von Landmarken im Innen- und Außenbereich.

Markus Kattenbeck, Regensburg

Handlungsorientierte Modellierung

von Landmarken im Innen- und Außenbereich.

Eine informationswissenschaftliche Fragestellung

Fußgängernavigation gewinnt auf Grund zunehmender Verbreitung von Smartphones immer mehr an Bedeutung.

Dabei bevorzugen Personen für diesen Navigationsmodus die Orientierung an auffälligen Objekten, sog. Landmar- ken. Die räumliche Konstellation zwischen navigierender Person und Landmarken fand bisher nur theoretisch Be- rücksichtigung, zudem blieb dabei die Hierarchisierung von Landmarken außen vor. Ziel des Promotionsvorha- bens ist es daher zu untersuchen, unter welchen Rand- bedingungen die theoretischen Vorarbeiten für die situa- tionsbedingte Anpassung von Routenanweisungen prak- tisch in realweltlichen Situationen genutzt werden können. Die Verfolgung dieses Ziels involviert wichtige Bereiche informationswissenschaftlicher Forschung: In- formationsaufbereitung, Information Retrieval und Soft- ware Ergonomie.

Deskriptoren:Informationssystem, mobil, Raum, Naviga- tion, Datenmodell, Projekt

Data models of landmarks–from an information science perspectice. An experience-based approach for indoor and outdoor navigation

Due to increasing pervasiveness of mobile computing, pedestrian navigation systems have become quite popu- lar to users. In contrast to vehicle navigation systems, users, who walk, prefer salient objects, i. e. landmarks, to orient themselves. However, neither the topological re- lation between users and landmarks, nor the composi- tion of landmarks has been used in prototypes before.

The goal of the dissertation is to fill this gap, i. e. to gain an insight into the preconditions of in situ use of the the- oretical work already done. This kind of research is dee- ply rooted in the fields of Information Processing, Infor- mation Retrieval and Human-Computer Interaction and hence in Information Science in general.

Keywords:information system, user research, data mod- ell, orientation, project

La modélisation de repères orientée vers l’action pour une utilisation en intérieur et en extérieur. Une approche de sciences de l’information

La navigation piétonne acquiert de plus en plus d’impor- tance en raison de la prolifération des smartphones. Pour ce mode de navigation, les utilisateurs préfèrent s’orien- ter vers des objets frappants, càd des repères. La configu- ration spatiale entre la personne et les repères n’a obte- nu, jusqu’à présent, que des considérations théoriques et la hiérarchisation des repères n’a attiré aucune attention.

Le but de ce travail est donc d’examiner dans quelles conditions les bases théoriques pour l’adaptation des ins- tructions d’itinéraire peuvent être utilisées en pratique dans des situations réelles. La poursuite de cet objectif implique des secteurs importants de recherche en scien- ces de l’information: le traitement de l’information, la re- cherche d’information et l’ergonomie informatique.

Mots-clés: système d’information, mobil, espace, navi- gation, modèle de données, projet

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1 Motivation

Empirische Studien legen als wichtigste Eigenschaften von Routenbeschreibungen zur Fußgängernavigation drei Aspekte nahe (Allen, 2000):Natürlichkeit der Aneinander- reihung von Anweisungen; Fokussierung auf Entschei- dungspunkte; Rekurs auf gemeinsames Wissen. Hinzu- kommt die ebenfalls empirisch belegte Bevorzugung von Landmarken¹, d. h. auffälligen Objekten², bei der Kom- munikation von Routenanweisungen (May, Ross, Bayer &

Tarkiainen, 2003). Drittens zeichnet sich Fußgängernavi-

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1 Dieser Begriff wurde von Lynch (1960) im Kontext der Stadtplanung geprägt.

2 Die Erweiterung der Begriffsbedeutung hat spätestens seit (Tversky 2003) allgemein Bestand.

gation, im Gegensatz zur Navigation in Fahrzeugen, durch eine Vielzahl möglicher Wege aus (Millonig & Schechtner, 2007). Metrische Angaben widersprechen also nicht nur dem gewohnten Modus zwischenmenschlicher Kommuni- kation von Fußgängerrouten sondern verlieren zusätzlich an Verlässlichkeit, da Fußwege durch eine stark erhöhte Anzahl von Freiheitsgraden charakterisiert sind. Daher erscheint der Rekurs auf Landmarken als hauptsächlicher Kommunikationsmodus für die toolgestützte Routen- führung von Fußgängerinnen und Fußgängern besonders sinnvoll. Da Smartphones während der Navigation leicht mitgeführt werden können, sind sie geeignet, zu Fuß na- vigierende Personen mit Hilfe sog. Online-Routenanwei- sungen zu unterstützen. Einerseits wird die navigierende Person somit davon entbunden, die Routenbeschreibung vor Beginn der Navigation zu memorieren; andererseits können die Anweisungen individuell bezogen auf den Si- tuationskontext angepasst werden. Mit einem Spezialfall dieser Kontextsensitivität wird sich das Promotionsvor- haben beschäftigen, das im Folgenden skizziert werden soll: dem Rekurs auf enthaltene Landmarken in Abhän- gigkeit der räumlichen Distanz zwischen navigierender Person und Landmarke.

