王家耀，孫力楠，成 毅

（解放軍信息工程大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，河南鄭州 450052）

創(chuàng)新思維改變地圖學(xué)

王家耀，孫力楠，成 毅

（解放軍信息工程大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，河南鄭州 450052）

隨著社會(huì)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，地圖學(xué)經(jīng)歷了并正在繼續(xù)經(jīng)歷著巨大的變化，這應(yīng)當(dāng)是人類創(chuàng)新思維的推動(dòng)。從8個(gè)方面論述了改變地圖學(xué)的創(chuàng)新思維，正是這些創(chuàng)新思維使地圖學(xué)這門具有悠久歷史的傳統(tǒng)學(xué)科生機(jī)勃勃、充滿活力，如今傳統(tǒng)地圖學(xué)（地圖制圖學(xué)）已發(fā)展成為地圖制圖學(xué)與地理信息工程（地理信息系統(tǒng)）學(xué)科，傳統(tǒng)地圖學(xué)已經(jīng)被數(shù)字化地圖學(xué)所取代，正向以地理空間信息綜合服務(wù)為核心的信息化地圖學(xué)轉(zhuǎn)變。地圖學(xué)發(fā)展的歷史表明，創(chuàng)新思維是必不可少的。

創(chuàng)新思維；地圖；地圖學(xué)

地圖學(xué)是描述和表達(dá)地（星）球空間數(shù)據(jù)場(chǎng)和信息流的科學(xué)，是地球空間信息的抽象、概括、表達(dá)和傳輸?shù)目茖W(xué)，兼有認(rèn)識(shí)論和方法論特色[1]。地圖學(xué)既是一門有著幾乎和世界文化同樣悠久歷史的古老科學(xué)，又是一門永遠(yuǎn)充滿生機(jī)與活力的科學(xué)[2]。在地圖學(xué)發(fā)展漫長(zhǎng)的歷史長(zhǎng)河中，有哪些值得追溯的對(duì)地圖學(xué)發(fā)展有重要影響的創(chuàng)新思維呢？這不僅需要總結(jié)地圖學(xué)的過(guò)去，同時(shí)也指導(dǎo)地圖學(xué)的現(xiàn)在和未來(lái)。

1 地圖學(xué)為何能獲得迅速發(fā)展和巨變

地圖學(xué)在經(jīng)歷漫長(zhǎng)而曲折的發(fā)展后步入信息社會(huì)，與之相關(guān)的幾乎所有科學(xué)技術(shù)都在發(fā)生著日新月異的變化，地圖學(xué)也在日新月異的變化中前行，特別是近、現(xiàn)代以來(lái)，地圖學(xué)可以說(shuō)發(fā)生了巨變。那么是哪些創(chuàng)新思維推動(dòng)了這一變化呢？

1.1 地圖—表達(dá)復(fù)雜地理世界的最偉大的創(chuàng)新思維

之所以說(shuō)地圖是表達(dá)復(fù)雜世界的最偉大的創(chuàng)新思維，從本質(zhì)上講是因?yàn)榈貓D作為一門科學(xué)語(yǔ)言，能跨越自然語(yǔ)言和文化而被廣泛接受。地圖的統(tǒng)一比例尺保證地理空間可以同等對(duì)待（空間客觀性），地圖采用經(jīng)過(guò)抽象的符號(hào)系統(tǒng)和簡(jiǎn)化的形式（信息等級(jí)層次）重構(gòu)復(fù)雜的地理世界具有抽象思維的戰(zhàn)略效用，具有投影系統(tǒng)的地圖符號(hào)的精確性和地名標(biāo)注的正確性保證可量算性和客觀性。正因?yàn)槿绱?，地圖才具備了科學(xué)表達(dá)非線性復(fù)雜世界的空間結(jié)構(gòu)與空間關(guān)系的本質(zhì)功能，與線性的文字表達(dá)方式相比具有無(wú)比的優(yōu)越性，于是有人說(shuō)“地圖的最初使用必然會(huì)在思想領(lǐng)域引起一場(chǎng)革命”[3-6]。

