Open Access
Type: Thesis
Type of Thesis: Doctoral Thesis
Title: Anpassung der Zoom-Stufe in der mobilen Karte für die Selbstlokalisation
Authors: Wei, Bonan
Issue Date: 2020
Date of first Publication: 24-Aug-2020
Language: German
Keywords: Kognition; Kartengestaltung; Fußgänger-Orientierung; Zoom-Stufe; mobile Karte; cognition; map design; pedestrian orientation; zoom-level; mobile map
metadata.dc.subject.gnd: Kognition; Kartengestaltung; Zoom; Digitale Karte; Visualisierung
Abstract: 
Selbstlokalisation ist ein wichtiger Prozess für die kartengestützte Navigation in einem unbekannten Umgebungsraum. Der Nutzer des Navigationssystems muss sich mittels der Darstellung vergewissern, wo er sich in diesem Raum befindet und in welcher Beziehung er und die umliegenden Objekte zueinander stehen. Zu diesem Zweck werden das erworbene Standortwissen aus der direkten Quelle (Realraum im Umblickfeld) und das erworbene Standortwissen aus der indirekten Quelle (mobile Karte) miteinander abgeglichen, wodurch die räumliche Entscheidung und Fortbewegung abgeleitet werden können. Die Selbstlokalisation verläuft nur erfolgreich, wenn beide Wissensmodalitäten übereinstimmen.

Bei den aktuellen Fußgänger-Navigationsapplikationen ist zwischen beiden Wissensmodalitäten nicht selten eine Diskrepanz zu beobachten, die auf die inadäquate Zoom-Stufe zurückzuführen ist. Um dieser Diskrepanz entgegenzuwirken, ist die Skalierung der Darstellung seitens des Nutzers erforderlich. Möglicherweise kann dies aber dazu führen, dass der Nutzer die Darstellung fehlinterpretiert und infolgedessen den falschen Weg einschlägt.

Zur Behebung dieses Problems ist die standortangepasste Zoom-Stufe untersuchungsbedürftig. Insofern lag das Erkenntnisinteresse dieser Arbeit auf der Ermittlung der Einflussfaktoren auf die Zoom-Stufe. Ziel war es, den optimalen Kartenausschnitt mittels einer standortbezogenen Zoom-Stufe zu automatisieren. Zum Erreichen dieses Ziels wurde die leitende Forschungsfrage gestellt: Welche Parameter sind ausschlaggebend zur Anpassung der Zoom-Stufe in der mobilen Karte, um einen optimalen Kartenausschnitt zum Zweck der Selbstlokalisation zu bestimmen?

Aufgrund der fehlenden bzw. unzureichenden Kenntnisse über diese Thematik im Bereich der Kartographie erfolgte die Erkenntnisgewinnung durch exploratives, fächerübergreifendes Vorgehen. Untersuchungszweck waren die theoretische Herleitung und die empirische Identifizierung der Einflussfaktoren auf die zur Selbstlokalisation geeignete Zoom-Stufe. Da die raumbezogenen Faktoren (physikalische und beobachtbare Umweltmerkmale) und kartenbezogenen Faktoren (gestalterische Komponenten) Repräsentationen des erworbenen Standortwissens determinieren und sich aus diesen wiederum das Zoom-Verhalten ableitet, wurde angenommen, dass diese Faktoren einen Einfluss auf die Zoom-Stufen haben. Die angenommenen Faktoren waren: Größe und geometrische Form des sichtbaren Bereichs, Distanz zur fern liegenden Globalen Landmarke, Distanz zum ersten Abbiegepunkt in Blickrichtung sowie die Smartphone-Displaygröße. Die Frage, ob und inwiefern der einzelne angenommene Faktor die Zoom-Stufe beeinflusst, war die Aufgabe der zwei aufeinander aufbauenden empirischen Feldexperimente.

