空间认知

3·1空间认知的3个层次

如前所述,空间实际上有3种表现形式:感知空间、认知空间、符号空间,并且不同的空间表现形式具有不同的认知方式。根据认知方式的差异,空间认知模式包括3个层次:

3·1·1 空间特征感知

空间特征感知发生于感知空间。在感知空间,人们应用各种有关特征产生的感知手段和方法,从某一视点(或角度)来观察空间实体的各个组成部分,以获得有关空间实体各组成部分的属性特征。由于通过感知手段和方法(如曲率最小原则、感知突现等)所产生的特征具有空间表现性,因此,在感知空间中所产生的属性特征是一种空间特征。由于感知是针对“特征”的感知,因此,感知空间也被称为特征感知空间。

3·1·2空间对象认知

空间对象认知发生于认知空间。在认知空间内,人们在有关空间实体各组成部分的属性特征感知基础上,基于有关空间实体的部分-整体(Part-whole)关系知识(或经验),通过将空间实体各组成部分之间的属性特征相集成,来实现对于某个空间实体的对象化认识。由于认知是“对象化”的认知,因此,认知空间也被称为对象认知空间。

3·1·3空间格局认知

空间格局认知发生于符号空间。在符号空间内,人们在对空间要素属性特征的简化、关联与综合基础上,以有关空间实体的部分-整体(Part-whole)关系知识(或经验)为指导,对空间实体进行对象化符号表达,由此,人们将能够基于实体的对象化符号进一步实现有关空间组织、结构与关系的逻辑判断、归纳与演绎推理分析,以形成有关空间的格局认识。

3·2空间认知的两个基本单位

如前所述,“空间特征”、“空间对象”与“空间格局共同构成了空间认知的个层次由于空间格局”是基于“空间对象”的分类和推理,而“空间特征”又是“空间对象”识别与分类的基础,因此,“空间对象”是“空间格局”认知的基本单位,“空间特征”则是“空间对象”认知的基本单位。所以,“空间对象”与“空间特征”是空间认知的两个基本单位,人类正是基于它们实现了空间认知。

3·2·1空间特征

神经系统科学研究认为,“特征”是有关对象识别与分类的基础,是在大脑中存在的“感知符号”。大脑是通过神经元的活动排列来表达感知实体或事件的属性,而有关神经活动状态的记录结果就形成了感知符号,因此,感知符号是对于感知实体或事件的属性表达与记录[8]。空间特征就是对空间实体感知的符号记录。根据空间特征在空间对象认知过程中所起作用的不同,空间特征一般分为两种类型:空间原始特征,空间功能特征。如图2,空间原始特征是空间实体感知的基本单位,它具有最大空间分辨率,是空间功能特征产生的基础;空间功能特征是空间实体感知的高级单位,它具有相对较小空间分辨率,是有关空间对象概念形成的核心。3·2·2空间对象

人类的空间认知行为是直接与空间对象发生作用的，而人类所拥有的空间知识则广泛来源于对空间对象的分类。人类也正是通过认识和建立空间对象来模拟和研究地理世界的。在对于事物、关系、边界、事件、过程、性质以及所有这些方面的数量理解上,“对象”与“实体”被认为具有相同意义[11]。但是,在实际应用中,两者之间还是有差异的,尽管这种差异不很明显。“实体”是指现实世界中占据一定空间位置、并具有某种物理形态的物质,它具有客观实在性;而“对象”则强调了人们对现实世界中客观实体的主观描述,它反映人们对现实世界的认知理解,即客观世界的主观反映是一层次结构,而该结构的每一层次的组成单元就是对象。

空间对象按其边界的不同,可分为两大类型:一类是具有真实边界的对象(Bona fide object),如河道、湖泊、土地利用类型等;另一类是边界需要制定或划分的对象(Fiat object),如

行政管辖区、海湾、土壤类型等。根据边界制定方式的差异,后一种空间对象又可进一步划分为公认对象(如海湾、半岛)、法定对象(如国界、行政区划)、科学计算对象(如土壤类型、植被覆盖)[11]。由此可见,空间对象边界的划分容易受到对象存在环境的不同和人们在有关对象认识和处理方式上差异的影响。

基于不变特征的经典分析理论认为,对象表达产生于一个有限特征集和一个特征组合的规则集,而特征的组合将产生有关对象的层次结构表达[13]。如图4所示,空间功能特征集是由若干个空间原始特征集基于某种组合规则组合而成,它是空间对象概念形成的核心;而将若干个空间对象概念各自的空间功能特征集进行组合,将形成一个高级的空间对象类概念的核心—空间功能特征集组合。由此可见,不同的特征核心形成了有关对象概念表达的层次结构。

在对有关空间理解的各种思想模式进行研究后,Sack(1980)认为空间包括3种类型:主观空间、客观空间、物质空间[1]。我们认为,认知空间是一种主观空间,在认知空间中,人们基于有关对象的部分—整体关系知识(或经验),从不同视点(或角度)来考察空间实体结构的不同组成部分,以形成有关空间实体的对象描述,而有关实体的部分—整体关系知识(或经验)则将随着人们的主观认知能力的变化而发生变化,同时,对于考察实体结构不同组成部分的视点(或角度)选择又带有很大的经验性,因此,以对象认知为目的的认知空间具有相当的主观性和经验性;地图空间则是一种客观空间,在地图空间中,人们主要通过点、线、面等有形符号来实现对于物质空间的逼真与近似的表达,虽“近似”,但不“主观”,更不“臆测”,而是科学地再现物质空间的真实面貌,因此,地图空间是对物质空间的客观表达;地理空间是一种物质空间,在地理空间中,既不存在“特征”、“对象”和“格局”,也不存在几何意义上的“点”、“线”和“面”,只有真实存在的地理实体及其类型。“点”、“线”、“面”只存在于地图空间中,它们是地图对物质空间表达的3个基本单位,传统地理信息系统正是基于地图“点”、“线”、“面”这种表达机制实现的。显然,传统地理信息系统的“点”、“线”、“面”实现机制距离人类主观空间的“特征”、“对象”、“格局”认知机理相差甚远,这就是为什么传统地理信息系统虽具备强大的空间制图功能,但其空间分析能力却显得十分薄弱的一个重要原因!有关人类对空间的概念化理解方式是地理信息系统研究的一项重要内容,所设计的地理信息系统越是符合人类的思维方式,其应用起来就越是简单易行。因此,将传统地理信息系统的基于地图空间的“点”、“线”、“面”实现机制与人类面向“特征”、“对象”、“格局”的空间认知机理相结合,不但有助于提高地理信息系统设计的人性化与智能化水平,而且,将大大提高地理信息系统的空间模拟与分析能力。