一幅地圖表達(dá)復(fù)雜地理世界的廣度和深度都是有限的，地圖集就不一樣了。地圖集是地圖的“綜合”和“深化”，即地圖集是依據(jù)統(tǒng)一的設(shè)計(jì)書(shū)和編圖大綱進(jìn)行設(shè)計(jì)和編繪的多個(gè)圖組、多幅（系列）地圖的系統(tǒng)匯編，各圖組、圖幅在內(nèi)容上互相聯(lián)系、形式上規(guī)格統(tǒng)一、按照完整的結(jié)構(gòu)體系和一定的邏輯關(guān)系把圖組、圖幅組織在一起，綜合反映復(fù)雜地理綜合體或其某個(gè)領(lǐng)域的空間結(jié)構(gòu)、空間關(guān)系、時(shí)空變化及質(zhì)量與數(shù)量特征等的客觀規(guī)律。無(wú)論是從“綜合”的角度還是從“深化”的角度，一部地圖集可以說(shuō)就是一部以圖形符號(hào)系統(tǒng)（地圖語(yǔ)言）表達(dá)的復(fù)雜地里世界綜合體的“科學(xué)著作”或“百科全書(shū)”，也是一個(gè)時(shí)代人類文明的傳媒，這正是地圖集的魅力、生命力之所在[7]。

地圖對(duì)人類社會(huì)的重要性，正如有人說(shuō)的“一個(gè)時(shí)代和一種文化沒(méi)有任何形式的地圖是難以想象的”，有人質(zhì)疑地問(wèn)到“我們能夠想象一個(gè)沒(méi)有地圖的世界嗎？”[6]可以說(shuō)，今天地圖已經(jīng)成為人們工作、學(xué)習(xí)、生活不可缺少的科學(xué)工具[8]。地圖 (集)作為表達(dá)復(fù)雜世界綜合體的創(chuàng)新思維對(duì)推動(dòng)地圖學(xué)發(fā)展有著極為重要的作用。

1.2 由傳統(tǒng)地圖學(xué)的“封閉體系”到現(xiàn)代地圖學(xué)的“開(kāi)放體系”

建立在近代地圖測(cè)繪基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)兩次世界大戰(zhàn)，于20世紀(jì)50年代形成的地圖學(xué)，稱之為“傳統(tǒng)地圖學(xué)”，是地圖生產(chǎn)之本，長(zhǎng)期以來(lái)成功地指導(dǎo)了地圖生產(chǎn)。然而，當(dāng)我們反思作為傳統(tǒng)地圖學(xué)的理論基礎(chǔ)和進(jìn)一步發(fā)展時(shí)，就不能不感到憂慮了。很明顯，傳統(tǒng)地圖學(xué)是一個(gè)封閉體系，主要表現(xiàn)在：以經(jīng)驗(yàn)總結(jié)為主，忽視基本理論的研究與建設(shè)；以聯(lián)系對(duì)本學(xué)科存在直接關(guān)系的學(xué)科為主，忽視同更高層次學(xué)科之間的聯(lián)系；以地圖制作為主，忽視地圖應(yīng)用的研究，尤其忽視地圖制圖者自身認(rèn)識(shí)論和使用者認(rèn)識(shí)活動(dòng)規(guī)律的研究。在這種情況下，傳統(tǒng)地圖學(xué)要獲得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展是困難的，甚至是不可能的。而這一切正好發(fā)生在20世紀(jì)50年代信息論、控制論和系統(tǒng)論三大科學(xué)理論問(wèn)世，繼相對(duì)論和量子力學(xué)之后又一次“徹底改變了世界科學(xué)圖景和當(dāng)代科學(xué)家的思維方式”，無(wú)疑也為地圖學(xué)的發(fā)展指明了前進(jìn)的方向。主要標(biāo)志是地圖信息傳輸理論和模式的提出，其中最有代表性的是捷克人柯拉斯尼（A Kolacny），他于1969年提出了第一個(gè)地圖信息傳輸?shù)哪Ｊ?，并引起了?guó)際制圖學(xué)界對(duì)這一問(wèn)題的普遍關(guān)注，先后提出了一系列地圖傳輸模式，我國(guó)學(xué)者至今還在進(jìn)行深入研究。這些模式雖各不相同，但都可以這樣來(lái)理解：制圖者（信息發(fā)送者）把對(duì)客觀世界（制圖對(duì)象）的認(rèn)識(shí)加以選擇、分類、簡(jiǎn)化等信息加工并經(jīng)過(guò)符號(hào)化（編碼），通過(guò)地圖（信息通道）傳遞給使用者（信息接收者），用圖者經(jīng)過(guò)符號(hào)識(shí)別（譯碼），并通過(guò)對(duì)地圖的分析和解釋形成對(duì)客觀世界（制圖對(duì)象）的認(rèn)識(shí)。很顯然，基于地圖傳輸觀點(diǎn)的地圖學(xué)是一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)。

