CN109446285B - 高校校园空间认知与活动的交互***及方法、处理器 - Google Patents

Abstract

本发明属于计算机辅助设计技术领域，公开了一种高校校园空间认知与活动的交互***及方法、处理器，包括：绘制模块、调查模块、数据整理模块、数据处理模块、数据分析模块。本发明利用GIS技术实现了校园空间认知强度图和空间活动强度图的准确表达，发现高校学生空间认知和空间活动交互影响差异，分析了导致两者强度不一致的成因；通过检测高校学生空间认知和空间活动强度是否一致，分析高校校园设施布局是否合理。为高校校园设施规划布局提供使用者角度，以便校园规划能够考虑到使用者的认知能力，从而在规划时更合理的进行设施布局。同时，也可推广到这小尺度空间区域规划、区域设施布局评价与优化。

Description

高校校园空间认知与活动的交互***及方法、处理器

技术领域

本发明属于计算机辅助设计技术领域，尤其涉及一种高校校园空间认知与活动的交互***及方法、处理器。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：国内外在空间认知方面的研究多采用认知地图、距离认知、认知意向等方法，通过研究认知地图差异、距离差异、认知意向差异来研究学生空间认知的总体特征。有学者通过调查学生校园内的活动轨迹和频率解释了学生在校园高程认知差异的产生。空间认知与空间活动的交互影响是重要的人地关系，也是行为地理学近期重视的课题，随着地理信息***(GIS)的快速发展，其强大的空间分析功能使得空间认知和空间活动能够直观定量表达，极大地促进了空间认知和活动的分析。20世纪60年代，西方社会经历了社会经济的转向，开始以经济发展为目标走向以社会发展为目标，在以人为本理念的影响下，西方社会开始注重追求居民个人生活质量的提高，开始关注人与社会的实际问题。进入20世纪70年代，在对实证主义、科学主义的反思中，地理学分析逐渐由描述转向解释，行为地理学作为一个解释学派和方法逐渐兴起。行为地理学指在考虑自然地理环境与社会地理环境条件下，强调从人的主体性角度理解行为和所处空间的关系的地理学方法。西方地理学大师戈里奇的著作《空间行为的地理学》对行为地理学的理论、方法、最新进展做了全面介绍，以决策和选择行为为核心，广泛的探讨与个人、私人和企业以及政府等众多主体有关的空间问题，从行为分析的发展历程、概念模型、社会环境变化等方面对行为地理学进行了详细的介绍和深入的分析。2003年12月，国家自然科学基金委地球科学部与国际合作局在南京大学组织召开了“人文地理学发展前沿问题学术沙龙”，标志着行为地理学成为中国人文地理分析主要方向之一。2005年在北京大学召开的中国地理学年会上，与会部分学者谋划成立由城市地理学、城市交通学为主的学者组成的一个民间的“空间行为与规划”分析会。第二次空间行为与规划分析会在长春召开，学者们就行为地理学分析、信息技术发展、认知地图分析等综合应用分析做了交流。第三次空间行为与规划分析会在同济大学举行，这次会议从地理学视角对城市空间结构与个体行为的宏观层面、从城市规划视角对城市地域与人的行为的中观层面、从建筑学视角对建筑内部空间域人的行为相互影响的微观层面以及若干现实问题进行深入探讨。潘海啸从城市规划实例出发提出通过行为分析建立独特的规划理论体系，基于手机用户的个体时空行为数据获取方法。随着行为地理学的兴起，认知分析也迎来新的发展势头。地理学的空间认知分析更多关注认知的空间模式，强调对客观环境的理解、现实行为模式解析、空间分析等。国内空间认知的分析还相对薄弱，近年来有学者开始从事城市意象、认知距离、认知地图变形等方面的分析。城市意向分析在中国开展的较早，并产生了丰富的分析成果，国内学者对北京、大连、重庆等城市进行了城市意象空间结构及要素分析，发现城市意向要素因城市不同而有差异。空间认知与空间行为交互分析方面，空间认知是人类开展空间行为的过程中对空间环境的了解情况，受到空间行为强度、人类本身社会属性、环境空间格局等因素的共同影响，而居民对于空间认知的情况潜移默化的指导着空间行为的开展。分析方法方面，数据采集和分析方法的演进是行为地理学分析发展的重要推动力。特别是随着3S(地理信息***、遥感技术、全球定位***)技术的快速发展。同时，分析方法也逐步多元化，从单纯的统计分析逐步向模型、模拟、可视化等多元化方法转变。应用GIS三维可视化方法的引入，促进了行为模式的表达方法的提升，如刘强、关美宝等阐述了GIS在空间行为分析中的应用；张仁军基于GIS构建了景区游客空间行为模拟***；李渊利用GIS技术分析了旅游景区的公厕配置；耿莎莎运用GIS空间分析功能分析了城市犯罪行为空间分布特征；童晓君使用GPS数据分析城市居民出行行为。在行为分析应用方面，学者们在行为分析应用上做了大量工作。赵莹等致力于行为分析的应用，通过与IBM公司的合作，探讨基于手机的个体行为时空数据采集，尝试构建面向精细、实时的时空行为数据的分析方法，提供解释个体行为、群体行为的活动模式，通过居民行为方式模拟与分析，为城市空间规划与管理提供科学参考。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)由于空间认知强度尚无完整的评价体系，现有技术通过统计学生意向中各设施出现频率来表示空间认知强度，空间认知强度的表现过于粗略，不能反映使用者对各设施情况的认知全面性。

