个性化地图认知及眼动分析方法
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前言

在地球科学发展日新月异的今天,众包数据、位置服务、大众制图、泛在制图等新方法、新理念层出不穷。在地图普适化的同时,地图的用户需求、数据来源、设计方法、生产模式、显示介质、实现技术、服务程度等都在提倡个性化。但是,对个性化地图认知的理论框架、构成因素、评估方法、作用机制的研究,以及个性化地图的设计原则、设计实例等都还比较欠缺,亟须对个性化地图认知机理进行“揭秘”。眼动实验作为地图学理论研究的创新方法,能够为揭示地图认知过程客观、实时地提供定性和定量的依据,从而指导地图的个性化设计,但目前国内对个性化地图认知的眼动研究较少。因此,本书的研究具有理论价值和实际意义。

研究个性化地图的目的是将“最好的地图”转变为“最合适的地图”,来满足某种用户的特定需求,实现“3R”(Right User,Right Time,Right Place)甚至“多R”地图。个性化地图认知机理研究的目的是明确影响个性化地图认知效果的地图要素和影响因素,探寻地图与特定用户及环境的量化匹配规则,揭示地图的个性化认知差异,探索动态认知过程中多种因素的叠加、交互作用机制,并通过客观、实时的表征手段使个性化地图认知机理“可视”,为个性化地图设计提供依据。

本书以计算机屏幕上显示的个性化电子地图为例,采用以问卷调查和眼动实验为主、定性与定量相结合、多种实验手段联合互证的方法,系统地研究了与个性化地图认知相关的问题,以及眼动分析方法在地图认知中的作用。

全书共分为7章。

第1章、第2章是相关理论研究:第1章介绍了本书的研究背景,总结了相关理论、技术、方法的研究现状,并在现状分析的基础上指出了当前研究的不足;第2章建立了个性化地图认知研究的理论框架与方法体系。

第3章、第4章通过假定问题,基于问卷调查结果,探讨了个性化地图认知因素模型和认知适合度评估方法等与个性化地图认知相关的问题。第3章先提出了个性化地图认知因素初始模型;然后设计并发放了地图要素和影响因素的重要性问卷,基于因子分析法得出了个性化地图认知因素的实际分类;最后对初始模型进行了修正和优化,并获取了个性化地图匹配的指标权重,基于因子分析法建立了个性化地图认知因素优化模型。第4章先针对地图对用户个性化需求的满足程度,建立了定性的个性化地图适合度评估模型,设计并发放了选择差异性问卷,基于问卷样本聚类指定待匹配的用户目标聚类中心;然后通过方差分析法,由简到繁逐步解析地图要素的认知差异及地图要素模板对指定目标的个性化匹配关系;最后以匹配度δ和公因子特征值λ为权重,采用线性加权评估的方法,对个性化地图的认知适合度评估模型进行了量化。

第5章以两个眼动实验说明了眼动分析方法在地图认知中的应用,利用眼动追踪技术实时监控地图认知过程中各因素的叠加、交互、动态作用机制。先从理论上描述了个性化地图的认知过程,提出了个性化地图眼动实验多维域和眼动-认知表征模型;然后设计了适合度评估模型验证实验,通过眼动(行为)参数方差分析和热点图可视化分析,验证了个性化地图认知适合度评估方法的正确性;再以个性化地图符号类型为例,设计了地图要素与影响因素的双因素混合实验组,对个性化地图认知影响因素的叠加作用进行了细粒度分析,并且对地图要素与影响因素的交互作用进行了探索性研究;最后以专家和新手为例对地图个性化动态认知过程进行了实时监控和视线轨迹对比分析,基于认知心理学理论,对以上研究中自下而上与自上而下相结合范式的认知差异进行了理论解释,并将眼动实验与问卷调查、主观评价的结论进行对比,说明了眼动实验客观、实时的优点,以及其在同时提供定性和定量依据方面的优越性。

第6章、第7章是地图设计应用实例和总结:第6章提出了个性化地图的设计原则和设计流程,研发试验系统设计个性化地图实例并对其进行验证;第7章对全书内容进行了总结,提炼创新点,并对下一步的研究工作进行了展望。

本书内容涉及地理学、地图学、心理学、数学、医学、信息学等学科,采用以问卷调查和眼动实验为主、定性与定量相结合、理论与统计分析联合互证的实验方法。该方法使多学科、多技术、多方法交叉,具有理论价值。本书的研究揭示了地图设计要素、地图认知心理和个性化影响因素的对应关系,基于眼动实验对地图认知监控和个性化认知的研究,为地图可用性研究提供了定性和定量的依据,有助于突破地图学认知理论研究的瓶颈。本书提供的应用案例弥补了研究空白,对揭示地图思维过程和认知差异、探索人脑对地图的感受机制、指导地图产品的可视化表达与设计、提高地图可用性等方面都具有重要的理论意义和实用价值。多种实验方法的联合运用与交叉互证是本书的一个亮点,不仅丰富了地图学的实验手段,还对其他产品设计、用户体验、可用性评价、智能交互等领域的研究也具有借鉴作用。

与当前各类图书相比,本书具有以下独特之处:目前已出版的眼动追踪技术应用类图书广泛涉及网站、体育、广告、文本阅读等领域,但极少涉及地理学应用内容,本书填补了这一空缺;已出版的认知心理学和人机交互类图书注重基础性认知理论或通用性人机交互技术研究的内容,缺少对地理空间认知和地理环境交互的专业理解,而本书面向地理专业问题,更具有针对性;市面上的地理认知类图书偏重于对认知结果的定性分析或量化计算,缺少对认知过程的关注,并且没有关于眼动技术应用的实验案例指导,本书对地图认知过程中的各种影响因素进行了实时监控和细粒度分析,提供了可借鉴的眼动实验案例。