一种使用Google Earth进行地理位置认知能力在线测试的方法

摘要

本发明公开了一种使用Google Earth进行地理位置认知能力在线测试的方法，包括以下步骤：地理位置编码；加载KML文件；采集地理位置信息；根据测试题目数量生成测试题目序列；逐题进行在线测试；记录并反馈测试结果。本发明能够自动、快速、灵活、自由的在一个三维可视化数字地球平台中进行地理位置认知能力在线测试。本发明的操作简便、自动性高。使用本发明不仅可以检验被测试者的地理位置知识，还可以起到培育和增强个体地理素养水平的作用。本发明可以方便的扩展应用到自然环境、人文社会系统等以地理位置为基础的全球或区域地理知识的培育与测试工作之中。

说明书

技术领域

本发明涉及地球空间信息技术领域中的数字地球技术，具体地说是一种使用Google Earth进行地理位置认知能力在线测试的方法，该方法针对地理位置认知能力测试工作，能够解决在Google Earth数字地球平台中进行地理位置认知能力在线测试过程中所遇到的各种难题。 

背景技术

地理位置认知能力，即在地图上定位和命名地点的能力，是地理素养的重要组成部分，也是进行地理研究的基础。虽然地理位置认知能力并不完全等同于地理素养，但地理位置认知水平可作为评价地理素养的关键指标，能在一定程度上代表一个人的地理素养水平。地理位置认知能力不仅能检验特定主体的地理知识，还可以评估其空间认知水平。因此，培养和测试地理位置认知能力是提高个体地理素养的关键步骤。 

近年来，教育界和学术界逐渐重视地理位置认知能力的培育工作，取得了一些有用的研究成果。特别是在地理位置认知能力测试方面，形成了以问卷调查为基本工作方法的地理位置认知能力测试技术，为推动地理位置认知能力的培育与提升发挥了巨大的作用。但使用现有的问卷调查方法进行地理位置认知能力测试，仍然面临着很多局限。问卷调查方法一般基于无地名信息提示的地图，要求被调查者指出特定国家、地区或城市的位置，并在地图上标示出来，然后根据被测试者对一些代表性题目的答题情况，综合评定被调查者的地理位置认知能力。这种方法虽然简单易行，但各个调查机构使用的测试问卷不尽相同，难以对测试结果进行横向比对。另外，在进行问卷调查时，问卷题目的数量和内容都是预先设定的，一般仅供进行一次调查使用，不能被重复使用，也无法起到在测试的过程中同时提高被调查者地理位置知识的作用。 

近20年来，“数字地球”科学概念的提出，以及地理信息系统(GIS)、全球卫星定位系统(GPS)、遥感(RS)、国际互联网(Internet)、虚拟现实(VR)等应用技术的发展，为地理位置认知能力的培育和测试工作提供了新的机遇。特别是近10年来，数字地球技术飞速发展，先后涌现出了以Google Earth为代表的一系列技术成熟、功能强大的数字地球软件系统。这些数字地球软件系统，不仅可用于浏览、分析全球范围内的地理位置、地形地貌和遥感影像，还可作为支持以地理位置为基础的地学教育和科研工作的基础平台。近年来，学术界开展了利用Google Earth数字地球平台来提升地理素养的探索。一些初步的研究和应用表明：以Google Earth为代表的数字地球系统为地理位置认知能力的培养与测试工作提供了新的技术手段和支撑平台。Google Earth在培养和测试地理位置认知能力方面具有以下的优势：Google Earth可为地理位置认知能力的培养与测试工作提供直观、形象、统一、规范的地理底 图和工作平台；Google Earth对地球的三维可视化表达有利于培养被测试者的三维地理空间认知能力；Google Earth具有灵活、开放的体系架构，支持二次开发，利用Google Earth插件及其应用程序接口，可以根据实际应用的需要，扩展Google Earth的功能，构建功能复杂的Google Earth应用系统。 

可以看出，Google Earth在地理位置认知能力的培养与测试工作中具有很大的优势，但现有的研究工作缺乏系统的理论指导，尚未形成标准的技术流程与实用的操作方案。这些技术问题的存在，严重限制了Google Earth在地理位置认知能力测试中的应用。因此，研究在Google Earth数字地球平台中进行地理位置认知能力测试的方法并形成一个通用的技术方案显得极为必要。 