(2)在实际过程由于环境设施布局问题、使用者个体差异等原因，校园各区域空间活动和空间认知强度存在不一致性，这种不一致性尚未得到深入探究与应用。

解决上述技术问题的难度和意义：解决上述问题需要克服难题：做好大量有效认知调查和活动轨迹及频率调查；GIS技术发展迅速，多关注空间分析技术发展，以便更好的实现目标。

(1)结合空间认知和空间活动的交互影响，分析高校学生空间认知和空间活动强度不一致区域的产生原因，有利于探究校园环境设施空间布局、设施内部功能布局存在的问题及提出优化建议，以提高学生空间认知和校园生活认可度，可为校园规划、小尺度区域规划、区域设施布局优化、评价提供参考。

(2)研究学生空间认知和空间行为的整体交互作用，了解学生校园内空间认知强度和空间活动强度一致区域，掌握大部分学生校园内高频繁活动、高认知度区域直观分布，可为校园消防、环保设施规划、市场营销策略等提供更科学的依据，同时此研究也可推广到城市规划建设领域。

(3)对比不同性别、不同专业、不同职务、不同成绩类型、不同居住区片的学生空间活动交互差异，有利于了解学生空间认知差异产生的内在原因。同时，还可以了解不同类型学生空间活动特征(学习、生活、休闲、运动等活动差异)及空间认知能力差异。可为学校、教育管理部门制定教育计划提供参考。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高校校园空间认知与活动的交互***及方法、处理器。

本发明是这样实现的，一种高校校园空间认知与活动的交互***，其特征在于，所述高校校园空间认知与活动的交互***包括：

绘制模块，用于将电子版地图地理要素分类分层处理，隐藏校园设施图层，绘制调查底图；道路按照每个街区进行分段并进行编码；

调查模块，用于获取学生认知中的校园建筑、公园广场、运动设施及其他公共设施边界的位置、名称、内部情况信息；采集学生设施到访频率；绘制活动路径；路径由道路线和节点组成；

数据整理模块，用于将基本信息录入EXCEL中，将调查草图对照实际地图，统计各校园设施上图率、位置正确率、名称正确率；将调查所得各设施内部描述对比实际内部布局，制定标准，将定性描述转为定量分值，并统计整体内部了解率；统计学生校园设施的到访频率和各编码道路段的活动贡献率；

数据处理模块，用于计算校园设施空间认知强度图和空间活动强度图；测算各校园设施认知水平，采用计算机插值模拟出校园区域空间认知强度图；测算各校园设施学生平均到访频率和各道编码路段的平均贡献率，采用计算机模拟出校园区域空间活动强度图；将空间区域认知强度图和空间活动强度图进行叠加，绘制各级认知强度与活动强度重叠区域非重叠区，并测算区域面积、面积比重；

数据分析模块，用于分析非重叠区域空间认知和空间活动强度不一致产生的原因；确定校园设施布局和环保、消防等公用设施设置不合理之处。

所述高校校园空间认知与活动的交互***进一步包括：

空间认知模块，用于分析通过改进的空间认知测算方法，结合空间认知和空间行为的交互影响，分析校园设施空间布局和内部布局合理性，并通过访谈的方式验证分析结论；

校园活动类型模块，用于通过对比不同类型学生学习、休闲、生活、运动类设施认知强度以及活动频率差异，分析本不同类型学生在校园活动上的偏好；

空间行为和空间认知模块，通过对比分析，发现同等活动强度下不同类型学生对环境的认知差异，并试图寻找引起这种差异的因子。

所述高校校园空间认知与活动的交互***进一步包括：

空间认知变形模块，用于分析学生校园空间认知变形原因；

学生视角模块，用于从学生使用视角，分析校园设施空间布局是否合理，分析建筑设施内部功能布局是否适宜；

活动和认知模块，用于分析不同类型学生在不同类型设施内活动频率和认知的差异；

空间认知强度和空间活动强度模块，用于将空间认知强度图和空间活动强度图分成相同等级，逐级对比两图差异，分析交互作用，即分析空间认知和空间活动强度一致区域及不一致区域；

空间差异模块，用于通过逐级对比共同条件下，空间认知和空间活动交互差异。

所述高校校园空间认知与活动的交互***进一步包括：

空间认知定量模块，用于通过上图率、位置正确率、名称正确率、内部情况了解率和权重系数，测算各设施空间认知强度；

绘制强度图模块，用于采用设施使用频率同道路辐射相结合的方法，利用Kriging插值模拟空间活动强度。

本发明的另一目的在于提供一种实现所述高校校园空间认知与活动的交互***的高校校园空间认知与活动的交互方法，所述高校校园空间认知与活动的交互方法包括：

步骤一，将电子版地图地理要素分类分层处理，隐藏校园设施图层，绘制调查底图；道路按照每个街区进行分段并进行编码；

步骤二，获取学生空间认知信息；调查学生对校园空间的认知情况并以草图的形式展现，要求学生描述设施到访频率及内部布局；要求学生绘制校园内各类型活动路径；路径由道路线和节点组成；

步骤三，将调查基本信息录入EXCEL中，将调查草图对照实际地图，统计各校园设施上图率、位置正确率、名称正确率；将调查所得各设施内部描述对比实际内部布局，制定标准，将定性描述转为定量分值，并统计整体内部了解率；

步骤四，计算校园各设施空间认知综合值，插值模拟出校园区域空间认知强度图；统计每道路段连接设施节点的活动频率，测算每道路段的活动贡献率，插值模拟出计算校园活动强度图；将空间区域认知强度图和空间活动强度图进行叠加，绘制各级认知强度与活动强度重叠区域非重叠区，并测算区域面积、面积比重；

步骤五，分析非重叠区域空间认知和空间活动强度不一致产生的原因；确定校园设施空间布局和环保、消防公用设施设置不合理之处；绘制专题学生的空间认知强度与空间活动强度图。

