寻路(wayfinding)作为日常活动的一部分,对于人类生产生活的重要性是不言而喻的。在过去的三十年里,寻路知识的概念化已成为导航与位置服务技术研究的核心课题。越来越多的学者将导航寻路技术与空间认知研究相结合,使得空间认知在寻路辅助系统中的应用成为了一个重要的研究方向。地标(Landmark)既是一种位置信息的载体又是一种认知概念,对于安抚情感和保证寻路决策的正确性有很大作用。利用地标辅助空间寻路成为近年来相关领域研究的热点之一。无论是在室内还是在室外场景,人与人之间交流寻路知识的时候很自然地使用地标。地标提供了大量的环境细节,有助于组织主观认知空间识别并作为空间参考点来支持寻路过程。地标是地理空间环境中显著突出的实体,是地理环境心理认知的结构化表征,在心理空间表示承担认知锚点的作用,用于标记地理环境对象或作为地理空间参考点,对于空间推理都是至关重要,例如,定向和寻路及空间信息的传递。人与人之间交流寻路知识的时候很自然地使用地标,常常以草图、口头陈述等方式呈现,传统的寻路导引和地标关系的研究主要通过主观定性分析、演绎和推理的方式展开,难以实现形式化的定量计算以便与计算机自动化、智能化处理。另一方面,在人与机器互动系统中,传统导航方式缺乏人们对地标认知的表示能力,又或者通过地标来生成空间认知信息。其原因主要在于目前主流的导航与位置服务系统的空间环境的内部表示不是基于地标进行组织的,而是将地标附加到内部属性数据中进行描述,再根据需要添加、修改或选择地标。造成这种显著的差异主要原因在于一直以来地标是空间认知的概念,而不是信息系统的概念。本文所涉及的挑战是弥合两者之间的鸿沟。人对地标的认知功能不仅是主观性的经验归纳,更是客观性的存在。有文献经过研究发现人的大脑对地标的认知有强弱差别,并且这种差别并不依赖于寻路者本身[151]。在导航环境下这种认知强弱差别,一方面源于客观地标对象的内在特性(例如,大小、形状、颜色等),也同样依赖于导航相关的上下文知识(例如,空间结构、位置上下文等)。为了将这种认知上的强弱差别进行形式化,使之能够由计算机进行存储和处理,本文将这种在导航语境下,不同地标的显著程度对寻路者在空间位置认知上的可量化的强弱差异定义为认知强度(Cognition Strength)。研究的主要内容通过对面向室内外寻路的地标模型深入的分析和系统研究,设计建面向室内外空间的地标认知强度网格,并以此为基础给出了路径分析及导引描述方法的原型实例。本文的主要研究内容包括以下几个方面:(1)提出一种改进的导航地标形式化模型。为了让计算机能够有效的识别和处理地标类型的地理要素,需要将地标实体进行形式化建模。传统的地标形式化方法主要针对室外地标,室内地标的特征及形式化模型鲜有讨论,在目前大多数室内导航应用中,只是使用预定义地标类型作为路径参考对象,并非根据寻路者寻路环境上下文基于空间认知动态选择,本文在Raubal和Winter[13]室外地标形式化模型基础上,研究了如何将基于认知的地标显著度特征由室外扩展到室内,进而设计了室内外可量化显著度评价量表。(2)提出一种基于可量化显著度的地标认知强度网格模型。为了将经过认知概念形式化之后的地标实体应用于寻路上下文,本文提出了两种类型的地标认知强度网格模型:基于不规则网格的Voronoi图和基于规则格网的Grid图。前者针对室外寻路过程将地理空间进行Voronoi剖分,室外地标作为加权Voronoi图的中心点(显著度作为权重),并设计了层次化结构;后者针对室内寻路过程将地理空间进行规则化Grid剖分,室内地标根据显著度在Grid网上执行扩散操作,直至遇到障碍物或者达到预定阈值。地标认知强度网格使得行进路径上的每一个位置都能找到(至少一个)地标作为路径参考对象,以满足寻路者对路径认知上的要求。(3)分别设计了室外和室内两个不同场景的实验,对本文地标认知强度网格模型进行实验验证,分别设计基于地标认知强度网格模型的室内外寻路方法,其中室外寻路方法侧重于寻路之后的导引描述,室内寻路方法侧重于寻路过程中的路径选择。通过对实验结果的分析讨论,证明了本文方法对不同场景下认知辅助寻路的有效性。