发明内容

Google Earth创建了一个关于地球表层信息的三维镜像表达，它内置了一个地理边界图层，其中包含全球范围的国家/地区行政边界和地名信息，以方便用户查找、定位地理位置。在地理位置认知能力测试的过程中，需要使用不含地名标注提示信息的地理边界底图，以利于被测试者在没有外界帮助信息的情况下查找并定位到特定的地理位置，进而评估被测试者的地理位置认知能力。然而，在Google Earth内置的地理边界图层中，行政边界和地名信息是融合在一起的，不能单独分开显示。这显然无法满足“不显示地名、只显示边界”的需求。要解决这一难题，需要关闭Google Earth内置的地理边界图层，然后基于KML(Keyhole Markup Language)编码规范，自行组织和表达地理位置认知能力测试所需的地理位置信息，最后将这些信息加载到Google Earth插件中，进行可视化分析和在线测试。 

本发明的目的是提供一种在Google Earth进行地理位置认知能力在线测试的方法，用于在一个三维可视化数字地球平台中，灵活、自由地进行地理位置认知能力在线测试。该方法不仅可以检验被测试者的地理位置知识，还可在测试的过程中培育和增强被测试者的地理素养。 

其要解决的技术问题可分解为四个方面：要解决如何进行地理位置数据组织及信息编码问题；要解决如何自动生成测试题目问题；要解决如何辅助用户进行在线测试问题；要解决如何记录并反馈测试结果问题。 

本发明所采用的具体技术方案是：一种使用Google Earth进行地理位置认知能力在线测试的方法，该方法首先将地理位置信息编码成KML格式的地标，然后将这些地标加载到Google Earth插件中，提取需要进行测试的地理位置并自动生成测试题目序列，接着让被测试者逐题进行在线测试，同时记录并反馈每一题目的测试结果。 

本发明的具体工作步骤如下： 

步骤1、地理位置编码 

将地理位置编码成不含标注信息的KML地标，并保存为扩展名为kml或kmz的KML文件，供后续的测试使用；任何地理位置都被抽象为点、线、面(多边形)、三维模型等空间几何元素，并使用KML“地标”地图项(<Placemark>)来定义其名称、地理空间坐标、外观样式及属性特征；地标的位置可以用KML点元素(<Point>)来定义，也可以用其它KML几何元素(如线段<LineString>、环<LinearRing>、多边形<Polygon>、三维模型<Model>、几何对象集<MultiGeometry>等)； 

步骤2、加载KML文件 

将编码后的地理位置信息(KML地标文件)托管到一个公开网址，然后将其加载到Google Earth插件中，作为地理位置认知能力的测试数据集；使用Google Earth应用程序接口(Google Earth API)中的KmlNetworkLink方法或者fetchKml方法将地理位置信息导入到Google Earth插件中； 

步骤3、采集地理位置信息 

从加载到Google Earth插件的KML文件中，提取需要进行测试的全部地理位置信息(KML地标文件)；首先使用Google Earth API中的getElementsByType函数获取全部的地标元素列表，然后遍历各个地标，通过getName方法获取地标的名称，并构建一个地理位置名称列表； 

步骤4、根据测试题目数量生成测试题目序列 

提供一个输入界面，让被测试者(即用户)自主地设置测试题目的数量；在被测试者设定测试题目数以后，从步骤3采集的地理位置名称列表中，随机选取指定数目的地理位置名称，生成一个测试题目列表，作为进行后续测试的题目序列； 

步骤5、逐题进行在线测试 

按照步骤4设定的测试题目序列，让被测试者(即用户)逐题进行在线测试，并反馈每个题目的测试结果；用户在线测试时，首先给出一个地理位置名称让用户查找；用户使用鼠标，旋转、缩放Google Earth插件中的三维虚拟地球仪，查找、定位相应的地理位置；使用Google Earth API提供的addEventListener函数，监听用户对KML地标的交互操作；如果用户使用鼠标定位到一个KML地标，Google Earth插件会自动获取该地标的地理位置名称，并与待查找的地理位置名称相比对；若两者不一致，则表明用户定位错误，需要以气泡框的形式给出错误提示信息，让用户继续查找；若两者一致，则表明用户成功定位到给定的地理位置，需要以气泡框的形式给出正确提示，然后自动进入下一题的测试；如果用户耗时超出系统设定的时间仍未能正确定位，也自动转入下一题的测试；在用户使用三维虚拟地球仪查找、 定位地理位置的过程中，鼠标移动或定位到某一地理位置上方时，高亮显示鼠标所指向的地标，以突出显示鼠标指向的地理位置； 