进一步，所述高校校园空间认知与活动的交互方法进一步包括：

(1)使用地形图为工作底图，对于地形图未更新的区域，利用全站仪进行测量，将测量数据导入ARCGIS中，并利用基本绘图功能绘制校园平面图；利用ARCGIS软件空间配准模块将补测的区域平面图和原地形图进行配准，绘制完整的校园平面图，并以此为底图，隐藏主要校园设施，形成调查底图；

(2)运用空间分析模块创建校园空间认知强度图和空间活动强度图的频率直方图，统计各强度值象元个数和两图象元总个数，按照1、2、3级强度所占比例均为三分之一的原则，计算空间认知强度图和空间活动强度图的级别分割值，并利用重分类工具将两图分成三级，并利用转换模块将各级栅格图转换为矢量图；

(3)采用叠加分析模块，对空间认知各级强度矢量图和空间活动各级强度矢量图进行交互分析，创建空间认知强度图和空间活动强度图各级别重叠区域和非重叠区，并统计重叠区域和非重叠区域面积和占比；并叠加校园平面图；

(4)获取空间活动和空间认知区域不一致性差异产生的外部原因，对比重叠区域和非重叠区域的空间位置、道路分布、覆盖设施类型、路牌及设施牌安置、不同设施内部结构布局，并结合学生用后体验访谈等，分析校园内各设施空间布局、设施内部功能布局合理性；

(5)获取空间活动和空间认知同级别强度一致区域分布、区域内设施类型、学生活动目的，了解学生大学校园活动的主要类型、活动偏好、总体空间认知水平及特征，并结合现有公用设施的分布，提出优化建议；

(6)采用ARCGIS软件绘制专题学生的空间认知强度与空间活动强度图，并将两图按照强度值分成3级；对比文理学生、男女学生、是非学生干部、成绩优差学生、各居住区片学生同级别空间活动和空间认知强度一致性区域和不一致区域分布位置、区域大小、区域功能差异；了解各类学生空间活动差异、空间认知能力差异。

(7)综合比较各类专题学生各级空间认知与空间活动交互差异与高校整体学生各级空间认知与空间活动交互差异区域分布情况，若两者差异不明显，则说明学生空间认知与空间活动交互差异产生的主要原因来自外部，若两者差异明显，则说明不同专业、不同性别、是否学生干部、不同成绩、不同居住区片学生的内在差异也是导致空间认知和空间活动交互差异的影响因子。

本发明的另一目的在于提供一种实现权利要求4～6任意一项所述交互***的高校校园空间认知与活动的交互方法的计算机程序。

本发明的另一目的在于提供一种实现所述交互***的高校校园空间认知与活动的交互方法的计算机程序。

本发明的另一目的在于提供一种实现所述交互***的高校校园空间认知与活动的交互方法的信息数据处理终端。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的交互***的高校校园空间认知与活动的交互方法。

本发明的另一目的在于提供一种实现所述交互***的高校校园空间认知与活动的交互方法的处理器。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明利用GIS技术实现了校园空间认知强度图和空间活动强度图的准确表达，发现高校学生空间认知和空间活动交互影响差异，分析了导致两者强度不一致的成因。通过检测高校学生空间认知和空间活动强度是否一致，分析高校校园设施布局是否合理。理论上，活动频率和认知强度应一致，但对于布局合理的校园设施，由于认知难度小，认知强度可能会高于活动频率的现象；而对于布局不合理的校园设施，认知难度大，认知强度可能会远低于活动频率。可以为高校校园设施规划布局提供使用者角度，以便校园规划能够考虑到使用者的认知能力，从而在规划时更合理的进行设施布局。同时，此研究也可推广到这小尺度空间区域规划、区域设施布局评价与优化。

本发明通过获取高校学生空间活动和空间认知高强度区域，在进行校园环保设施、安全设施、灾害预警设施设置时，可结合学生普遍熟悉的区域进行设置，以提高环保设施、消防安全、灾害预警设施的有效利用。通过对不同专题(性别、成绩、专业、居住片区、是否学生干部)学生在高、中、低活动强度下的空间认知强度，可以了解不同学生空间认知能力差异及空间活动习惯。这对于高校培养学生校园活动习惯，提升各类学生空间认知能力，有一定参考意义。

本发明通过空间活动和空间认知强度一致区域的特征，能了解高校学生校园活动规律、空间认知水平的共性特征，这可以为校园环保设施、消防设施的放置提供参考；此外，通过对比不同类型的学生进行空间认知和活动交互差异，研究空间活动和空间认知强度不一致区域产生的内在成因(学生本身)，可以了解不同类型学生的空间认知能力差异及校园活动特征(学习、生活、休闲、运动等类型活动差异)，这对于研究高校学生大学学习生活状态很有价值，可为高等教育培养政策和方案的制定提供参考。

与现有技术对比，其积极效果如表1：

附图说明

图1是本发明实施例提供的高校校园空间认知与活动的交互***结构示意图；

图中：1、绘制模块；2、调查模块；3、数据整理模块；4、数据处理模块；5、数据分析模块。

图2是本发明实施例提供的高校校园空间认知与活动的交互方法流程图。

图3是本发明实施例提供的高校校园空间认知与活动的交互方法实现流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在实际过程由于区域设施布局问题、使用者个体差异等原因，校园各区域空间活动和空间认知强度存在不一致性的问题。现有技术不能反映使用者对各设施情况的认知全面性，本发明拟通过改进现有技术实现使用者校园设施认知的准确表达，用以研究空间活动和空间认知强度不一致，反推出区域内设施布局问题、使用者认知差异。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的高校校园空间认知与活动的交互***包括：绘制模块1、调查模块2、数据整理模块3、数据处理模块4、数据分析模块5。

