[科普中国]-理论地图学

理论地图学理论简介理论地图学的提出

20 世纪 60 年代以前，对地图及其生产过程的研究都是从生产和技术的观点出发，因而把地图学称作研究地图编制的技术和方法的科学，60 年代之后有的学者开始把地图学分成“理论地图学”和“实用地图学”。把地图学分成“理论地图学”和“实用地图学”使得地图学探索的范围向前推进了一步。尽管学术界对理论地图学的含义仍存在着分歧，但有一点得到公认，那便是必须引进和应用横断学科一些理论和概念与地图学嫁接，发展和建立理论地图学。因为每一门学科都需要有自己的理论体系，没有先进理论指导的技术是盲目的技术，没有先进技术支持的理论是落后的理论，地图学也不例外。理论地图学的提出扩展了地图学探索的范围，促进了地图学的发展，使地图学的研究不致局限于技术的范畴，对进一步阐述地图学的研究对象和理论建设，认识地图学与遥感、地理信息系统的共性与个性，理解信息时代的地图制作与应用特点，都具有重要作用2。

理论地图学的发展继英霍夫提出理论地图学以后，苏联、捷克斯洛伐克、波兰、美国、英国、法国、联邦德国、奥地利等国的地图学家进一步提出关于地图学结构体系和理论地图学组成的各种看法，发表了不少专著和论文。其中对什么是地图学基础理论有3种不同观点：①主张地图传输论；②主张地图符号学；③主张地图认识论。近年中国地图学家认为地图学既是区域性学科，又是技术性学科，应由一系列相互联系与相互补充的理论所组成，其中地图信息论研究如何把原始信息处理与转换为所需要的新地图信息；地图模式论主要研究地图信息处理中图形数学模型与数字模型；地图传输论主要研究如何把地图作为通道，将地图信息传递给用图者；地图感受论与地图符号学研究如何设计最好图型，使用图者获得最好的感受效果；数学地图原理研究地图数学模型的数学基础及其他数学方法的应用；综合制图理论研究如何建立反映多种要素和现象的综合性模型；地图概括理论研究建立地图图型数学模型中与地图信息处理过程中如何进行抽象与概括，更好地反映客观规律。

数字时代地图学理论的发展与突破随着数字技术的发展，地图学理论也在不断地发展、完善，特别是地理信息系统和数字制图学的发展，许多过去传统地图学中不曾有过的问题被发现或许多过去传统地图学未重视的问题提上研究日程3。

GIS的认知局限性现有的地理信息系统，越是常识性的问题，越难以给出令人满意的答案，如黄河流域面积是多少?海南岛人口分布如何?京广线有多长?原因是在人的认知领域，对这些问题还难以给出一个数学上的完善描述，且由于人作为客观世界的客体之一在观察其所处的时空世界，因此难以避免自我主观的影响，同时不同的文化和社会经济背景对客观世界的认知也有所差异。如果深层次地探讨这些问题，就会发现其根本性问题是如何让计算机拥有一套接近于人类思考和推理空间信息世界的一些标准模式，使得计算机与人之间对空间信息的相互理解更加透彻，从而使计算机对空间信息的处理变得更加高效，也促进人与人之间的信息交流更加快捷。

针对上述问题，Smiht和Makr认为，设计本体可以更好地理解地理世界：有助于不同群体间地理信息的相互理解和交流；有助于理解在地理现象认知过程中所产生的对某类特性的歪曲；地理信息系统需要表达地理实体，而对相应实体类型的本体研究，特别是基础层次的研究，将有助于实体的表达；本体研究对地理知识交流的发展具有重要的推动作用3。

地理信息本体论GIS经过10多年的发展，已形成学科体系，但作为一种信息系统，在信息的交流、继承、重载以及知识的交互、挖掘，乃至与其它信息系统的融合等方面呈现明显的不足。而且地理对象有别于其它的空间对象，其特殊性表现在:地理对象是处于地表或近地表的空间对象，属于中观尺度范围的对象；地理对象具有边界，边界是它们作为本体论的标志；地理对象具有特殊的复杂性，几乎在任何情形之下由几个部分组成；地理对象都是连续的或分散的。地理空间中信息交流的语义概念化问题是地理信息共享的关键问题，这种语义概念化应具有尽可能的精确性（能准确地表达所要描述的对象）、完备性（尽可能没有歧义）、广泛性（尽可能被最多的群体所接受）等性质。研究地理信息本体论的目的就在于解决GIS中语义概念化问题3。