地圖信息傳輸作為實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)地圖學(xué)的“封閉體系”到現(xiàn)代地圖學(xué)的“開(kāi)放體系”的創(chuàng)新思維，其意義是重大的。主要表現(xiàn)在：一是反映了地圖學(xué)作為一個(gè)“系統(tǒng)”的一切特征—完整性、目的性、人類認(rèn)識(shí)活動(dòng)基本過(guò)程、可控性等[9]；二是貫穿著地圖學(xué)的全部研究領(lǐng)域（地圖學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的研究最終目的是為了信息的有效傳輸）；三是，為地圖學(xué)的理論和實(shí)踐開(kāi)拓了更加廣闊的研究領(lǐng)域（具有交叉科學(xué)的特征）；四是帶來(lái)了地圖科技工作者觀念的轉(zhuǎn)變與更新，使地圖科技工作者深刻的認(rèn)識(shí)到地圖學(xué)是一個(gè)地圖信息傳輸系統(tǒng)，要用信息論、控制論和系統(tǒng)論指導(dǎo)地圖學(xué)的研究、地圖的設(shè)計(jì)和制作。地圖信息傳輸?shù)挠^點(diǎn)，是對(duì)地圖學(xué)本質(zhì)特征的揭示，對(duì)今天已經(jīng)步入信息時(shí)代的地圖學(xué)（信息化地圖學(xué)）在理論、方法、技術(shù)的深化發(fā)展方面都具有深遠(yuǎn)的意義。

1.3 由經(jīng)驗(yàn)地圖制圖到更加嚴(yán)密的理論模型制圖研究

把地圖作為模型是英國(guó)學(xué)者C.Board于1967年在《作為模型的地圖》一文中提出的。他的這一見(jiàn)解使地圖學(xué)術(shù)界把地圖視為一種模型的思想前進(jìn)了一大步，并使模型理論與技術(shù)在地圖制圖中得到普遍運(yùn)用，使地圖進(jìn)入更加嚴(yán)密的理論模型研究階段，對(duì)促進(jìn)地圖學(xué)的現(xiàn)代化進(jìn)程起到了重要作用。

地圖作為模型，具有抽象模型中的概念模型、模擬模型和數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)。從系統(tǒng)論的觀點(diǎn)來(lái)看，人們既可以直接研究系統(tǒng)的原型，又可以從研究系統(tǒng)的模型著手，而將研究結(jié)論推廣到原型。通過(guò)模型來(lái)研究系統(tǒng)，是系統(tǒng)論觀點(diǎn)的一種重要方法。把地圖作為模型可以使我們更深刻的理解與更深入的研究地圖系統(tǒng)模型，長(zhǎng)期以來(lái)一直推動(dòng)著地圖學(xué)的發(fā)展。

