声像地图的研究及其实践意义*，本文主要内容关键词为：声像论文,意义论文,地图论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
关键词 有声地图系统 汉语语音合成
地图是地理环境信息的载体。它以独特的图形符号来传递时空信息，为人们的宏观决策和工程设计提供信息服务。提高地图的信息传递效率，适应现代科技的发展是地图学家们目前所重视研究的问题。
1 问题的提出及目的
(1)在地图学中引进电子计算机技术后，数字地图和屏幕地图的出现加快了地图信息的提取和传递，使地图图形符号所提供的直接信息得到更多的利用。但是地图图形符号所隐含的地理环境信息，还须专业人员解释，才能提取反映客观世界的更多细节，变化规律与发展趋势的信息。这与先进的制图技术和地图显示方式不协调，不能满足信息时代对地图的要求，也限制了地图的应用，影响地图信息传递的效果。
(2)地图是客观世界的抽象，具有概念模型的特点。它是运用思维能力对客观存在进行简化和概括，并借助于专门的符号和图像，按一定的科学形式组合起来去描述客观存在。因此，对这种概念模型所蕴含的科学信息，特别是对非专业人员的应用，还须用一定的语言来表达，才能让人们更确切地提取地图所传递的信息。
(3)视觉和听觉系统支配着人类的感受世界。视觉不仅为人们接收了能作出反应的大量客观世界的信息，而且它在人们的其它感受系统中占有明显的优势。听觉则是仅次于视觉的感受系统。心理学研究表明，视觉和听觉相结合能提高人的识记能力，使人类的识记效果达到86.3%。实验研究表明，视觉传递信息的速度比听觉高一倍。视觉和听觉协调地传递信息的速度，要比视觉高五倍。心理学研究说明了联合使用视觉和听觉，无论是传递信息的速度或识记效果都有明显提高。声图并茂能协调人们的视觉和听觉处理信息的功能，增强对大脑皮层的刺激，提高理解和记忆的效果。因此，在地图信息传递中如何协调运用人们的听觉和视觉感受作用，提高地图信息传递的效果应该受到地图学家们的重视。
为了增加地图的信息容量，提高地图的信息传递效果，扩大地图应用的功能，应该改变在地图中仅使用一种信息传递方式的状况。因此，设计研制一种地图，使其在显示图形的同时，能用声音自动阅读和解释一些符号和内容，或将制图区域的地理环境内容，及某些现象的发展变化特点与规律用语音播放出来，成为一种“讲话地图”，很自然地受到国内外地图学者的重视。
2 实现声像地图的方法探索
如何实现地图有声化，使地图具有声、图并茂的特点，许多地图学家从理论到实施的技术方法进行了多种探索，现归纳起来有下列几种方法：
(1)地图上直接附声响器：以单幅地图为基础，将需要用语音输出的内容，存贮在一个微型电子器件上，打开地图即可听到有关该幅地图的内容介绍，或有关要素变化发展规律的解释。这种形式的有声地图灵活轻巧，便于使用。但目前要制造这种能存贮大量语音的微型录音电子器件尚有一定的困难。
(2)随图配备录音带：以一幅或多幅地图的内容及有关要素变化发展规律的解释为基础，配备一定数量的录音带。地图内容的解释，由专门人员朗读，将它记录在盒式录音带上，在录制解说词时，需将地图放在专门设计的检索垫上，并由指控器控制图名和录放机的启动。录放机附加器具有记忆、寻址和控制的功能，同时受检索垫输入的信号控制。若为旅游服务，录音也可制作在一般常用的磁带上，即可用普通的小盒式录放机播放。地图和盒式录音带同时发行。这种录音带仅对该图的内容作些概略的，或某种专题内容的介绍，不能指到那里讲到那里。这种方式的配音输出，虽然可以解决存贮容量的问题，但用户必须制备带有附加器的录放机，或者旅游者自备一架小型录放机，这给实际应用带来一定的不便。随着电子元件的微型化和录放机的普及，这种方式的有声地图可以作些尝试。
(3)自动语音合成输出：在屏幕显示地图的同时，采用计算机自动语音合成输出图面上的文字注记，或地图内容解释的汉字。这种有声地图既解决了地图的文字与语音信息的存贮问题，也不需要配备录音介质或专门的微型语音存贮器件，将图、声、文合为一体。数字地图的屏幕显示技术早已解决，计算机语音合成技术也已获得成功。经过我们研制成功的一系列软件，即可将屏幕地图和文字内容的自动语音合成输出联结起来，形成有声的屏幕地图。这种有声地图设备简单，便于使用，随着计算机的普及和发展，会有较广泛的应用前景。
3 屏幕有声地图的原理与特点
屏幕地图有声化，主要是根据数字地图屏幕显示的特点，采用计算机汉语语音实时合成技术设计的①。这种语音实时合成技术是一种无限词汇的语音合成系统。该系统能满足有声地图对解释地图内容须用无限词汇的要求。语音合成系统是由语音合成软件、语音库、汉字拼音和词汇库等几部分组成。语音库中存放着所有汉语参数；汉字拼音符号库中存放着所有汉字的拼音字母；词汇库中贮存了各种汉语基本音素（声母、韵母参数）。语音合成时，对于单独的汉字，先根据其内码变化的地址，在汉字拼音库中得到该字的拼音符号，再根据拼音的声母符和韵母符，在语音库中读取相应的语音参数，经语音合成软件按语音结合规则进行合成处理后，通过语音卡还原成该汉字的语音音频信号，最后在输出终端的扬声器上发出汉字读音，对于多字构成的词汇，同样要通过拼音库获得各字的拼音符号，同时由词汇库获取该词汇各字衔接的转换参数，在词汇的各汉字语音合成时，由相应的转换过渡参数控制，使其读音与前接或后续汉字的读音自然匹配，以达到清晰、可懂、自然的效果。地图内容汉字语音介绍的处理过程见图1。