步骤6、记录并反馈测试结果 

在用户进行地理位置认知能力测试的过程中，将用户的得分、每个题目的答题结果以及耗费的时间记录下来，并及时呈现在一个记分板中，以方便用户了解自己的测试进程和测试结果；用户完成所有题目以后，根据用户的最终得分，综合评定用户的地理位置认知水平。 

本发明能够自动、快速、灵活、自由的在一个三维可视化数字地球平台中进行地理位置认知能力在线测试。与背景技术相比，本发明的有益效果是：本发明的操作简便、自动性高，能够帮助用户在Google Earth三维可视化数字地球平台中进行地理位置认知能力在线测试。使用本发明提出的地理位置认知能力在线测试技术，不仅可以检验被测试者的地理位置知识，还可以起到培育和增强个体地理素养水平的作用。另外，本发明还具有较强的柔韧性，可以方便的扩展应用到自然环境、人文社会系统等以地理位置为基础的全球或区域地理知识的培育与测试工作之中。 

附图说明

图1是本发明流程示意图； 

图2是本发明实施例实现的全球国家/地区地理位置认知能力测试网页(GeoQuiz)在计算机上展示的效果截图； 

图3是本发明实施例实现的“以气泡框的形式呈现一个题目的测试结果”效果截图； 

图4是本发明实施例实现的“结束一轮测试并显示全部答题情况及用时情况”的效果截图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 

参阅图1所示，本发明首先将地理位置信息编码成KML格式的地标，然后将这些地标加载到Google Earth插件中，提取需要进行测试的地理位置并自动生成测试题目序列，接着让被测试者逐题进行在线测试，同时记录并反馈每一题目的测试结果。本发明可在微机平台下采用Google Earth插件及其JavaScript API(Application Program Interface)开发实现，具体实施方式如下： 

第一步地理位置编码 

本发明的第一步，需要将地理位置编码成不含标注信息的KML地标，并保存为扩展名为kml或kmz的KML文件，供后续的测试使用。 

任何地理位置都可被抽象为点、线、面(多边形)、三维模型等空间几何元素，并使用KML“地标”地图项(<Placemark>)来定义其名称、地理空间坐标、外观样式及属性特征。 地标的位置可以用点元素(<Point>)来定义，也可以用其它几何元素(如线段<LineString>、环<LinearRing>、多边形<Polygon>、三维模型<Model>、几何对象集<MultiGeometry>等)。例如，国家或地区边界可用多边形元素(<Polygon>)来表示，并且一个国家或地区的边界可能会由多个多边形组成。本发明定义一个几何对象集(<MultiGeometry>)作为这些多边形的容器。使用<Placemark>和<MultiGeometry>地图项来编码一个政区边界的KML代码如下： 

第二步加载KML文件 

本发明的第二步，是将编码后的地理位置信息(KML文件)托管到一个公开网址，然后将其加载到Google Earth插件中，作为地理位置认知能力的测试数据集。 

由于地理位置信息是以KML文件的形式存储的，本发明使用Google Earth应用程序接口(Google Earth API)中的KmlNetworkLink方法或者fetchKml方法将其导入到Google Earth插件中。 

使用KmlNetworkLink方法载入KML文件的代码如下： 

使用fetchKml方法载入KML文件的代码如下： 

第三步采集地理位置信息 

本发明的第三步，是从加载到Google Earth插件的KML文件中，提取需要进行测试的全部地理位置信息(KML地标)。 

提取以KML地标表示的地理位置信息，需要首先使用Google Earth API中的getElementsByType函数获取全部的地标元素列表，然后遍历各个地标，通过getName方法获取地标的名称，并构建一个地理位置名称列表。以下JavaScript代码示范了在Google Earth插件中提取KML地标元素并采集地理位置名称的方法： 