地理信息可视化可视化是一种将抽象符号转化为几何图形的计算方法，以便研究者能够观察其模拟和计算的过程和结果。可视化包括图像的理解和综合，也就是说，可视化是一个工具，用来解释输入计算机中的图像数据和根据复杂的多维数据生成图像。它主要研究人和计算机怎样协调一致地接受、使用和交流视觉信息。在纸质地图编制与应用时期，并未过多关注以视觉感受接收信息为基本思想的可视化概念，随着数字地图生产和地理信息系统的广泛应用，地理信息的可视化成为学者们研究的重要课题之一。随着数字技术的发展，可视化技术给传统理论带来了新思维。可视化不仅可以传输地图信息，拓展了地图信息表达和传输方式，而且通过对数据的可视分析，使地图的功能从表达已知向挖掘数据中信息和知识方向发展，从这个意义上讲，地理信息系统是地图学的扩展和延伸3。

3D认知传统地图只能以二维静态的形式反映地理空间某一时刻或某些时刻的事物状态，不能自然地显示事物变化的过程，而且传统的制图方法中只能用有限的动线法，或几幅图的集合来表达一定的变化，而三维可视化技术则使传统二维、静态的地图表示，向三维、动态的场景发展，利用VR技术在空间数据库的支持下构建虚拟环境。从理论上讲，三维、动态的场景发展更适合人类的认知。数字时代的3D并不只是较2D相比为了“生动”和“逼真”。传统地图学的认知理论并不适合三维场景，三维场景中的视觉变量由以往的6个变量变成了形状变量、尺寸变量、空间姿态变量、纹理变量、阴暗度、清晰度、模糊度、阴影等动态变量，其间存在着相当大的差别。数字时代的地图形式是灵活多变的，既可以是具有时间维的动画地图来反映事物随时间变化的真实动态过程，如城市增长的变化、事物发展趋势等，也可能是利用闪烁、渐变、动画等虚拟动态显示技术来表示没有时间维的静态现象以吸引用户的注意力。但是用地图动画、动态地图来直观地理解客观世界变化的效果还需从人在动态环境中的3D认知以及人与动画如何进行交互等方面进一步做更深人的研究3。

地图语言学理论由于语言学’j符号学具有天然的联系，因而反映在理论地图学中，地图符号学和地图语言学两个概念均被引用，不同的地图学家出于不同的研究目的和理念，交替使用它们。C.G.Head这样区别它们：“地图符号学是指采用一些符号学学派的理论取向的地图研究方法，而地图语言学是指由语言学思考激发的方法”。语言学模型在地图学领域和地理信息科学两个领域同时受到重视并不是偶然的同其它理解模型相比，语言学模型的解释与预测能力更强，包容性更大，结构主义语言学和数理语言学本身已和计算机技术结合多年，可借鉴的理论和应用成果丰厚，这些都成为未来地图语言学模型进一步发展的动力，另外数字技术的发展有希望推动地图语言学向更深层次的发展3。

数字时代理论地图学的应用随着数字技术的发展，理论地图学的应用也相应发生了深刻的变化，其影响最主要表现为地图生产过程的全数字化、地图产品形式的多样化以及产品分发方式的多样化等几个方面：

1.地图生产过程的全数字化数字技术的发展对地图的生产技术支撑起到了非常大的推动作用。它使传统意义上的地图制作过程的全数字化成为可能。近几年来使用新的全数字化制图技术从事地图生产迅速得以普及。通过采用DTP及专门用于地图制作的专业软件，对地图进行扫描或手扶跟踪数字化输入后，在计算机上进行地图设计与制作、彩色打印机打样和最终的激光照排分色输出胶片上机印刷，这大大缩短了地图生产周期、降低了生产成本，同时在计算机软件的支持下还丰富了表现手段、提高了成图质量。

2.地图产品形式的多样化随着地理信息的产业化，地图设计与制作环境发生了变化，地图的形式更是多样化。数字地图的出现打破了模拟地图一统天下的局面，数字地图通过数字表示传统在纸质地图上用图形、符号、颜色、注记等表示的空间信息，以计算机外存设备存贮管理。在地理信息系统的空间数据管理与处理软件的支持下可完成传统人们通过使用和阅读地图完成的一些空间信息加工活动。数字地图由于和计算机高效、准确的处理功能相结合，很容易灵活地产生各种满足不同需求的新的产品形式。数字技术的发展也为地图本身的内容及其与其它信息的集成提供了可能性，数字形式的地图在内容上变得丰富和多样化如三维信息和时态信息的引人；数字技术还使得地图与影像、同比例尺地图、不同类型地图的纵向连接与集成，以及城市、省、国家及世界范围的地图横向“无缝”连接成为可能。

3.产品分发方式的多样化传统的纸质地图通过印刷后，经资料部门或发行部门实物分发方式，以单张地图或是地图集等形式提供给用图者使用。数字化时代的地图在分发途径上产生了相当大的灵活性。主要分发方式包括：通过计算机存贮介质的分发、通过计算机与通信网络以及通过电视、报纸等大众传播媒体3。