我們可以把地圖視為地理環(huán)境的空間結(jié)構(gòu)模型，其構(gòu)建過(guò)程本質(zhì)上是模型變換的過(guò)程或數(shù)據(jù)處理的過(guò)程，可以表述為其中，G為模型變換算子，Mk1為算子作用之前的模型，MK2為算子作用之后的模型[10]。對(duì)于不同類型的地圖（如普通地圖和專題地圖），G、Mk1、MK2有不同的含義。對(duì)于普通地圖（如地形圖），不同尺度模型之間變換的核心是制圖綜合，G為制圖綜合算子，Mk1為制圖綜合算子作用之前的大比例尺地圖模型，Mk2為制圖綜合算子作用之后的較小比例尺地圖模型[11,12]；對(duì)于專題地圖，模型變換的核心是專題數(shù)據(jù)處理和地理底圖要素?cái)?shù)據(jù)處理，G相應(yīng)地為專題數(shù)據(jù)處理的數(shù)學(xué)模型和地理底圖要素?cái)?shù)據(jù)處理的制圖綜合算子，Mk1為模型變換之前的專題數(shù)據(jù)和地理底圖要素?cái)?shù)據(jù)，MK2為模型變換之后的專題地圖模型[13]。

把地圖作為模型對(duì)于深化地圖學(xué)理論、方法與技術(shù)的研究具有十分重要的作用和意義。地圖作為現(xiàn)實(shí)世界抽象化和概括化的模型，具有解釋地理世界空間結(jié)構(gòu)和空間關(guān)系的功能，成為一切與空間位置有關(guān)的自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象定位的依據(jù)，為模擬地圖向數(shù)字地圖轉(zhuǎn)換奠定了邏輯數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，為地理信息系統(tǒng)（GIS）中描述點(diǎn)、線、面單元的空間關(guān)系提供了理論依據(jù)，使地圖學(xué)的功能在GIS環(huán)境下得到充分的擴(kuò)展和延伸，為實(shí)現(xiàn)全數(shù)字地圖制圖和空數(shù)據(jù)多尺度表達(dá)提供理論和方法支撐。半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，正是地圖作為模型的思維創(chuàng)新推動(dòng)了地圖學(xué)的發(fā)展，而且這些領(lǐng)域探索的空間還很大。

1.4 由手工地圖制圖到電子計(jì)算機(jī)地圖制圖再到數(shù)字地圖制圖與出版一體化

傳統(tǒng)地圖制圖技術(shù)經(jīng)歷過(guò)用繪圖工具在圖紙上繪圖到用刻圖工具在薄膜（涂布刻圖膜上刻圖的技術(shù)變革，也某種程度地改變了地圖制圖與出版工藝，縮短了地圖生產(chǎn)周期，提高了地圖質(zhì)量，但這些都只是工藝的改變，并未擺脫手工制圖的狀態(tài)。

電子計(jì)算機(jī)在制圖上的應(yīng)用，最早是在工程機(jī)械繪圖方面。這就給人們以啟發(fā)：能不能利用電子計(jì)算機(jī)繪制地圖呢？科學(xué)源于問(wèn)題，正是在這種思維的驅(qū)動(dòng)下，在20世紀(jì)70年代，計(jì)算機(jī)地圖制圖專業(yè)在我國(guó)就建立起來(lái)了。