绘制模块1，用于将电子版地图地理要素分类分层处理，隐藏校园设施图层，绘制调查底图；道路按照每个街区进行分段并进行编码；

调查模块2，用于获取学生认知中的校园建筑、公园广场、运动设施及其他公共设施边界的位置、名称、内部情况信息；采集学生设施到访频率；绘制活动路径；路径由道路线和节点组成；

数据整理模块3，用于将基本信息录入EXCEL中，将调查草图对照实际地图，统计各校园设施上图率、位置正确率、名称正确率；将调查所得各设施内部描述对比实际内部布局，制定标准，将定性描述转为定量分值，并统计整体内部了解率；统计学生校园设施的到访频率和各编码道路段的活动贡献率；

数据处理模块4，用于计算校园设施空间认知强度图和空间活动强度图；测算各校园设施认知水平，采用计算机插值模拟出校园区域空间认知强度图；测算各校园设施学生平均到访频率和各道编码路段的平均贡献率，采用计算机模拟出校园区域空间活动强度图；将空间区域认知强度图和空间活动强度图进行叠加，绘制各级认知强度与活动强度重叠区域非重叠区，并测算区域面积、面积比重；

数据分析模块5，用于分析非重叠区域空间认知和空间活动强度不一致产生的原因；确定校园设施布局和环保、消防公用设施设置不合理之处。

如图2所示，本发明实施例提供的高校校园空间认知与活动的交互方法包括以下步骤：

S201：将电子版地图地理要素分类分层处理，隐藏校园设施图层，绘制调查底图；道路按照每个街区进行分段并进行编码；

S202：获取学生空间认知信息；调查学生对校园空间的认知情况并以草图的形式展现，要求学生描述设施到访频率及内部布局；要求学生绘制校园内各类型活动路径；路径由道路线和节点组成；

S203：将调查基本信息录入EXCEL中，将调查草图对照实际地图，统计各校园设施上图率、位置正确率、名称正确率；将调查所得各设施内部描述对比实际内部布局，制定标准，将定性描述转为定量分值，并统计整体内部了解率；

S204：计算校园各设施空间认知综合值，插值模拟出校园区域空间认知强度图；统计每道路段连接设施节点的活动频率，测算每道路段的活动贡献率，插值模拟出计算校园活动强度图；将空间区域认知强度图和空间活动强度图进行叠加，绘制各级认知强度与活动强度重叠区域非重叠区，并测算区域面积、面积比重；

S205：分析非重叠区域空间认知和空间活动强度不一致产生的原因；确定校园设施空间布局和环保、消防公用设施设置不合理之处；绘制专题学生的空间认知强度与空间活动强度图。

下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。

本发明实施例提供的高校校园空间认知与活动的交互方法利用GIS技术进行校园空间认知强度图和空间活动强度图的准确表达；分析高校学生空间认知和空间活动交互影响差异及导致差异的成因。

本发明实施例提供的高校校园空间认知与活动的交互方法具体包括：

使用地形图为工作底图，对于地形图未更新的区域，利用全站仪进行测量，将测量数据导入ARCGIS中，并利用基本绘图功能绘制校园平面图。利用ARCGIS软件空间配准模块(Georeferencing)将补测的区域平面图和原地形图进行配准，绘制完整的校园平面图，并以此为底图，隐藏主要校园设施，形成调查底图。

以调查底图为基础，采用认知地图、问卷、访谈方法获取大量学生校园认知数据，利用Excel统计学生每个校园设施的上图情况(上图值为1，未上图值为0)、位置正确情况(位置正确值为1，不正确值为0)、名称正确情况(名称正确值为1，不正确值为0)、内部了解情况(定性描述转为定量数值，按照描述内容的准确及全面，分别赋予四级：1.0、0.66、0.33、0)，统计所有学生的4个评价因子均值，得到上图率、名称正确率、位置正确率、内部情况了解率，并录入到Arcgis图层数据库中，采用空间属性计算器(Field Calculator)，将上述4因子按照一定权重加权叠加，并做归一化处理后得到各设施空间认知强度，以设施空间认知强度为原始数据，运用Kriging插值技术，象元大小采用5m*5m，得到学生校园空间认知强度图(栅格图)。

通过调查学生活动轨迹(主要、次要、自由性)，测算每个路段的学生活动使用率；调查学生各校园设施每周平均到访频率，并做归一量化处理。以路段使用率和设施到访频率为原始数据，通过归一化处理后，采用Kriging插值，象元大小同样采用5m*5m，得到学生校园空间活动强度图(栅格图)。

运用ARCGIS软件中的Spatial Analyst(空间分析模块)创建校园空间认知强度图和空间活动强度图的Frequency Histogram(频率直方图)，统计各强度值象元个数和两图象元总个数，按照1、2、3级强度所占比例均为三分之一的原则，计算空间认知强度图和空间活动强度图的级别分割值，并利用Reclassify(重分类)工具将两图分成三级，并利用转换模块(Conversion Tools)将各级栅格图转换为矢量图。

采用ARCGIS软件空间Overlay(叠加分析)模块，对空间认知各级强度矢量图和空间活动各级强度矢量图进行交互分析，创建空间认知强度图和空间活动强度图各级别重叠区域(使用intersect工具)和非重叠区(使用Erase工具)，并统计重叠区域(即两图各级强度一致区域)和非重叠区域(即两图各级强度非一致区域)面积和占比(使用FiledCalculator工具测算)。并叠加校园平面图，研究空间活动和空间认知强度区域不一致性产生的原因。