2 Handlungsorientierte Modellierung

Im Fokus des Dissertationsvorhabens soll die Unter- suchung der Nutzbarkeit wie des Nutzens der räumli- chen Relation zwischen Person und Landmarke in real- weltlichen Situationen stehen. Kerngedanke ist hier die Einheitlichkeit der Kontextmodellierung für den Innen- und Außenbereich. Dies schließt die prototypische Um- setzung der theoretischen Konzeptualisierung von räumlicher Beziehung ebenso ein, wie die systematische empirische Untersuchung des dadurch erzielten Nut- zens.

2.1 Ausgangspunkt: Räumliche Relation

Die Modellierung der räumlichen Relation zwischen einer Person und einer Landmarke wurde von Egenhofer &

Herring (1990), Egenhofer, Sharma & Mark (1993), Santos

& Moreira (2009, 2010) ausgehend von der räumlichen Ausdehnung einer Landmarke (punktförmig, flächig, lini- enartig) im Außenbereich beschrieben. Wuersch & Caduff (2005, 2006) beschreiben daran anknüpfend sowohl Landmarken als auch navigierende Personen als sog.Cir-

cular Spatially Extended Points(CSEP)³. Landmarken und Personen ist in diesem Modell gemein, dass sie über ei- nen empfundenen Einflussbereich um ihren Schwer- punkt verfügen. Die räumliche Relation kann dann in Abhängigkeit der Schnittmenge zwischen den Einfluss- bereichen beschrieben werden. Diese Schnittmengen kön- nen verwendet werden, um Anweisungen an Entschei- dungspunkten unmissverständlicher zu formulieren (cf.

Wuersch & Caduff, 2005). Allerdings ist bisher ungeklärt, wie die Modellierung der Einflussbereiche von Personen und Landmarken subjekt- bzw. objektspezifisch erfolgen kann. Zwar wurden Vorschläge zur Modellierung von Landmarken auf Basis von GIS-Standards bereits vor- gelegt (cf. Fang, Li, Zhang & Shaw, 2012; Hansen, Richter

& Klippel, 2006). Jedoch ist hier die Repräsentation von Einflussbereichen nicht vorgesehen. Ferner ist die Über- tragbarkeit des Modells auf navigierende Personen frag- lich. Hinzukommt, dass Arbeiten zur räumlichen Relation die Hierarchisierung von Landmarken vernachlässigen.

Hier erweist sich das Potential der Ausnutzung räumli- cher Relation jedoch besonders: Auffällige Objekte, die Teil eines anderen auffälligen Objekts sind, können zur Detaillierung der Navigationsanweisungen herangezogen werden–sofern die räumliche Distanz zwischen navigie- render Person und der Landmarke auf oberster Ebene ge- ring genug ist, dass enthaltene Landmarken wahrgenom- men werden können.

2.2 Erkenntnisinteresse:

Benutzerinnen und Benutzer zur Hilf ’

Aus informationswissenschaftlicher Sicht stellt sich die Frage nach den Möglichkeiten, die formalen Beschrei- bungen für die Schaffung situations- und nutzeradap- tiver Systeme zu nutzen. Im Mittelpunkt steht also nicht die Frage nach der kognitiven Adäquatheit dieser Model- le sui generis; Ziel der Arbeit ist die Prüfung der prakti- schen Umsetzbarkeit dieser formalen Beschreibungen in Bezug auf hierarchische Landmarken bei der Navigation im Innen- und Außenbereich. Somit ergeben sich drei Fragen, die beantwortet werden sollen:

1. Kann der empfundene Einflussbereich von Personen und Landmarken toolgestützt erhoben und model- liert werden?

2. Welche Möglichkeiten der automatisierten, system- seitigen Modellanpassung bieten sich an?

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3 Dieser Begriff wurde zuerst von Lee and Flewelling (2004) verwendet.

3. Resultiert die Anpassung der Routenbeschreibung in Abhängigkeit der räumlichen Relation in einer empi- risch messbaren Erhöhung der Nutzerzufriedenheit?