要從真正意義上實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)地圖制圖，首先要實(shí)現(xiàn)制圖資料的數(shù)字化，并進(jìn)一步建立地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，這就推動(dòng)了20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始的各類地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)。在以大比例尺地圖數(shù)據(jù)庫(kù)作為基礎(chǔ)利用計(jì)算機(jī)制作較小比例尺地圖時(shí)，要解決制圖綜合這一國(guó)際性難題，這就首先引發(fā)了人在制圖綜合過(guò)程中的思維方式（抽象思維、視覺(jué)思維和靈感思維）以及自動(dòng)制圖綜合過(guò)程控制及質(zhì)量評(píng)估模型的研究，極大地推動(dòng)了數(shù)字地圖自動(dòng)制圖綜合模型、算法和知識(shí)（智能化）的深入研究，取得了一系列達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平甚至具有國(guó)際領(lǐng)先水平的科學(xué)成果，同時(shí)引發(fā)了多尺度地圖數(shù)據(jù)庫(kù)一體化更新的研究[14，15，16,17,18,19,20,21]；地圖制圖的數(shù)字化，導(dǎo)致了地圖出版的數(shù)字化，出現(xiàn)了地圖印前編輯系統(tǒng)、數(shù)字直接制版甚至直接印刷系統(tǒng)等軟硬件，如今地圖制圖與地圖出版的全數(shù)字化與一體化、智能化已成為學(xué)界和業(yè)界的共同目標(biāo)。目前，國(guó)內(nèi)外的地圖制圖與出版生產(chǎn)，已實(shí)現(xiàn)了由傳統(tǒng)手工地圖制圖出版到現(xiàn)代計(jì)算機(jī)數(shù)字地圖制圖與出版的歷史性跨越，打破了長(zhǎng)期以來(lái)制圖與出版之間的分工界線。所以地圖制圖出版技術(shù)上的革命首先得益于思維創(chuàng)新，思維創(chuàng)新引發(fā)了理論上的突破，并對(duì)地圖制圖與出版技術(shù)上的革命起先導(dǎo)作用。

2 地圖學(xué)的應(yīng)用已向更廣的領(lǐng)域延伸

2.1 從地理信息系統(tǒng)到地理信息服務(wù)

GIS中的“S”，可以是“System”（系統(tǒng)），也可以是“Science”（科學(xué)），還可以是“Service”（服務(wù)）。

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System），首先由加拿大測(cè)量學(xué)家R.F.Tom linson于1965年提出并建成了世界上第一個(gè)地理信息系統(tǒng)CGIS。它脫胎于地圖、脫胎于機(jī)助地圖制圖系統(tǒng)、從地圖數(shù)據(jù)庫(kù)脫胎出來(lái)。40余年來(lái)伴隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和遙感（RS）及衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（GNSS）的快速發(fā)展，地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源已不再局限于地圖數(shù)據(jù)，還包括遙感圖像數(shù)據(jù)、全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)感知數(shù)據(jù)和各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，信息的實(shí)時(shí)性和動(dòng)態(tài)性不斷增強(qiáng)，同傳統(tǒng)地圖一旦制成其表示內(nèi)容就被“固化”了相比，地理信息查詢、分析和可視化表達(dá)功能更加強(qiáng)大。地理信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和軟件開(kāi)發(fā)模式都發(fā)生了很大變化[22]。

地理信息科學(xué)（Geographic Information Science）由M ichaelGoodChild于1992年提出，從科學(xué)層面研究了地理信息特別是三維分析建模、整體地球（由地心到地面及其上一定空間）的格網(wǎng)剖分、空間關(guān)系及其推理、多元異構(gòu)地理空間數(shù)據(jù)集成、融合與同化等[23，24,25,26,27,28]。

地理信息服務(wù)（Geographic Information Service），體現(xiàn)一切都是服務(wù)的新思維，必然導(dǎo)致從面向數(shù)據(jù)到面向服務(wù)，從面向數(shù)據(jù)重用到面向功能重用、從面向數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)到面向服務(wù)接口標(biāo)準(zhǔn)、從面向?qū)I(yè)用戶到面向大眾用戶的轉(zhuǎn)變，這正是目前研究與推行的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（Web Service）模式和網(wǎng)格服務(wù)（新一代網(wǎng)絡(luò)，Grid Service）模式，其基本特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)、功能、計(jì)算資源、知識(shí)資源、衛(wèi)星傳感器網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算平臺(tái)等都是分布式位于網(wǎng)絡(luò)/網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)資源共享與協(xié)同工作，利用面向應(yīng)用的服務(wù)聚合方式為各類用戶提供個(gè)性化的服務(wù)，徹底改變一個(gè)用戶一個(gè)系統(tǒng)的傳統(tǒng)服務(wù)理念，是一種新的地理信息服務(wù)生成模式[29,30,31]。