利用汉语语音实时合成技术实现地图内容有声输出时，先把需要显示阅读的地图图形要素进行数字化，然后用汉字输入地图注记和需要解释的地图的内容，建立一个图形和汉字文本数据库，然后利用我们所设计的一套软件，将语音合成系统与图形显示系统联结，并管理和控制图形显示与语音输出。
语音输出包括显示在图上指定位置的汉字语音和未显示在图上的一般地理环境或专业文字内容的语音。在语音输出过程中，可进行图形的变换，根据需要显示总图、局部地区的分图或详图。
输入计算机的地图要素和文字内容，事先应由地图编辑人员，根据地图的用途和用户的要求进行设计、编辑和综合取舍。
屏幕有声地图系统的硬件由微型计算机、数字化仪、行式打印机或绘图仪、普通扩音器和鼠标器组成；软件由四个子系统和八个模块组成。四个子系统是：汉语语音实时合成子系统；图形与汉字输入子系统；屏幕图形制作子系统；屏幕图形检索显示与语音、字幕输出子系统。八个模块即：图形数字化模块；图形编辑模块；图形制作模块；汉字文本编辑模块；有声地图检索模块；字幕显示模块；语音合成模块和主控模块。
有声地图从图形输入、汉字输入、图形制作、图形检索直至有声地图的使用，都是在有声地图系统软件的支持下进行的。各软件模块之间有效配合、合理衔接是系统正常运行的前题。图2给出了整个有声地图的工作原理和流程②
图1 汉语语音介绍处理流程图
Fig.1 Processing flow chart of chinese speech introduction
图中CH为存放从汉字文本中，当前读出一行文字的工作数组，其中可能有各种标点符号；CW数组存放着不含标点符号的一段文字，由对CH进行分解获得，作为调用语音合成模块的参数。
采用语音实时合成实现地图有声化具有下列特点：
(1)采用这种方法设计研制的有声地图系统，图、声、文均由计算机实现，即地图显示、汉语语音输出和字幕显示均在一个计算机内进行处理。在计算机地图制图设备的基础上，硬件仅增加语音转换器的扩音设备。语音转换器制成插件，直接插入计算机原有的槽口内。因此，这种有声地图硬件设备简单、易于推广。
图2 有声地图系统的工作原理与流程
Fig.2 Principle and process of talking map system
(2)该有声地图是采用计算机实时语音合成的方法，能随机地生成地图内容的语音介绍，发音清晰易懂，汉字输入，词汇量不限，可实时地进行地图内容的更换和修改，地图的汉字解释内容可预先输入，也可实时输入，因此，能进行多种地图的阅读。
(3)图形分层显示，层次不限，除显示总图外，还可显示详细的分图。语音输出时，在图形下面可显示正在讲解的字句。根据需要将显示的地图和文字，绘图和打印输出。
(4)该系统采用汉化界面，便于用户操作，并具有多种屏幕地图的阅读方式，即能自动扫描阅读，也能选择阅读。阅读时既可用键盘操作，也可用鼠标器操作。
4 研制声像地图的实践意义
研制声像地图的重要意义在于其具有广泛的实用价值。它可适用于旅游、交通、商业、军事、科研和教学以及规划管理等部门。将其用于旅游部门，可以制作声像旅游地图。这种声像旅游地图在屏幕显示旅游地图和游览景点的同时，可由计算机用语音自动输出有关旅游图和风景点的内容介绍。若旅游者对某风景点感兴趣，则可由绘图和打印机输出该风景点的地图和文字介绍，供旅游时使用。在声像旅游地图系统中，可增加一些有关的旅游咨询服务项目，并将其用大屏幕设置在宾馆、饭店的大厅或咨询服务处，可为游客快速自动提供旅游信息。这种声像旅游地图不仅能增加旅游地图的信息容量，也减轻了导游宣传工作人员的口述工作量，为大宾馆、饭店增添现代化设施的气息。
将该声像地图系统用于城市道路方面。可制作有声城市道路图，这种附有查询功能的有声交通路线图，在显示市区的道路平面图基础上，将有关公交路线通达情况、党政机关、主要企事业单位，以及一些服务设施的情况用语音自动输出。将这种图以大屏幕设置于机场、车站、码头的大厅或广场，由行人自动查询，并将查询的结果用图形显示的同时，快速用语音输出。据报道法国已有会说话的市区地图。不久的将来，这种会说话的市区地图也将出现在中国的主要城市中。
声像地图的技术用于军事部门，它可以快速提取战区的军事地理内容，并实时用语音输出。对一些军事地理要素除其空间位置须设计一定的图形符号显示于图面上外，对其属性特征的描述可直接用语音输出。这样既可增加军事地图的信息容量，也可减少读图时对专门符号的记忆和作战参谋人员对战区军事地理的解释工作。