第四步根据测试题目数量生成测试题目序列 

本发明的第四步，需要设定测试题目的数量，并自动生成测试题目序列。 

在地理位置认知能力测试的过程中，测试题目的最佳数量因人而异。题目过多容易使人疲倦，过少则会使人觉得意犹未尽。因此，本发明提供一个输入界面，让被测试者自主地设置测试题目的数量。 

被测试者设定测试题目数以后，本发明从第三步采集的地理位置名称列表中，随机选取指定数目的地理位置名称，生成一个测试题目列表，作为进行后续测试的题目序列。 

第五步逐题进行在线测试 

本发明的第五步，是按照第四步设定的测试题目序列，让被测试者(用户)逐题进行在线测试，并反馈每个题目的测试结果。 

用户在线测试时，本发明首先给出一个地理位置名称让用户查找。用户使用鼠标，旋转、缩放Google Earth插件中的三维虚拟地球仪，查找、定位相应的地理位置。使用Google Earth API提供的addEventListener函数，可以监听用户对KML地标的交互操作。如果用户使用鼠标定位到一个KML地标，Google Earth插件会自动获取该地标的地理位置名称，并与待查找的地理位置名称相比对。若两者不一致，则表明用户定位错误，需要以气泡框的形式给出错误提示信息，让用户继续查找；若两者一致，则表明用户成功定位到给定的地理位置，需要以气泡框的形式给出正确提示，然后自动进入下一题的测试。如果用户耗时超出系统设定的时间(如20秒)仍未能正确定位，系统也会自动转入下一题的测试。 

在用户使用三维虚拟地球仪查找、定位地理位置的过程中，鼠标移动或定位到某一地理位置上方时，需要高亮显示鼠标所指向的地标，以突出显示鼠标指向的地理位置。为达到这种效果，可以使用Google Earth API中的addEventListener函数添加两个事件，来监听鼠标的mouseover(鼠标移至)和mouseout(鼠标移出)操作，以控制高亮显示的开始与结束。以下是控制多边形地标高亮显示的JavaScript代码： 

第六步记录并反馈测试结果 

在用户进行地理位置认知能力测试的过程中，本发明需要将用户的得分、每个题目的答题结果以及耗费的时间都记录下来，并及时呈现在一个记分板中，以方便用户了解自己的测试进程和测试结果。用户完成所有题目以后，本发明根据用户的最终得分，综合评定用户的地理位置认知水平。 

下面介绍本发明的具体实施例： 

按照本发明的技术流程图各步骤，在微机平台环境下采用Google Earth插件及其 JavaScript API开发实现了一个网页GeoQuiz，用于测试用户对全球国家/地区地理位置的认知能力。图2是GeoQuiz网页在计算机上展示的效果截图。如图2所示，GeoQuiz网页由三部分组成：(1)位于屏幕上部的测试规则说明区；(2)位于屏幕左侧的Google Earth插件容器区(内含“开始/暂停”、“下一题”等两个控制按钮)；(3)位于屏幕右侧的测试信息展示区，用于设定题目数量、显示测试题目并记录、反馈测试结果。 

当用户打开GeoQuiz网页时，Google Earth插件会自动加载一个已完成地理位置编码且不含地名标注信息的全球政区KML文件，并将其叠加到Google Earth插件中的三维虚拟地球仪表面，然后提取其中的地理位置信息供用户进行在线测试。 

图3和图4是在GeoQuiz网页中进行地理位置认知能力在线测试的具体实例。使用GeoQuiz进行地理位置认知能力测试，用户首先需要设定测试的题目数量，然后单击Google Earth插件容器区内的“开始”图标启动测试。按照屏幕右侧测试信息展示区内给出的国家/地区名称，用户查找该地名所处的位置，并在三维虚拟地球仪上用鼠标单击定位，GeoQuiz将定位的结果以气泡框的形式呈现在鼠标指示位置(图3)。在测试进行的过程中，每一题目的测试结果将同步显示在屏幕右侧的测试信息展示区。一轮测试结束之后，用户可重新设置测试题目数量，然后进入下一轮测试(图4)。 

为了增加在线测试过程的紧张感，在GeoQuiz中添加了一个计时器来记录并实时显示用户的测试用时。这个计时器将每个题目的最长用时限定为20秒。如果在20秒内未能找到与当前地名匹配的地理位置，则认为用户无法正确定位该地理位置，将自动进入下一题的测试。