大大提高。基于VGI的空间信息传输过程是基于互联网的，传输过程实时发生，且传输速度很快。此外，由于充分发挥了大众的智慧，人人都能参与到信息交流传输的过程中，突破了传统的信息传输方式，传输效率大大提高。

2）对用户的要求降低。传统的地理数据生产，要求用户具备专业的知识，但在VGI环境下，大众用户可在遥感影像上进行地物勾勒，可上传照片、GPS轨迹、标注POI等，还可进行属性信息的添加，对用户的知识和水平没有限制，都可凭借自己的兴趣参与其中。

3）完全一体化的参与过程。地理信息提供者可将需要表达的地理信息通过VGI网络平台实时传递给地理信息接收者，而接收者也可根据自身的需求实时与提供者交流。在VGI条件下，提供者和接收者的角色并不是固定的，每个人可以是提供者，也可以是接收者，还可以既是提供者又是接收者。大众用户可根据自身的特点和需求在这些角色中自由切换，能完全一体化地参与到其中，真正形成集客观世界、用户、网络以及地理信息于一体的信息传输网络。

3.3 基于VGI的信息传输过程

基于VGI的空间信息传输是各向信息传输的过程，是一个循环流动开放的系统，其过程包括：

1）地理环境—信息提供者。信息提供者可通过对地理环境进行直接观测，也可通过遥感影像等其他资料间接分析观察，从而获取对空间环境的认知。

2）信息提供者—VGI网络平台。在获得对空间环境认知的基础上，信息提供者在VGI网络平台上发布空间数据或地图产品。

3）VGI网络平台—信息接收者。信息接收者通过VGI网络平台，对相关地理信息进行解译，获得所需要的地理信息，形成对空间环境的认知。

4）信息接收者—地理环境。用户将得到的空间环境信息结合自己对空间环境的认识进一步理解空间环境，并形成新的空间环境认识。

5）信息接收者—信息提供者。信息接收者和信息提供者是可以通过网络平台进行交互反馈的，信息提供者可根据接收者的需求提供新的信息，信息接收者可将自己的需求反映给信息提供者。当大众用户既是信息接收者又是提供者时，其自身对环境的理解是一致的，但其仍可以以提供者的身份向其他用户提供信息，也可以以接收者的身份向提供者进行反馈交互，形成一个信息传输的循环系统。

3.4 VGI信息传输过程中的空间认知

在空间信息传输过程中，空间认知具有重要意义，空间信息传输过程中信息加工的过程就是空间认知的过程[12]，因此有必要研究VGI信息传输过程中的空间认知规律。

根据VGI条件下空间信息传输的过程和特点，可将空间认知分为信息提供者的认知和信息接收者的认知，而独立的的信息提供者和信息接收者的认知模型与传统的制图者和用图者的认知模型类似，本文不再分开研究。VGI条件下，由于大众用户既是信息提供者又是信息接收者，二者相互联系，统一在空间信息传输的过程中，因此本文对大众用户的空间认知模型进行统一研究，建立模型如图4所示。

图4 基于VGI的空间认知模型

从图4可以看出，在空间认知的过程中，信息提供者需要依靠自身的感知、表象、记忆和思维等来提供地理信息；信息接收者需要在信息提供者空间认知的基础上，结合自身知识和空间环境的特点，通过感知、表象、记忆和思维等过程，实现对客观世界的认知。信息接收者和信息提供者以及其他用户可通过网络实时交流反馈，信息接收者、信息提供者和客观现实世界能够紧密联系在一起，因此VGI用户能够不断获得新的空间认知知识，从而提高信息传输的效率。

4 结 语

基于VGI的空间信息传输研究对地理信息的发展与应用具有重要的意义，本文通过介绍相关的地图传输模型，提出了基于VGI的空间信息传输模型。VGI是未来地理信息领域的发展趋势，要想真正地应用和发展VGI，还需要对其作进一步更深入的研究。

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P208

B

1672-4623（2016）07-0009-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.07.003

马京振，硕士研究生，研究方向为数字地图制图。

2015-06-19。

项目来源：国家自然科学基金资助项目（41201391、41071297）。