2.3 Herangehensweise:

Experimentelle Nutzung von Prototypen

Die Umsetzung des Forschungsvorhabens soll dabei nut- zerzentriert erfolgen und umschließt nach jetzigem Pla- nungsstand folgende, grob umrissene Phasen:

– Auswahl von hierarchischen Landmarken

Im Rahmen mehrerer In-Situ-Experimente sollen für den Innen- und Außenbereich Landmarken identifi- ziert werden, die als zusammengesetzt wahrgenom- men werden. Besondere Bedeutung kommt hier der Beschränkung der Navigationskontexte zu, um die Zahl möglicher Störvariabler (cf. Vorwissen, Orientie- rungssinn o. ä.) zu limitieren.

– Implementierung experimenteller Prototyp

URWalking⁴wurde bisher nur als System zur Ziel- führung realisiert. Im Rahmen des Dissertationsvor- habens ist daher die Erweiterung um eine Feedback- Komponente geplant, mit deren Hilfe dann u. a. die Einschätzung von Einflussbereichen erfolgen kann.

– Experimentelle Erhebung von Einflussbereichen Auf vordefinierten Routen werden Personen in Ab- hängigkeit derSaliencyeiner Landmarke (cf. e. g.

Winter, 2003; Nothegger, Winter & Raubal, 2004;

Caduff, 2007) in verschiedenen Entfernungen zu die- sem Objekt danach gefragt, ob sie sich aus ihrer Sicht bereits„in der Nähe“befinden. Hier ist neben unterschiedlichen Richtungen der Annäherung an eine Landmarke auch die Erhebung des Orientie- rungssinns von Personen als mögliche Kontext- variable für das Empfinden des eigenen Einfluss- bereichs vorgesehen.

– Cluster-Analyse der Experimentaldaten

Die erhobenen Daten sollen als Grundlage für ein Standardverhalten des Fußgängernavigationssystems benutzt werden. Daher sollen die Daten zur Modellie- rung„protoypischer“Nutzerinnen und Nutzer mit Hilfe eines maschinellen Lernverfahrens verwendet werden.

– Empirische Validierung

Auf vordefinierten Routen sollen Personen ohne Re- formulierung der Routenanweisungen (Kontroll- gruppe) bzw. unter Ausnutzung der räumlichen Rela- tion (Experimentalgruppe) navigieren. Anschließend soll die Nutzerzufriedenheit mit Hilfe des standardi- sierten FragebogensSystem Usability Scale(SUS)⁵ analysiert werden. Dieses Vorgehen schließt als Vor- bedingung die Implementierung einer Anpassungs- komponente für Routenbeschreibungen ein.

Diese Fragen sollen am Beispiel von Navigations- situationen am Campus der Universität Regensburg unter- sucht werden. Durch diese Beschränkung auf einen eng umgrenzten Raum ergibt sich eine handhabbare Menge möglicher Navigationsszenarien und Landmarken. Ande- rerseits bietet sich dieses Szenario auf Grund des bereits vorhandenen Forschungsprototyps des Fußgängernavi- gationssystems URWalking an.

3 Ein informationswissen-

schaftliches Forschungsthema

Basierend auf der Schilderung der geplanten Umsetzung wird die informationswissenschaftliche Relevanz der Ar- beit deutlich. Als besonders markant erweist sich dabei der Zusammenhang zur Software-Ergonomie. Grundsätz- lich hilft die Ausgabe von Navigationsanweisungen zum Zeitpunkt der jeweiligen Richtungsänderung die kogniti- ve Belastung der navigierenden Personen zu verringern.

Darüber hinaus ist die Berücksichtigung räumlicher Rela- tionen auf Grund der Modellierung der Benutzerinnen und Benutzer ergonomisch. Der Radius des eigenen Ein- flussbereichs einer Person sowie deren Empfinden über den Einflussbereich einer Landmarke sind höchst kon- textsensitiv. Diese Gegebenheiten soll das System durch möglichst wenig explizite Interaktion erlernen und so auf die individuellen Bedürfnisse der navigierenden Person eingehen können. Als Beispiel käme die Berücksichti- gung eines schlecht ausgeprägten Orientierungssinns in Betracht: Wenn sich zeigt, dass Personen mit schlechtem Orientierungssinn ihren eigenen Einflussbereich als sehr groß einschätzen, dann sollte das System diese„Fehlein- schätzung“bei der Wahl des Zeitpunkts der Bezugnahme auf enthaltene Landmarken entsprechend berücksichti-

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4Eine Beschreibung grundsätzlicher Eigenschaften von URWalking findet sich im Beitrag von Bernd Ludwig und Markus Kattenbeck in dieser Zeitschrift, S. 297–299.