获取空间活动和空间认知区域不一致性差异(两图各级强度非重叠区)产生的外部原因(即校园设施布局)，对比重叠区域和非重叠区域的空间位置、道路分布、覆盖设施类型、路牌及设施牌安置、不同设施内部结构布局，并结合学生用后体验访谈等，分析校园内各设施空间布局、设施内部功能布局合理性。

获取空间活动和空间认知同级别强度一致区域分布、区域内设施类型、学生活动目的，了解学生大学校园活动的主要类型、活动偏好、总体空间认知水平及特征，并结合现有消防、环保等公用设施的分布，提出优化建议。

获取学生空间认知和空间活动强度产生不一致差异的内因。通过唯一变量原则，同样采用ARCGIS软件绘制专题学生(不同专业、不同性别、是否学生干部、不同成绩、不同居住片区学生)的空间认知强度与空间活动强度图，并将两图按照强度值分成3级。对比文理学生、男女学生、是非学生干部、成绩优差学生、各居住区片学生同级别空间活动和空间认知强度一致性区域和不一致区域分布位置、区域大小、区域功能等差异，从而了解各类学生空间活动差异(学习、生活、休闲、运动等活动差异)、空间认知能力差异。

综合比较各类专题学生(不同专业、不同性别、是否学生干部、不同成绩、不同居住区片学生)各级空间认知与空间活动交互差异与高校整体学生各级空间认知与空间活动交互差异区域分布情况，若两者差异不明显，则说明学生空间认知与空间活动交互差异产生的主要原因来自外部(校园设施布局)，若两者差异明显，则说明不同专业、不同性别、是否学生干部、不同成绩、不同居住区片学生的内在差异也是导致空间认知和空间活动交互差异的影响因子。并可以此为依据，提出有效培养学生空间认知能力和有效引导学生多积极开展有益校园活动的建议。

下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。

1.总体思路

1.1总体思路包括以下模块：绘制模块、调查模块、数据整理模块、数据处理模块、数据分析模块；

绘制模块，从阜阳师范学院总务处搜集校区地形图或平面图(电子版或纸质版)。将电子版地图(纸质图可扫描成电子，并做矢量化处理)地理要素分类(校园边界、道路、河流、建筑、公园广场、其他公共设施)分层处理，道路按照每个街区进行分段并进行编码。

对照地图实地核对校园环境现状，对未上图的新设施进行测绘并与底图进行配准。利用arcgis制作底图(地理要素符号化、路名河流名标注、设置比例尺、调查说明文字、布局等)。调查底图中隐藏建筑、公园广场等要调查的设施。

调查模块

(1)成立调查小组

调查小组由课题老师和优秀学生组成，调查前对开展调查学生进行集中培训，并试调查，对试调查中存在的问题进行汇总，并修改调查底图，改进调查方法。

(2)调查内容

①基本信息：专业、性别、联系方式、是否学生干部、成绩状况、居住位置；②在底图上自己认为正确的位置绘制校园建筑、公园广场、运动设施及其他公共设施边界，并标注设施名称；③描述所绘制设施内部布局及到访频率(以月为单位时间，调查每月活动次数)；④绘制活动路径(必要性活动路径：吃饭、上课等；自发性活动路径：运动、散步、自习等，社会性活动路径：办公、协会活动等)，路径由道路线和节点(目的设施)组成。

(3)调查要求

①调查人群：随机调查(被调查学生专业覆盖面要广)；②分区调查(校园都有各2个住宿区片，要分开调查、分开存档)。

数据整理模块：将基本信息录入EXCEL中，然后将调查草图对照实际地图，统计各校园设施上图率、位置正确率、名称正确率；将调查所得各设施内部描述对比实际内部布局，制定标准，将定性描述转为定量分值，并统计整体内部了解率。并将4个指标(上图率、位置正确率、名称正确率、内部情况了解率)对应录入到ARCGIS各设施图形属性数据库中。

按照上述方法，分类筛选出不同性别、专业(文理科)、职务(是否学生干部)、成绩状况(优秀、一般)、居住区片的学生的认知情况(上图率、位置正确率、名称正确率、内部情况了解率)。并在ARCGIS中建立空间认知专题图(专业、性别、职务、成绩、居住区片)与数据库、录入统计数据。

对应每个路段编码，将调查得到的活动路径属性录入EXCEL中，统计每个路段编码的路径属性情况，根据路段整体情况，分为必要性路段、自发性路段、社会性路段。将对每个路段的路径属性对应图形要素录入arcgis数据库中。

数据处理模块

(1)以ARCGIS软件为平台，按照一定系数，将设施上图率、名称正确率、位置正确率、内部情况了解率进行加权求和，计算校园各设施空间认知综合值。以校园各设施边界四周或出入口(敞开式设施取四周，封闭式设施取出入口)为测算点，以空间认知综合值为测算值，采用Kriging插值模拟校园空间认知强度图，采用重分级方法将按认知强度将空间区域分为3级，三级区域占校园面积比重为33％、33％、34％。

并按照相同方法绘制5类专题图(专业、性别、职务、成绩、居住区片)。

(2)采用蒋志杰路径贡献率计算方法，通过统计每道路段连接设施节点的活动频率，测算每道路段的活动贡献率。将设施节点活动频率，道路段贡献率按统一标准转换成活动强度，在校园各设施边界四周、出入口设测算点、道路段每隔段距离设测算点，以活动强度值为测算值，采用Kriging插值模拟校园空间区域活动强度图，采用重分级方法按活动强度值将空间区域分为3级，三级区域占校园面积比重为33％、33％、34％。

