2.1. 对现实世界的地理认知

2.1.1. 认知的含义 #

认知属于心理学的范畴。 认知理论早在70年代就被引入地图学， 并用“刺激——反应”的关系模式来研究用图者在读图时的心理——物理反应。 始于90年代的地图制图可视化研究也应用了认知概念，使“刺激——反应”模式的研究向纵深推进了一步， 地图制图可视化的实质是探讨地图信息传输过程中人对空间客体的认识。 根据空间信息分析以及空间信息可视化的需要， 认知应该是知觉、注意、表象、记忆、学习、思维、语言、概念形成、问题求解、情绪、个性差异等有机联系的信息处理过程。

在简单的认知系统中，感知系统从外界环境输入刺激、进行变换整合，提取刺激特征加以组合， 输出经编码的物理刺激。 长时记忆系统将输入的经编码的物理刺激与系统只能感知的信息进行比较与模式匹配，一部分信息被激活， 这部分被激活的信息送入短时记忆系统。 短时记忆系统对输入的有限信息进行精细加工，通过反映系统来输出动作、语言、表情等。 中枢处理器进行系统控制和处理，决定目标先后次序和监督当前目标执行，图2-2描述了空间认知的框架。

空间认知

地理学家和心理学家对空间进行了大量研究，得到了许多有趣的结论， 它们成为行为地理学中研究人的空间决策的基础； 在GIS中研究空间认知，可以指导建立更加符合人类思维的空间模型和信息表现方式。 下面介绍的是与空间认知有关的知识。

1）个体的空间认识的形成和发展

J.Piaget认为，空间认识具有四个层次：

1. 感觉运动（Sensorimotor）的层次，它以行动的表象为依据；

2. 前运算期（Pre-operational）的层次，其基础是从记忆中获得的有关客观世界的知觉的映象；

3. 形象运算（ConcreteOperational）的层次，其中允许符号化、系统化的环境心理表象；

4. （FormalOperational）的层次，在该层次中，个体具有假设——演绎推理能力，能够处理独立于行动、客体、空间的抽象的空间概念。

图2-3表示了个体成长过程中的空间认识的发展。

2）意识中的空间信息编码[Elisabeth S. Nelson]

关于个体意识中的空间信息的编码方式，主要有三种理论： 命题理论（Propositional Theory）， 图像理论（Imagery Theory）和双重编码理论（Dual-coding Theory）。

命题理论

一个命题，是表达了对象之间关系的概念结构。 命题必须符合以下规则：它必须是抽象的；它必须与一个真值关联；它必须符合一定的形式化规则。 按照命题理论，空间编码形如以下的单句“俄克拉荷马在德克萨斯以北”， 命题理论的关键是认为其命题只是对抽象的意义编码，而非信息的自然特征。

图像理论

所谓图像理论认为，在空间认知中，图像是其关键构成。 其理论的基础是一个图片的隐喻，认为个体感知并处理空间信息，然后将其组织成为简单的、更加有序的形式。 这些信息被记忆，并且可以在需要时重新编排生成图像。

双重编码理论

双重编码理论认为语言的和视觉的信息被独立的处理，但是相关的处理系统相互连接。 一个图像系统组织各种简单的图像，形成层次结构并且可以输出为空间的形式； 而语言系统并行地处理各种非视觉信息，并组织成为更高层次的、连续的结构。

地理信息系统就是信息加工系统，即输入信息，进行编码，存储记忆、做出决策、输出结果。 这就是环境信息流在人的大脑中的处理过程被地理信息系统所模拟和复制的原因，当然，认知的目的在于求解问题， 即找到问题的解决方案。 认知操作包括常规问题求解和创造性问题的求解。

2.1.2. 环境映象与模型 #

环境映象可以看作是被学习到的稳定的思维概念，它总结了个人对环境的认识、评价和选择能力， 对任何人与环境相互作用的调查研究来说，理解大脑处理使用什么样的信息就显得至关重要。 人与环境相互作用的关系如 :numref`人与环境的相互作用关系图` 所示。

在环境映象研究中，如何从个人那里提取对大尺度环境有意义的信息？ 如何展现该信息，以便使个人的认知范围和程度明朗化？ 如何分析这些信息？ 最为普遍的方法是绘制描述环境要素的简图， 通过描述环境要素的序列、要素之间的联系和差异、映象的类型、细节和规模的变化等来提供信息，即构造模型。

在科学研究中，经常用模型作为实际对象的代替物或模拟物， 它们与被研究的对象之间存在某种程度的一致或相似的映射关系： 借助模型所获得的结论和推论又可转用于实际对象上。

地理学中所采用的表现模型多种多样，例如各种地图、航空和航天遥感图像、统计图表、剖面图等， 但是地图是地学中使用最普遍、也是最重要的模型。

从模型的特性和实质来看，地图是客观世界的形象/符号/概括模型。 单幅地图是模拟客观实际的某一方面的模型，而系列地图和地图集属于高层次的模型，即地理系统的模型， 它们模拟的是自然要素和社会经济要素的总体， 反映出这些要素的相互联系、相互作用、解析特征与综合效果、现状与未来发展趋势， 以及它们所形成的复杂巨系统的功能特征等。

2.1.3. 地图认知模型 #

地图认知模型分为地图编制与设计者的认知模型和地图使用者的认知模型（图2-5和图2-6）。

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。 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，以高效地传输空间信息（图2-7）。

地图使用者的认知是在已有地图的基础上，结合读图者的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。

2.1.4. 地理客体的科学认知 #

地理认知是地理信息传输过程中一个子系统。 它偏重于心理感知和分析，认知者既感知图上明显的信息也挖掘潜在的信息，不仅仅是探测、识别或区分信息， 更要主动地解译信息，形成对客观世界的整体认识。 从地图学者在编制地图时的地理认知，到用图者在读图时的地理认知， 这整个过程反映了人对地理课题的认识由浅入深的特点。 因为从原始制图资料到地图再到新地图的地理信息传输过程，正是人们对地理事物的认知深度的螺旋式上升过程。 地理认知不仅是地理模型的基础，而且也是制图概括的基础。

在地理认知的基础上对真实世界的信息进行抽象和概括，形成地理信息系统中的模型， 在一定比例尺下显示地理要素的分类、分级和空间图形格局。 地图模型本身就是一个主观与客观相统一的过程，GIS专家在地理认知中不仅全面、综合地分析和理解地理环境， 而且其认知中还包括了对一些客观的模拟标准和规范的接受或认同。

此外，地理认知贯穿于制图概括的整个过程。 具体来看，它表现在地图设计阶段，对制图概括原则、内容、分类分级指标的“构思”上， 以地理认知中所获得的关于地理环境的系统功能、层次结构、各个要素的组合关系等的知识为指导。 在地图编绘阶段，对地图要素的选取、数量和质量概括、图形简化等“构图”操作上， 在处理符合概括指标的要素或图形时能够进一步体会地理认知的控制和指导作用，做到心中有数，操作正确， 不至于误解概括指标和规则。

2.1.5. 地图是客观世界的形象——符号——概括模型 #