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5 Bereits 1996 im industriellen Kontext eingeführt (Brooke 1996), ist dieser Fragebogen empirisch sehr gut validiert (cf. e.g. Borsci, Federici & Lauriola 2009).

gen⁶. Ziel ist, dass das System individuell wahrgenom- mene Einflussbereiche der Landmarken und der eigenen Person vor dem Hintergrund individueller Fähigkeiten einbezieht. Darüberhinaus ist der Rekurs auf eine enthal- tene Landmarke ein Problem des Information Retrieval.

Aus der Menge aller in einer„Wurzellandmarke“enthal- tenen Landmarken muss diejenige automatisiert aus- gewählt werden, die sich als Bezugspunkt in einer Navi- gationssituation bei gegebenem Kontext am besten eignet. Dass nicht alle Teillandmarken gleichermaßen sinnvolle Bezugspunkte darstellen, wird bei Landmarken der KategorieKathedrale nachvollziehbar: Hier kommen diverse Portale, Figuren und Türme als enthaltene Land- marken in Betracht, die, abhängig von der Annäherungs- richtung, als Bezugspunkte in Frage kommen. Drittens kommt der Aspekt der Informationsaufbereitung hinzu.

Für die Umsetzung der Arbeit ist die Auseinandersetzung mit der formalen Repräsentation von Landmarken und Personen als CSEPs nötig. Hier liegt die Anknüpfung an die durch GIS-Standards vorgeschlagene Aufbereitung von Landmarken nahe, ist jedoch in der konkreten Umset- zung bisher ungelöst. Hinzukommt, dass die geeignete Repräsentation der Hierarchie von Landmarken genügend abstrakt sein muss, um für den Innen- wie den Außen- bereich gleichermaßen anwendbar zu sein. Jenseits der formalen Beschreibung ist die Darstellung der reformu- lierten Routenanweisungen ein Problem der Informations- aufbereitung. Unmittelbar erkennbar zeichnet sich das Problem ab, dass der Zusammenhang zwischen der ur- sprünglichen Navigationsanweisung und der Reformulie- rung nachvollziehbar bleiben muss. Ein möglicher Lö- sungsansatz hierfür wäre, dass die Bezugnahme auf enthaltene Landmarken den ursprünglichen Bezugspunkt der „Wurzellandmarke“ noch immer deutlich werden lässt. Die Sinnhaftigkeit möglicher Lösungsansätze kann letztlich nur empirisch bewiesen werden. Empirische Un- tersuchungen des Prototyps werden auch bei der Identifi- zierung weiterer Problembereiche helfen.

4 Zusammenfassung

Ausgehend von der empirisch nachweisbaren Präferenz für die Verwendung von Landmarken in Fußgänger- navigationssystemen, wurde im Artikel ein Dissertations- vorhaben vorgestellt und in groben Zügen die Schritte der Bearbeitung skizziert. Kern dieses Vorhabens ist die

individuelle Anpassung von Routenanweisungen in Ab- hängigkeit der räumlichen Beziehung zwischen navigie- render Person und den Landmarken an Entscheidungs-, Anfangs- und Endpunkten der Navigation. Theoretisch und praktisch bisher unberücksichtigt, soll vor allem die Hierarchisierung von Landmarken für die kontextspezi- fische Reformulierung von Navigationsanweisungen aus- genutzt werden. Die dabei entstehenden Erkenntnisse sollen auf die Navigation im Innen- und Außenbereich gleichermaßen anwendbar sein. Diese Kontextbezogen- heit macht dieses Promotionsprojekt zu einem genuin in- formationswissenschaftlichen Forschungsthema, da es im Schnittbereich von Information Retrieval, Informa- tionsaufbereitung und Software Ergonomie anzusiedeln ist.

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6Zur Rolle des Orientierungssinns bei der Wahl von Landmarken (cf. e.g. Ishikawa & Nakamura, 2012).

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Markus Kattenbeck, M. A.

Lehrstuhl für Informationswissenschaft Universität Regensburg

Universitätsstraße 31 93053 Regensburg markus.kattenbeck@ur.de

Markus Kattenbeck (Jg. 1984) studierte von 2003 bis 2008 Infor- mationswissenschaft und Vergleichende Kulturwissenschaft in Regensburg und Newcastle (NSW). Nach zweijähriger Tätigkeit als technischer Berater ist er seit Oktober 2010 als Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Informationswissenschaft beschäftigt.

Sein hauptsächliches Forschungsinteresse liegt in der Navigation von Fußgängern und den damit verbundenen Fragen der Daten- modellierung, möglicher empirischer Zugänge sowie der automa- tisierten Erzeugung textlicher Information.