并按照相同方法绘制空间区域活动强度专题图(专业、性别、职务、成绩、居住区片)。

(3)将空间区域认知强度图和空间活动强度图进行叠加，绘制各级认知强度与活动强度重叠区域非重叠区，并测算区域面积、面积比重。

数据分析模块

(1)对比高校学生各级空间认知与空间活动强度所覆盖的区域重叠区域和非重叠区域内道路、路牌及设施名牌、区域位置、区域设施功能结构等，结合访谈学生，分析非重叠区域空间认知和空间活动强度不一致产生的原因，探究高校校园设施空间布局不合理之处。

(2)研究空间活动和空间认知同级别强度一致区域分布、区域内设施类型、学生活动目的，了解学生大学校园活动的主要类型、活动偏好、总体空间认知水平及特征，并结合现有消防、环保等公用设施的分布，探究公用设施设置不合理之处。

(3)研究学生空间认知和空间活动强度产生不一致差异的内因。通过唯一变量原则，同样采用ARCGIS软件绘制专题学生(不同专业、不同性别、是否学生干部、不同成绩、不同居住片区学生)的空间认知强度与空间活动强度图，并将两图按照强度值分成3级。对比文理学生、男女学生、是非学生干部、成绩优差学生、各居住区片学生同级别空间活动和空间认知强度一致性区域和不一致区域分布位置、区域大小、区域功能等差异，从而了解各类学生空间活动差异(学习、生活、休闲、运动等活动差异)、空间认知能力差异。

综合比较各类专题学生(不同专业、不同性别、是否学生干部、不同成绩、不同居住区片学生)各级空间认知与空间活动交互差异与高校整体学生各级空间认知与空间活动交互差异区域分布情况，若两者差异不明显，则说明学生空间认知与空间活动交互差异产生的主要原因来自外部(校园设施布局)，若两者差异明显，则说明不同专业、不同性别、是否学生干部、不同成绩、不同居住区片学生的内在差异也是导致空间认知和空间活动交互差异的影响因子。并可以此为依据，提出有效培养学生空间认知能力和有效引导学生多积极开展有益校园活动的建议。

1.2目标包括以下模块：空间认知模块、校园活动类型模块、空间行为和空间认知模块；

空间认知模块(分析模块)，空间认知相对校园现实环境的变形分析已有不少成果，有学者在景区、居民区做了变形分析，并提出了区域优化建议。本次分析拟通过改进的空间认知测算方法，以学校环境为例，结合空间认知和空间行为的交互影响，分析校园空间布局和内部布局合理性，并通过访谈的方式验证分析结论。

校园活动类型模块(分析，通过对比不同类型学生学习、休闲、生活、运动类设施认知强度以及活动频率差异，分析本不同类型学生在校园活动上的偏好，尤其是自发性活动和社会性活动差异。

空间行为和空间认知模块(分析)，不同类型学生科学知识基础有差异、生活背景有差异、行为习惯有差异，但其实际空间活动效率、空间认知能力是否有差异，尚无分析。本次分析期望能够通过对比分析，发现同等活动强度下不同类型学生对环境的认知差异，并试图寻找引起这种差异的因子。

1.3内容包括以下模块：空间认知变形模块、学生视角模块、活动和认知模块、空间认知强度和空间活动强度模块、空间差异模块；

空间认知变形模块，分析学生校园空间认知变形原因。

学生视角模块，从学生使用视角，分析校园设施(路网、建筑、休闲运动设施)空间布局是否合理，分析建筑设施内部功能布局是否适宜。

活动和认知模块，分析不同类型学生在不同类型设施(学习设施、休闲娱乐设施、生活设施、运动)内活动频率和认知的差异。

空间认知强度和空间活动强度模块，将空间认知强度图和空间活动强度图分成相同等级，逐级对比两图差异，分析交互作用，即分析空间认知和空间活动强度一致区域及不一致区域。对比一致区域和不一致区域的设施布局状况，寻找导致空间活动和认知交互作用差异的外在因子。并逐级对比同校不同性别、不同专业、不同职务、不同成绩类型、不同居住区片的学生的空间认知和活动交互影响差异，来寻找导致空间活动和认知交互作用差异的内在因子。

空间差异模块，通过逐级对比阜阳师范学院三本、二本学生共同条件(同专业、同性别、同学生干部、同成绩类型)下，两校空间认知和空间活动交互差异，了解不同学历水平相同类型学生空间活动效率、行为习惯、空间认知能力差异。

1.4解决的关键问题包括以下模块：空间认知定量模块、绘制强度图模块；

空间认知定量模块，以往的分析中，对于空间认知的表达多采用定性描述或定性分级，本次分析拟通过4个统计指标(上图率、位置正确率、名称正确率、内部情况了解率)和权重系数，测算各设施空间认知强度。

绘制强度图模块，有学者采用按照各道路段活动贡献率大小，进行不同半径缓冲区分析来绘制活动强度图。此方法考虑到了活动频繁性和路径辐射区的正比例关系，但对于路径旁独立的设施，仅靠路径辐射无法准确把握学生在设施内开展活动的频率。分析拟采用设施使用频率同道路辐射相结合的方法，利用Kriging插值模拟空间活动强度。

2拟采取的分析方法、技术路线、实验方案及可行性分析：

2.1拟采取的分析方法包括以下模块：调查模块、统计模块、绘图模块、数据模块

调查模块，调查方法：认知地图法、问卷法、访谈法；

统计模块，统计方法：EXCEL统计、GIS空间统计；

绘图模块，绘图方法：地图矢量化、ARCGIS绘图基本工具；

数据模块，空间数据分析处理方法：Kriging插值、GIS重分类分级技术、GIS叠加分析技术、空间属性计算器。

2.2技术路线

如图3所示，使用的硬件有电脑、绘图仪、打印机、全站仪，使用的软件有Arcgis10.2、CAD、office、Spass。通过搜集阜阳师范学院校园平面图(电子图)，将图件换成shape格式文件(Arcgis10.2支持格式)，并进行地图修饰处理(增加地图符号、图名、比例尺、标注等)，然后使用绘图仪将图件打印出来，对照两校校园实际进行核对。对于图上缺少的新建的校园设施，采用全站仪进行补测，并将数据转换到CAD中，再通过CAD转换测量数据成shape文件，然后将补测数据和原有图件进行配准融合，形成完整的高校校园平面图。