Bei der Bestimmung der Variablen lag der Fokus der empirischen Untersuchung auf der Raumgeometrie. Als wichtigste Einflussfaktoren stellten sich der Flächeninhalt des Umblickfeld-Polygons und die Distanz zum nächsten Abbiegepunkt heraus. Aus diesem Ergebnis wurde eine handlungsleitende Empfehlung für die Gestaltungspraxis in Form eines strukturierten Programmentwurfs (Nassi-Shneiderman-Diagramm) abgeleitet. Im Anschluss daran wurden die Gestaltung einer Evaluierungsstudie und künftige Themenschwerpunkte vorgeschlagen.

Diese angewandte Forschungsarbeit leistet einen Beitrag im Hinblick auf die Identifizierung der Zusammenhänge zwischen Wahrnehmungsraum im Umblickfeld und Zoom-Stufe beim Lösen der Selbstlokalisationsaufgabe. Ferner stellt diese Erkenntnis in Verbindung mit dem entwickelten Prototyp einen großen Schritt in Richtung des Ziels dar, zu einer nutzerorientierten Gestaltung des Fußgänger-Navigationssystems zu gelangen.

Self-localisation is an important process in map-based navigation in an unknown environmental space. With the help of graphic depictions (mobile maps) the user is supposed to comprehend where he is and how he and the surrounding objects are spatially related to each other. For this purpose, the acquired knowledge from direct and indirect sources (perception of object features in the viewing field as well as perception of depictions on the mobile map) should be matched to each other in order to deduce spatial decision and locomotion. A self-localisation task can only be solved successfully if these two sources of spatial knowledge correspond to each other.

Due to an inadequate zoom level, a discrepancy between these two sources can be observed in contemporary pedestrian navigation applications. In order to overcome the discrepancy between the location-related viewing field and the map display area on a smartphone screen, the user has to zoom in or zoom out the mobile map. However, it cannot be excluded that this zooming process lead to a misinterpretation of the graphic depictions. As a consequence, the user may choose the wrong direction during the navigation process.

In order to solve this problem, the location-adapted zoom level needs to be examined. Therefore, the research interest of this thesis was to determine factors having an influence on the zoom level. The ultimate goal was to design a map display area adjusting automatically by means of location-related zoom levels. The central question is: Which parameters are decisive in view of adjusting the zoom level in the mobile map to determine an optimum map display area for the purpose of self-localisation?

Due to a lack of research findings in the field of applied mobile cartographic, knowledge was achieved through an explorative interdisciplinary approach. The purpose was the theoretical derivation and empirical identification of factors influencing the zoom level in the context of a self-localisation task. It was assumed that not only spatial factors (environmental cues) but also cartographical factors (design components on mobile map displays) do have an influence on the location-related zoom level since both factors determine the cognitive representations of the acquired location-related knowledge. The zoom behaviour in particular is depending on these representations. The assumed factors were the following: size and geometric shape of the viewing field, distance to a distant global landmark, distance to the nearest turning point in walking direction and finally the smartphone display size. Answering the question, whether and to what extent each assumed factor influences the zoom level, was the task of the two consecutive empirical field experiments.

The variables applied in the empirical field experiments were derived from spatial geometry. The results showed that the most important factors were the area of the viewing field polygon and the distance to the nearest turning point. On the basis of this, a structogram was generated as a guideline recommendation for the design practice. Finally, an evaluation research design pointing to the future questions has been suggested.

This applied research can contribute to identifying the link between perception space in the viewing field and zoom level in the context of a self-localisation task. Furthermore, this finding combined with the developed prototype represents a big step towards achieving the goal of a user-centered design of pedestrian navigation systems.
Advisor: Schiewe, Jochen 
URN (Citation Link): nbn:de:gbv:1373-opus-5410
HCU-Faculty: Geodäsie und Geoinformatik 
Release Date: 23-Sep-2020
Directlink: https://repos.hcu-hamburg.de/handle/hcu/530
Subject Class (DDC): 550 Geowissenschaften
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