地理信息系統(tǒng)及其先進(jìn)技術(shù)支撐地理信息科學(xué)研究，地理信息息科學(xué)以先進(jìn)理論引導(dǎo)地理信息系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展，地理信息服務(wù)對(duì)地理信息科學(xué)和技術(shù)不斷提出新的要求，三者相互促進(jìn)、相互支撐、共同發(fā)展。這正是創(chuàng)新思維所要達(dá)到的目的。

2.2 從地圖可視化到空間信息可視化再到虛擬地理環(huán)境

可視化對(duì)地圖學(xué)并不陌生，地圖本身就是可視化的。不過(guò)相對(duì)于地圖可視化主要研究傳統(tǒng)符號(hào)化、視覺(jué)變量及視覺(jué)感受效果而言，空間信息可視化則著重探索在動(dòng)態(tài)、時(shí)空變換、多維條件下的視覺(jué)效果和增強(qiáng)視覺(jué)工具的功能，重點(diǎn)是將那些通常很難設(shè)想和接近的地理環(huán)境，以動(dòng)態(tài)直觀的方式表現(xiàn)出來(lái)，其目的是提高對(duì)空間數(shù)據(jù)復(fù)雜過(guò)程分析的洞察能力，提高多維和多時(shí)相空間數(shù)據(jù)和過(guò)程的顯示能力，改善地理空間信息的傳輸效果，增強(qiáng)理解、發(fā)現(xiàn)自然界存在的地理現(xiàn)象的相互關(guān)系和啟發(fā)創(chuàng)新思維的能力[32,33]，給地球科學(xué)研究帶來(lái)了根本性變革，加深了對(duì)地理數(shù)據(jù)的理解，加強(qiáng)了地理學(xué)分析的直觀性，可借以觀測(cè)到諸如海洋環(huán)流、大氣湍流、地殼運(yùn)動(dòng)等地學(xué)過(guò)程；利用空間信息可視化技術(shù)模擬熱帶氣旋的移動(dòng)、火山灰云的活動(dòng)、海洋風(fēng)暴潮及其對(duì)城市海水入侵過(guò)程，從而做出預(yù)警，使社會(huì)和公眾避免或減小損失。

在空間信息可視化基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的虛擬地理環(huán)境（Virtual Geographic Environments，VGE）是虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)在地理環(huán)境模擬中的應(yīng)用，是一種由計(jì)算機(jī)生成的高級(jí)人機(jī)交互系統(tǒng)，構(gòu)成一個(gè)以視覺(jué)感受為主，也包括聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)的可感知地理環(huán)境，通過(guò)頭盔式的三維立體顯示器、數(shù)據(jù)手套及立體聲耳機(jī)等，使人完全沉浸在計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的可視化地理環(huán)境里，人們可以通過(guò)這些專門設(shè)備在這個(gè)地理環(huán)境中實(shí)現(xiàn)觀察、觸摸、操作、檢測(cè)等試驗(yàn)，有身臨其境之感。在衛(wèi)星傳感器網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)/準(zhǔn)實(shí)時(shí)傳輸現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的情況下，可以構(gòu)成與現(xiàn)場(chǎng)變化同步/準(zhǔn)同步的虛擬地理環(huán)境，作為災(zāi)害防范和搶險(xiǎn)救災(zāi)的地理環(huán)境工作平臺(tái)或作戰(zhàn)指揮控制和訓(xùn)練戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境平臺(tái)，決策者（指揮員）在可 “進(jìn)入”的地理環(huán)境中進(jìn)行交互式操作并做出決策。正因?yàn)槿绱?，這些年來(lái)虛擬地理環(huán)境的研究格外受到重視，取得了許多成果[34,35,36,37]。

作為地理信息表達(dá)的創(chuàng)新思維的空間信息可視化與虛擬地理環(huán)境，是信息時(shí)代地圖學(xué)的一個(gè)新的生長(zhǎng)點(diǎn)，對(duì)于拓寬學(xué)科領(lǐng)域和促進(jìn)地圖學(xué)理論、方法與技術(shù)的深化發(fā)展必將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