对高校校园平面图进行分层处理，隐藏校园设施，制作空间认知调查图，并在图形输出视口增加校园设施空间认知调查说明。显示校园设施，制作空间活动调查图，并在图形输出视口增加校园活动调查说明。通过绘图仪打印2类调查图。此外，还需设计设施内部情况调查表，通过打印机打印调查表。统计调查学生校园认知情况和校园活动情况。。

将调查的数据通过EXCEL进行统计，并将各个设施的上图率、位置正确率、名称正确率、内部情况了解率录入Arcgis10.2 shape图层数据库中，使用Field Calculator测算学生对每个校园设施的整体认知。并以此为基础，使用Arcgis10.2 Kriging插值测算学生对整个校园空间的认知强度图。

将校园道路按照街区分段编码，统计每个学生对每个道路段的使用频率和校园设施活动频率，并录入Arcgis10.2 shape图层数据库中，使用Arcgis10.2 Kriging插值测算学生校园活动频率图。

通过Arcgis10.2重分类分级(reclassify)工具，对校园空间认知强度图、空间活动强度图按照数值划分为3级，通过将两图相同级别(第一级认知强度和第一级活动强度叠加，以此类推)区域进行图层叠加，测算相同级别两图区域重叠面积及占比、重叠和不重叠区域设施分布情况，并做相应分析研究。

本发明分析结合两类分析的方法，期望在空间认知和空间活动的交互影响方面取得新成果。造成空间认知和空间活动交互影响因子很多，分析拟通过对比对比不同专业、不同性别、是否学生干部、不同成绩、不同居住区片的学生交互差异和校园各区域布局情况，寻找对空间认知和空间行为交互作用影响的主要因子；以往的分析中，对于空间认知的表达多采用定性描述或定性分级，本次分析拟通过4个统计指标(上图率、位置正确率、名称正确率、内部情况了解率)和权重系数，测算各设施空间认知强度。

本发明结合空间认知和空间活动的交互影响，分析空间认知相对于校园现实环境的变形原因，有利于探究校园环境设施空间布局、设施内部功能布局存在的问题及提出优化建议，以提高学生空间认知和校园生活认可度，可为校园规划、小尺度区域规划、区域设施布局优化、评价提供参考。分析空间认知和空间行为的整体交互作用，了解学生校园内空间认知高强度和空间活动高强度一致区域，可为区域灾害预警设施规划、环保设施规划、市场营销策略等提供更科学的依据。将空间认知强度和空间活动强度等量分级，逐级对比同校不同性别、不同专业、不同职务、不同成绩类型、不同居住区片的学生空间活动交互差异，了解同一学历水平下不同类型学生行为习惯、空间活动效率、空间认知能力差异。这些分析成果可为学校、教育管理部门制定教育计划提供参考。

本发明以阜阳师范学院为案例，使用地形图为工作底图，采用认知地图、问卷、访谈方法获取学生校园认知数据，采用GIS空间统计、叠加分析技术将位置认知、名称认知、设施内部认知等加权叠加，并采用Kriging插值，得到空间认知强度图。采用路径绘制、设施使用频率调查获取校园活动数据，采用采用蒋志杰路径贡献率计算方法，测算每段道路活动贡献率；以道路贡献率、设施使用频率为原数据插值得到学生校园空间活动强度图。采用GIS重分级技术对空间认知强度和空间行为强度图进行等量分级，采用GIS叠加分析技术逐级对比空间认知和空间活动强度一致区域和非一致区域的空间位置、设施分布、面积大小，寻找交互影响差异。通过比较校园环境布局、专业(文理科)、性别(男女)、职务(是否学生干部)、成绩(优劣)等差异导致的空间认知和空间活动交互影响变化，探究空间认知与空间行为交互作用的主要影响因子。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高校校园空间认知与活动的交互***，其特征在于，所述高校校园空间认知与活动的交互***包括：

绘制模块，用于将电子版地图地理要素分类分层处理，隐藏校园设施图层，绘制调查底图；道路按照每个街区进行分段并进行编码；

调查模块，用于获取学生认知中的校园建筑、公园广场、运动设施及其他公共设施边界的位置、名称、内部情况信息；采集学生设施到访频率；绘制活动路径；路径由道路线和节点组成；

数据整理模块，用于将基本信息录入EXCEL中，将调查草图对照实际地图，统计各校园设施上图率、位置正确率、名称正确率；将调查所得各设施内部描述对比实际内部布局，制定标准，将定性描述转为定量分值，并统计整体内部了解率；统计学生校园设施的到访频率和各编码道路段的活动贡献率；

数据处理模块，用于计算校园设施空间认知强度图和空间活动强度图；测算各校园设施认知水平，采用计算机插值模拟出校园区域空间认知强度图；测算各校园设施学生平均到访频率和各道编码路段的平均贡献率，采用计算机模拟出校园区域空间活动强度图；将空间区域认知强度图和空间活动强度图进行叠加，绘制各级认知强度与活动强度重叠区域非重叠区，并测算区域面积、面积比重；

