地图空间认知理论

地图空间认知理论读书报告

1．空间认知的概念

地图空间认知就是利用地图学方法来实现人对地理空间的认识。地图空间认知的理论基础是认知科学，是认知科学理论在地图学中

的应用。把认知科学引人地图学研究的目的，一是弄清地图是人类

认识地理环境的结果，又是进一步认识地理环境的工具这一科学目的，二是弄清楚地图设计与制作的思维过程。[1]

通过地图上的图斑直接刺激物，读者获得关于现实中土地利用

中的个别地块的属性、特性，这是知觉过程的基础。知觉是对客观

事物的各种属性、各个部分及其相互关系的综合整体的反映。地图

空间认知的表象过程，是研究在地图知觉的基础上产生表象的过程，它是通过回忆、联想使在知觉基础上产生映象再现出来。[1]

2．地图空间认知的基本过程

1.地图空间认知的一般过程

空间认知是研究人门对周围地理事物的位置、形状、空间分布、相互关系及其动态变化认识过程的科学，它研究人们在认识空间事

物的过程中，大脑是如何进行信息加工的，属于思维过程研究。地

图空间认知则主要研究人是如何利用地图获取空间信息、对信息的

认识和记忆、利用信息发现问题、进行决策和指导外部行动等一系

列过程。按照王家耀等人的研究结果，地图空间认知可分为4个基

本的过程，即:地图空间认知的感知过程、表象过程、记忆过程和思维过程。在感知过程中，人脑把地图看作是由符号构成的地理空间，

地图符号刺激人的视觉神经产生兴奋，使大脑形成关于事物个别属性的认识，然后大脑再经过知觉过程，形成地理事物整体的本质的映像。在地图空间认知的表象过程中，大脑在对事物感知觉的基础上，通过回忆和联想把知觉的图形再现出来而形成表象或心象地图。在地图空间认知的记忆过程中，通过反复审视地图对大脑进行强化刺激，可以把心象地图记忆在大脑中，并与大脑中过去已有的信息发生联系，形成对地理空间整体的、动态的、连续的认识，以后当大脑受到类似的外界物体刺激时，心象地图可以再现出来。空间认知的思维过程是地图空间认知的高级阶段，是对同类事物的本质特性和空间关系的概括和抽象过程，是对事物本质特性、分布规律和内在联系的深刻认识，它具有概括性和间接性的特点，能从成因上对事物的特性予以解释。它通过概念、判断、推理来反映事物的本质和内在联系，是借助于心象地图来完成思维过程的。[2]地理研究者的地图认知过程属于空间认知的具体事例，它遵从空间认知过程的一般规律，但又具有自己的特点。[2]

2.地理研究者的地图空间认知过程

地理研究者在地图使用过程中，经历了视觉选择性思维，视觉注视性思维和视觉结构联想性思维等具体形式。其认知过程可用框图表示。

视觉选择性思维，就是用图者根据自己研究的目的需要，在全部地图内容观察研究的过程中，把与自己研究有关的地图符号加以注意，而把无关的内容予以迅速的抛弃。这样做可以提高寻找目标

的速度，便于快速地发现目标。视觉注视性思维，就是用图者一旦发现自己要找的目标，就会在该目标上停留较长的时间进行注视，加强对视觉的刺激，产生较强的神经冲动，刺激大脑使业已存在的心象地图复活，通过联想与已知的目标进行对比。视觉结构联想性思维，就是当注视思维的冲动激活大脑中已有的目标时，原来贮藏的心象地图就呈现出来，并按原来的地物心象分布规律，在注视点周围寻找相类似的目标，把这些目标形成心象，并与原有心象进行对比判断，当二者之间相符合时，判断心象是正确的，这里的目标符合已知的分布规律。当符合程度低于一定比例时，就通过判断提出问题，然后去探求深层次的原因。[2]

3.地理研究者阅读地图过程认知分析

认知科学研究认为，知觉过程有自上而下和自下而上两种方式，其中，先整体后局部的认知方式叫自上而下的认知过程;而先从细部开始认知，逐步认知目标的各部分，最后进行分析综合得出目标整体印象的认知方式则被称为自下而上的认知过程。地理研究者在认识地图的过程中，实际上是两种认知方法同时使用，开始的时候是整体认知，也就相当于前述所讲的初步阅图，目的是获得研究区域的整体印象，然后是详细认识各部分的细微特征，获得目标的完整形象。但当研究者发现研究区内目标的某一部分与研究目标接近时，就会把注意集中在该区域详细查看，并把注意的范围扩大，不但注意目标(水系)本身，还注意与目标相关的地图要素，然后形成该区域的详细心象地图，这一阶段，可以看成是由下向上或由局部到整

体的知觉过程。[2]

3．地图空间认知理论的应用

1.电子地图空间认知研究

电子地图空间认知研究的内容很多，从电子地图与纸质地图的空间认知比较到虚拟地形环境与真实地形环境的空间认知比较，从静态电子地图的空间认知到动态电子地图的空间认知，从二维电子地图到三维可进人的虚拟地形环境的空间认知，都是电子地图空间认知研究的内容。而从不同的电子地图上建立心象地图的过程及不同空间认知能力的用户在使用电子地图时的思维过程、认知策略的研究是其核心内容。[3]

2.认知思维空间和认知模型

人类心理思维空间是实体空间在人脑中产生的映射，地理实体的空间语义网络关系形成人脑对地理实体长期记忆存储的神经网络结构。地理实体信息的存储按其语义联系性，以非常有效的方式进行组织，便于信息的检索、表达并能重新构成更多有意义的联系，挖掘更多新的信息。充分认识人类信息加工模式有助于进一步对地理实体空间语义网络的认识和计算机系统对地理实体空间模式的表达。[3]

3.三维GIS与空间认知

1）.空间信息的三维可视化，增强空间认知的效果

空间信息三维可视化，通过利用仿真等技术对空间对象进行三维立体的表现。这种表示较为直观，与现实世界中的对象较为接近，

人们较容易感知这种表示并上升为一种理性认识。同时，三维可视化符合人眼视觉系统的并行特性，以增加空间维度，将更多空间关系表示在同一个视图上，更大程度上容易被感知和引起中枢神经系统的活动，增强认知的效果。[4]

三维GIS中最重要的要素是地貌和居民地，地貌被表示成地形模型，即数字高程模型(DEM)，居民地被表示成三维建筑物。数字高程模型逼真表达地貌的高低起伏，对于整个环境的整体效果有了直观清晰的把握。而在二维传统地图上地貌仅仅是通过等高线来表达，非专业人士根本不能从中获取到有关地貌的相关信息。同时居民地表示主要在于三维建筑物的建模实现，通过在建筑物的表面贴上纹理图像，不仅能够增加建筑物的真实感，是整个场景更加逼真，而且当建筑物外形相似时，不同的纹理正好可以体现其差异性，使得建筑物的识别更加容易。同时，三维GIS中还可以利用图形技术可以生成多种环境特效，如雾化、球形天空等特效，强化空间自身特性和视觉效果。[4]

2）.空间对象垂向关系的表达，拓宽空间认知的范围三维GIS对客观世界的表达能给人以更真实的感受，不仅能够表达空间对象间的平面关系，而且能描述和表达它们之间的垂向关系，这促进人类在空间对象之间的垂向关系的认知上的进步，这是传统地图和二维GIS说不能比拟的。当前地质石油等应用领域，人们越来越希望能够实现在真三维空间处理问题，满足实际生产需要，反映出人们对空间认知更加全面的迫切需求。现有建立的专用功能