2.3 從地圖分析到GIS空間分析再到空間數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)

地圖分析與應(yīng)用[38]，這是一個(gè)最基礎(chǔ)的問(wèn)題，在傳統(tǒng)紙質(zhì)地圖上利用簡(jiǎn)單的工具和圖廓外輔助工具進(jìn)行量算，基本上是手工操作，不僅費(fèi)時(shí)、不便而且量算分析的精度和深度都很差，許多深層次的分析與應(yīng)用甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

而地理信息系統(tǒng)就不一樣了，由于地理信息是數(shù)字化的（數(shù)字地圖），采用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)，GIS軟件有很強(qiáng)的自動(dòng)信息查詢、檢索、量算和空間分析功能（模型和算法），很容易獲得地面任意點(diǎn)的位置（坐標(biāo)）、高程、方位、面積、坡度、坡向、兩（多）點(diǎn)間的距離、兩（多）點(diǎn)間的斷面，方便地進(jìn)行各要素的疊置分析、緩沖區(qū)分析和最優(yōu)路徑分析，相對(duì)傳統(tǒng)紙質(zhì)地圖而言，GIS空間分析不僅速度快、精度高，而且許多在傳統(tǒng)地圖上很難進(jìn)行甚至不可能進(jìn)行的分析，在GIS環(huán)境下都能很容易的實(shí)現(xiàn)。所以，GIS空間分析模型、算法成為研究的重點(diǎn)，取得了許多頗有應(yīng)用價(jià)值的成果[39,40,41,42,43]。

全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（GNSS）和遙感（RS），特別是衛(wèi)星傳感器網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，地理信息源的獲取突破了時(shí)間和空間的限制，形成數(shù)據(jù)量極其巨大的數(shù)據(jù)場(chǎng)和信息流。在這種情況下，GIS的一般空間分析就顯得不夠了[44]，地圖學(xué)完全有必要而且也有可能把著重點(diǎn)放在地理信息的深加工方面來(lái)[45]。一方面，要促進(jìn)地學(xué)空間分析的深化與實(shí)用化，即結(jié)合領(lǐng)域應(yīng)用研究有針對(duì)性的地學(xué)空間分析模型、算法；另一方面，由于當(dāng)前GIS中的空間分析仍主要以圖形操作為主，而隱藏在海量空間數(shù)據(jù)中的許多知識(shí)和有用信息的提取和發(fā)現(xiàn)方面的功能仍相對(duì)薄弱，而這些知識(shí)和有用信息對(duì)決策者來(lái)說(shuō)又是必不可少的，所以更要特別重視空間數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)的智能化和實(shí)用化研究，即針對(duì)領(lǐng)域應(yīng)用研究SDMKD的模型和算法，并開(kāi)發(fā)各種專用的高級(jí)知識(shí)發(fā)現(xiàn)工具，以便從海量空間數(shù)據(jù)集中識(shí)別或提取出有效的、新穎的、潛在有用的、最終可理解的模式和規(guī)律，更直接面向國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的主戰(zhàn)場(chǎng)，為宏觀決策和工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、作戰(zhàn)指揮提供更高效、深層次、濃縮的地理信息深加工產(chǎn)品。目前，不僅出版了一些有影響的SDKMD著作，而且也出現(xiàn)了一些有實(shí)用價(jià)值的SDKMD工具包。[46,47,48,49,50,51,52]

從地圖分析到GIS空間分析再到空間數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)，這是由數(shù)據(jù)到信息再到知識(shí)的思維創(chuàng)新過(guò)程，反映了人們分析和利用地理空間信息的思維方式的演進(jìn)。

2.4 從地圖空間認(rèn)知到基于思維科學(xué)的多模式時(shí)空綜合認(rèn)知

空間認(rèn)知（Spatial Cognition）是認(rèn)知科學(xué)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。同認(rèn)知科學(xué)相比較，思維科學(xué)不僅是一個(gè)學(xué)科群，而且是一個(gè)與自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)平行的科學(xué)技術(shù)大門類，涉及到抽象思維、形象思維和靈感思維[53,54]。

