地图认知论

地图学中的认知研究在20世纪80年代末兴起。现在地图学家不仅把计算机作为制图工具，也作为一种信息传输的媒介；计算机技术的应用不仅为地图阅读者提供了一种交互的信息获取环境，而且能够表达多维动态的地学现象，对于促进人们的视觉思维极为有利。由于计算机图形技术和图像处理技术的发展，已可以将一些科学想象、自然景观和十分抽象的观念图形化，从而可以在动态、时空变化、多维可交互的条件下探索地图的视觉效果和提高地图信息的传输效率。

20世纪90年代初，地图学家高俊教授等学者就提出将认知科学引入地图学，并在“地图的空间认知与认知地图学”一文中阐述了心像地图（Mental Map）和认知制图（Cognitive Mapping）的概念。他认为，心像地图指的是人通过多种手段获取地学空间信息后，在头脑中形成的关于认知环境（空间）的“抽象代替物”（Abstract Analog）；认知制图是指在人脑中，将环境中的事物与现象的空间位置、相互关系和性质的信息进行获取、编码、存储、提取、译码等一系列变换的过程（高俊，1991）。近来高俊院士又说：将认知科学方法引入地图学，也是当前进入计算机时代的要求。如果我们不能从思维的角度来解释人的大脑的制图行为（如制图综合、地图设计、视觉效果的创新），我们就无法指导计算机去自动地设计与制作地图。在测绘技术与工程领域，目前“自动化”最大的难点都是这方面的问题，如地图设计、自动综合、自动识别、自动图像匹配等。这是一个十分富有诱惑力的可探索领域（高俊，2002）。

1．地图认知模型

关于地图的认知模型，我们需要分清两类不同性质的认知模型：一类是地图编制和设计者的认知模型；另一类是地图使用者的认知模型。

（1）制图者的认知模型：强调对所表达事物和现象的认知以及对表达内容的表现形式的认知（图2-9）。在制图者的空间认知过程中，人并不是被动地接收和存储空间信息，而是主动地挑选、过滤、组织空间信息，将到达人眼的无序刺激阵列组织排列成有序的空间信息，进而在空间信息的深加工中发现前人未知的隐含信息。制图者认知的目的是指导制图者选取最主要的制图内容与最适合的表现形式，从而能高效地传输空间信息。

（2）地图使用者的认知模型：在已有地图的基础上，结合读图者自身的空间知识与背景，完成对地图对象的认知，从而间接达到认知客观世界的目的。地图使用者空间认知的特点是感知图上明确的信息也挖掘潜在的信息；不仅仅是察觉、辨别和识别信息，更主要的是解译信息。在此过程中，认知者的知识、经验是至关重要的，因为认知者对客观世界的认识深度、知识结构及以前的工作经历直接影响认知者对空间信息的感知速度、认识和概括的全面程度。因此，从信息源（包括现有地图、遥感影像、实地考察记录、文字描述、专题数据库等）中得到的对空间环境的认识，或在头脑中形成的关于真实世界的“意境地图”，绝不可能是信息源的完全复制或原地图（或图像）的真实记录（图2-10）。

图2-9 制图者的认知模型

图2-10 用图者的认知模型

地图可视化可以看作是地图传输的逻辑拓展（Peterson，1994），除了不断引进飞速发展的计算机技术外，地图学家仍在不断思考地图的功能和目的。随着地图可视化的形成和发展，计算机在地图学中的作用由过去的辅助制图工具转变为一种高效的地图传输媒介，地图信息传输功能被空前扩展，地图学家具备先进的条件，重新对现代地图的思维进行处理，尤其是对动态地图显示进行探索。人们如同置身于现实世界中一样，可以置身于计算机环境中对空间信息进行获取，而且还具备了对模拟地学现象的交互控制和观察能力，所以认知在时空多维动态地图可视化中的指导作用得到日益重视。

2．地图认知在地图可视化中的指导作用

（1）指导选取地图信息：无论是传统的纸质地图，还是现代的电子地图或网络地图（含数字地图），它们最主要的功能是传递相关的地图信息。因此，一幅地图的信息选取十分重要，直接关系到地图的信息传输效率以及广大用户的欢迎程度。认知和空间认知从人类的心理出发，强调各种刺激对人类注意力的吸引程度。所以，在选取地图信息时，应最大限度地选取那些最吸引读者的，同时又最能反映相关主题内容的信息，这是在制作纸质地图或数字式地图时应遵循的一个基本原则。

（2）指导地图载负量设计：一方面人们认知记忆中的前两个阶段，即图标记忆中短期记忆的能力是有限的，尤其是在短期记忆中每次处理的项目只有7±2个，因此在地图表达中应尽量将表达的维数限制在7±2个，如果偏多，人们可能要花更多的时间来研究地图所表达的内容。另一方面现代地图可视化是基于计算机的，因此在十分有限的计算机屏幕上，如何计算好屏幕地图的负载量是一个十分关键的问题。

（3）指导可视化界面设计：人类的活动具有一定的动机性和主动性，这是可视化系统为用户提供功能强大的交互机制和工具的基础，它可以促进空间信息的传输，但要注意专家用户和初学者的经验与能力上的差别。在进行地图可视化界面设计时，既要考虑不同用户的差别，同时也应尽可能地使界面更加友好和更具交互性。在这里就应十分注意界面的设计认知问题，即一方面界面结构不应过于复杂，同时又要将最主要的主题表现出来；另一方面界面图标的设计应尽可能形象生动，便于理解，同时又要考虑标准化问题，以利于推广和应用。

（4）将制图与读图统一于现代地图可视化之中：如前所述，地图编制者与地图使用者的认知模型是不同的。地图编制者在认知过程中，抽象思维是主要的；而地图使用者的认知，则强调形象思维的重要性。基于计算机技术的现代地图可视化具有形象思维和抽象思维的二重特性，这就将二者高度地统一起来了。地图编制者一定要充分利用计算机的多重、多维表达技术来达到将空间信息和空间过程实现可视化的目的。