随着地理信息系统的发展，各种专用地理信息系统的建立，地理信息系统在图形屏幕显示的同时，也常有文字说明显示。但由于屏幕小，既影响显示图形的大小，也不易被人看清，若在地理信息系统中增加语音输出功能，则将会使地理信息系统发挥更大的效果。
总之，声像地图技术可用于科学研究、教学和需用地图分析研究地理环境的各经济建设部门，为它们提供专门的图形和语音的自动输出，也可作为地形图和遥感影像判读解释的自动语音输出。
研制声像地图还具有一定的理论意义。它对新图型的开发和地图应用领域的开拓会有积极的影响。声像地图改变了自地图产生以来的单一表达形式。地图符号从简单、粗略的象形符号逐步向复杂、精美的抽象符号发展。符号的抽象化，加大了对用图人员训练和记忆的过程，使人们不能很快地理解反映客观世界的地图模型。地图增加了声音的表达后，可以弥补地图符号组合与制图综合效果的不足，也许会减少一些复杂的专用符号的设计。因此，地图有声化之后，使人们能充分地理解地图的信息传递特性，促进地图信息传递理论的深入研究。
对地图有声化不能仅看作是地图符号或地图内容的解释，应把它当作屏幕地图传递空间信息方式的重要组成部分。因为对空间信息的表达不能单靠图形，但只用语言也会“说不清楚”，如果能将二者结合则可达到最佳效果，特别是专业性强的符号，须加上专门的语言或文字说明，才能使其有明确的表达含义。如等值线，可以把它作为地形高度变化的等高线，也可把它作为表示气压变化的等压线，尽管图形的外表相同，但加上语言的说明，就代表了完全不同的空间变化概念，但是符号的文字说明注记必然要占据一幅地图所利用的有限的二维平面空间范围。过多的文字注记出现在屏幕上，会影响阅读地图的清晰性，将文字转化成语音既可达到同样的效果，又能改善图面的清晰程度，因此，在设计屏幕地图符号时，应把语音作为一个因素来充分利用。未来的地图不只是把地理数据转换成视觉的、数字的或触觉的“最终产品”；也许会成为视、听觉协调一致的表现地理信息的工具。地图有声化之后，将进一步引导地图学者去认识地图的实质，加深对地图学的全面理解。
5 结语
我们研制的有声地图系统是计算机多媒体技术在地图学中应用的初步试验。可以利用该系统制作各种类型的屏幕有声地图。该系统业已通过专家鉴定，并用它试制了南京市有声旅游地图，获得好评。地图有声化的研究是地图学中的一个前沿课题，从理论到实践的探索仅仅是开始。随着现代科学技术的发展，光盘存贮和扫描输入的应用，有声地图系统将更加完善。它对普及地图应用和发展地图学会产生深远的影响。
A STUDY ON TALKING MAP AND ITS PRACTICAL SIGNIFICANCE
Tian Desen Xie Shunping
(Department of Geo.and Ocean Scie nces,Nanjing University,Nanjing 2100 08)
Key wordsz:Talking map ystem;Chine
se syllable synthesis
ABSTRACT
In order to bring the cartographical communication function of spatial information into full play,the development of computer assisted cartography and requirement of map use in modern scicnce and technique needs atalking map.Based on comparison of several methods to make talking map,a technique of automatic Chinese syllable synthesis by computer is adopted to make talking map.This technique fits the development of digital mapand delctro-acoustical technique.theconstruction and characters of talkingmap system which has been made successfully are described.The functionsand the significances of talking mapare approached from theory and practice in this paper.
*国家自然科学基金资助项目。
注释：
①南京大学声学研究所，汉语语音实时合成系统研制报告，1988。
②南京大学大地海洋科学系，有声地图系统技术报告。1993。