地圖空間認(rèn)知主要研究人如何利用地圖獲取空間信息，對(duì)信息的認(rèn)識(shí)和記憶，利用信息制定決策和指導(dǎo)行動(dòng)，包括地圖空間認(rèn)知的表象過(guò)程、記憶過(guò)程和思維過(guò)程，其中思維是核心。這方面已經(jīng)有許多研究[55-58]。

多模式時(shí)空綜合認(rèn)知強(qiáng)調(diào)的是“多模式”、“時(shí)空”與“綜合認(rèn)知”。在這里，“多模式”不僅僅指的是地圖，還有地理信息系統(tǒng)和虛擬地理環(huán)境，盡管基于地圖的空間認(rèn)知是基礎(chǔ)，但是基于地理信息系統(tǒng)和虛擬地理環(huán)境的空間認(rèn)知也是很重要的，因?yàn)樗鼈兺卣?、延伸和深化了地圖功能，這對(duì)提高空間認(rèn)知能力和水平是非常有效的；“時(shí)空”指我們認(rèn)知的對(duì)象是多維的、具有空間位置或空間分布特征的、隨時(shí)間變化的，即它們存在于時(shí)空之中；“綜合認(rèn)知”指的是多模式空間認(rèn)知的綜合與集成，即綜合集成地圖、地理信息系統(tǒng)、虛擬地理環(huán)境等多模式各自空間認(rèn)知的特征，獲得更全面、更系統(tǒng)、更深刻、更科學(xué)的地理環(huán)境認(rèn)知，幫助決策者更科學(xué)地做出決策并指導(dǎo)行動(dòng)。

由地圖空間認(rèn)知到地理信息系統(tǒng)、虛擬地理環(huán)境的多模式空間認(rèn)知，這是一個(gè)進(jìn)步，可以在更高水平上促進(jìn)思維科學(xué)在地圖學(xué)中的應(yīng)用。該領(lǐng)域的研究還有很長(zhǎng)的路要走。

3結(jié)語(yǔ)

本文從思維辨析的角度，從地圖作為表達(dá)復(fù)雜地理世界的最偉大的創(chuàng)新思維、由傳統(tǒng)地圖學(xué)的“封閉體系”到現(xiàn)代地圖學(xué)的“開(kāi)放體系”、由經(jīng)驗(yàn)地圖制圖到更加嚴(yán)密的理論模型研究、從手工地圖制圖到電子計(jì)算機(jī)地圖制圖再到數(shù)字地圖制圖與出版一體化、從地理信息系統(tǒng)到地理信息服務(wù)、從地圖可視化到空間信息可視化再到虛擬地理環(huán)境、從地圖分析到GIS空間分析再到空間數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)、從地圖空間認(rèn)知到基于思維科學(xué)的多模式時(shí)空綜合認(rèn)知等八個(gè)方面，論述了它們是如何促進(jìn)地圖學(xué)發(fā)展的，更多地著眼思維方式而不是拘泥于技術(shù)，這可能有助于思考問(wèn)題，理論創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新首先是思維創(chuàng)新。

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Innovative Thinking Change Cartography

by WANG Jiayao

With the development of society and technology,the cartography has undergone dramatic changes and now it is continuing,and this should be the promotion of human innovative thinking.This article discussed the innovative thinking of changing cartography from eight aspects,and it was this innovative thinking make the cartography,a traditional discipline which had a long history,remain vibrancy,and the traditional cartographic techniques had been replaced by the digital cartographic technology,and now it was transforming to the information cartography which based on the integrated service of geospatial information.The development history of cartography showed that the Innovative thinking is essential.

Innovative thinking,Map,Cartography （Page:1）

P28

B

1672-4623(2011)02-0001-05

2010-03-20

王家耀，教授，中國(guó)工程院院士，從事地圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科的教學(xué)與科研。