数据分析模块，用于分析非重叠区域空间认知和空间活动强度不一致产生的原因；确定校园设施布局和环保、消防公用设施设置不合理之处；

空间认知模块，用于分析通过改进的空间认知测算方法，结合空间认知和空间行为的交互影响，分析校园设施空间布局和内部布局合理性，并通过访谈的方式验证分析结论；

校园活动类型模块，用于通过对比不同类型学生学习、休闲、生活、运动类设施认知强度以及活动频率差异，分析本不同类型学生在校园活动上的偏好；

空间行为和空间认知模块，通过对比分析，发现同等活动强度下不同类型学生对环境的认知差异，并试图寻找引起这种差异的因子。

2.如权利要求1所述的高校校园空间认知与活动的交互***，其特征在于，所述高校校园空间认知与活动的交互***进一步包括：

空间认知变形模块，用于分析学生校园空间认知变形原因；

学生视角模块，用于从学生使用视角，分析校园设施空间布局是否合理，分析建筑设施内部功能布局是否适宜；

活动和认知模块，用于分析不同类型学生在不同类型设施内活动频率和认知的差异；

空间认知强度和空间活动强度模块，用于将空间认知强度图和空间活动强度图分成相同等级，逐级对比两图差异，分析交互作用，即分析空间认知和空间活动强度一致区域及不一致区域；

空间差异模块，用于通过逐级对比共同条件下，空间认知和空间活动交互差异。

3.如权利要求1所述的高校校园空间认知与活动的交互***，其特征在于，所述高校校园空间认知与活动的交互***进一步包括：

空间认知定量模块，用于通过上图率、位置正确率、名称正确率、内部情况了解率和权重系数，测算各设施空间认知强度；

绘制强度图模块，用于采用设施使用频率同道路辐射相结合的方法，利用Kriging插值模拟空间活动强度。

4.一种实现权利要求1所述高校校园空间认知与活动的交互***的高校校园空间认知与活动的交互方法，其特征在于，所述高校校园空间认知与活动的交互方法包括：

步骤一，将电子版地图地理要素分类分层处理，隐藏校园设施图层，绘制调查底图；道路按照每个街区进行分段并进行编码；

步骤二，获取学生空间认知信息；调查学生对校园空间的认知情况并以草图的形式展现，要求学生描述设施到访频率及内部布局；要求学生绘制校园内各类型活动路径；路径由道路线和节点组成；

步骤三，将调查基本信息录入EXCEL中，将调查草图对照实际地图，统计各校园设施上图率、位置正确率、名称正确率；将调查所得各设施内部描述对比实际内部布局，制定标准，将定性描述转为定量分值，并统计整体内部了解率；

步骤四，计算校园各设施空间认知综合值，插值模拟出校园区域空间认知强度图；统计每道路段连接设施节点的活动频率，测算每道路段的活动贡献率，插值模拟出计算校园活动强度图；将空间区域认知强度图和空间活动强度图进行叠加，绘制各级认知强度与活动强度重叠区域非重叠区，并测算区域面积、面积比重；

步骤五，分析非重叠区域空间认知和空间活动强度不一致产生的原因；确定校园设施空间布局和环保、消防公用设施设置不合理之处；绘制专题学生的空间认知强度与空间活动强度图。

5.如权利要求4所述的交互***的高校校园空间认知与活动的交互方法，其特征在于，所述高校校园空间认知与活动的交互方法进一步包括：

(1)使用地形图为工作底图，对于地形图未更新的区域，利用全站仪进行测量，将测量数据导入ARCGIS中，并利用基本绘图功能绘制校园平面图；利用ARCGIS软件空间配准模块将补测的区域平面图和原地形图进行配准，绘制完整的校园平面图，并以此为底图，隐藏主要校园设施，形成调查底图；

(2)运用空间分析模块创建校园空间认知强度图和空间活动强度图的频率直方图，统计各强度值象元个数和两图象元总个数，按照1、2、3级强度所占比例均为三分之一的原则，计算空间认知强度图和空间活动强度图的级别分割值，并利用重分类工具将两图分成三级，并利用转换模块将各级栅格图转换为矢量图；

(3)采用叠加分析模块，对空间认知各级强度矢量图和空间活动各级强度矢量图进行交互分析，创建空间认知强度图和空间活动强度图各级别重叠区域和非重叠区，并统计重叠区域和非重叠区域面积和占比；并叠加校园平面图；

(4)获取空间活动和空间认知区域不一致性差异产生的外部原因，对比重叠区域和非重叠区域的空间位置、道路分布、覆盖设施类型、路牌及设施牌安置、不同设施内部结构布局，并结合学生用后体验访谈，分析校园内各设施空间布局、设施内部功能布局合理性；

(5)获取空间活动和空间认知同级别强度一致区域分布、区域内设施类型、学生活动目的，了解学生大学校园活动的主要类型、活动偏好、总体空间认知水平及特征，并结合现有公用设施的分布，提出优化建议；

(6)采用ARCGIS软件绘制专题学生的空间认知强度与空间活动强度图，并将两图按照强度值分成3级；对比文理学生、男女学生、是非学生干部、成绩优差学生、各居住区片学生同级别空间活动和空间认知强度一致性区域和不一致区域分布位置、区域大小、区域功能差异；了解各类学生空间活动差异、空间认知能力差异；

(7)综合比较各类专题学生各级空间认知与空间活动交互差异与高校整体学生各级空间认知与空间活动交互差异区域分布情况，若两者差异不明显，则说明学生空间认知与空间活动交互差异产生的主要原因来自外部，若两者差异明显，则说明不同专业、不同性别、是否学生干部、不同成绩、不同居住区片学生的内在差异也是导致空间认知和空间活动交互差异的影响因子。

6.一种实现权利要求4～5任意一项所述交互***的高校校园空间认知与活动的交互方法的信息数据处理终端。

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