李志林，藍(lán) 天，遆 鵬，徐 柱

1. 西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，四川 成都 611756； 2. 高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全空間信息技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 611756

1 為什么能從馬斯洛人生需求層次理論看地圖學(xué)的進(jìn)展

地圖是人類最古老的3大交流工具之一，其歷史幾乎和世界文明同樣悠久。地圖載負(fù)了豐富的自然、人文、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等信息[1]，是空間信息傳輸?shù)闹饕ぞ?。地圖學(xué)是一門古老而又不斷注入新活力的學(xué)科[2]，其發(fā)展伴隨著人類文明從原始社會(huì)向農(nóng)業(yè)社會(huì)、工業(yè)社會(huì)及信息社會(huì)的轉(zhuǎn)變。地圖科學(xué)、地圖文化和地圖哲學(xué)都與地圖發(fā)展的歷史息息相關(guān)[3]，研究地圖學(xué)的發(fā)展歷程不僅有助于更好地認(rèn)識(shí)人類文明的演變，也對(duì)地圖學(xué)未來的發(fā)展具有指導(dǎo)意義。

現(xiàn)有對(duì)地圖學(xué)發(fā)展歷程的劃分方法大多基于時(shí)間準(zhǔn)則，如王家耀院士把地圖學(xué)進(jìn)展劃分了3個(gè)時(shí)期：約公元16世紀(jì)前(古代地圖學(xué))、約公元16世紀(jì)至20世紀(jì)中葉(近代地圖學(xué))和20世紀(jì)中葉以來(現(xiàn)代地圖學(xué))[4]。也有些根據(jù)時(shí)間與地圖制圖的特征結(jié)合來劃分，如文獻(xiàn)[5]中的劃分：先秦時(shí)期的原始地圖、秦漢時(shí)期軍事地圖的興盛、魏晉時(shí)期的地圖與裴秀在地圖學(xué)上的建樹、隋唐時(shí)期圖志圖記的繁榮、裴秀制圖在唐代的復(fù)蘇和發(fā)展、宋代地圖的大發(fā)展與雕版印刷地圖的出現(xiàn)、元明兩代的傳統(tǒng)制圖學(xué)高峰、明末西洋制圖學(xué)的輸入與清初全國(guó)地圖的測(cè)繪、清末地圖集的編制，這種從時(shí)間的角度看問題能夠清晰地把握地圖學(xué)進(jìn)展的脈絡(luò)，然而難以全面反映地圖學(xué)與人類文明進(jìn)程的密切關(guān)系及地圖發(fā)展的本質(zhì)驅(qū)動(dòng)因素。

事實(shí)上，人類日常生活、社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科學(xué)研究等許多方面都需要地圖。隨著人類社會(huì)發(fā)展的進(jìn)步，也必然需要地圖進(jìn)展與時(shí)俱進(jìn)。因此，需要從人類需求的角度將整個(gè)地圖學(xué)發(fā)展過程進(jìn)行解析，以便能夠更為深刻地理解地圖演變的本質(zhì)和原因。馬斯洛人生需求層次理論恰好反映了人們需求隨社會(huì)發(fā)展的變化，因此，本文旨在從馬斯洛人生需求層次理論的角度看地圖學(xué)的進(jìn)展，并對(duì)地圖學(xué)未來的進(jìn)展進(jìn)行展望。

2 基于馬斯洛人生需求層次理論解讀地圖學(xué)進(jìn)展需求

2.1 馬斯洛人生需求層次理論

馬斯洛人生需求層次理論(Maslow 's hierarchy of needs)最早由Abraham Maslow于1943年提出[6]，隨后在1954年出版的《動(dòng)機(jī)與人格》(Motivation and Personality)中完整闡述[7]。該理論認(rèn)為人類的需求是以層次的形式出現(xiàn)的，由低級(jí)的需求開始，逐級(jí)向上發(fā)展到高級(jí)層次的需求。具體來說，共包含5個(gè)層次(圖1)。

圖1 馬斯洛人生需求層次理論

(1) 生理需求(physiological needs)。生理需求是級(jí)別最低的基本需求，如呼吸、水和食物。

(2) 安全需求(safety needs)。安全需求同屬基本需求，包括對(duì)人身安全、生活穩(wěn)定，以及免遭痛苦、威脅或疾病、身體健康及私有財(cái)產(chǎn)等與自身安全感有關(guān)的事情。

(3) 社交需求(social needs)，也稱愛和歸屬的需求(Love/belonging needs)。社交需求屬較高層的心理需求，如對(duì)于友誼、愛情及隸屬關(guān)系的需求。

(4) 尊嚴(yán)需求(esteem needs)。尊嚴(yán)需求也屬心理需求，既包括對(duì)成就或自我價(jià)值的個(gè)人感覺，也包括他人對(duì)自己的認(rèn)可與尊重，如成就、名聲、地位和晉升機(jī)會(huì)等。

(5) 自我實(shí)現(xiàn)需求(need for self-actualization)。自我實(shí)現(xiàn)需求是最高層次的需求，包括針對(duì)真善美至高人生境界獲得的需求，如自我實(shí)現(xiàn)，發(fā)揮潛能等。

目前，馬斯洛人生需求層次理論已經(jīng)被應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，如企業(yè)管理[8]、醫(yī)療護(hù)理[9]、社會(huì)發(fā)展[10]、文學(xué)解讀[11]、思政教育[12]等。

2.2 馬斯洛人生需求層次與地圖學(xué)進(jìn)展需求的類比解讀

地圖進(jìn)展是由不同層次需求驅(qū)動(dòng)。本節(jié)將類比馬斯洛人生需求的層次，對(duì)地圖需求進(jìn)行不同層次的劃分。

馬斯洛人生需求的第1層次是生理需求，這關(guān)乎人的生存與否。類似的，地圖生存與否關(guān)乎“是不是地圖”的問題。地圖最基本特性是符號(hào)表達(dá)，沒有符號(hào)表達(dá)就沒有地圖。因此，地圖學(xué)的第1層次需求為符號(hào)化。

馬斯洛人生需求的第2層次為安全需求，這關(guān)乎身體健康和財(cái)產(chǎn)安全。地圖的安全問題是指地圖使用的安全，即可靠性。地圖的可靠與否與地圖是否精確有關(guān)。要制作精確的地圖就必須有嚴(yán)密的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)(地圖投影和比例尺)。只有這樣才能達(dá)到可量測(cè)性(地圖的第2特性)，即可以從地圖上量測(cè)各種空間要素的坐標(biāo)、方位、遠(yuǎn)近等信息。因此，地圖學(xué)的第2層需求為數(shù)學(xué)化。

馬斯洛人生需求的第3層次為社交需求，這關(guān)乎有否關(guān)愛，有否情感互動(dòng)，有否關(guān)聯(lián)。而理論就是將1組概念(或變量)關(guān)聯(lián)起來，建立起每種關(guān)系或模型。因此，地圖學(xué)的關(guān)聯(lián)問題就是將一些概念(或變量)關(guān)聯(lián)起來，以形成各種地圖學(xué)理論。因此，地圖學(xué)的第3層次需求為理論化。

馬斯洛人生需求的第4層為尊嚴(yán)需求，這關(guān)乎是否得到認(rèn)可、是否有威望、是否受到尊重。有些地圖事關(guān)一個(gè)國(guó)家主權(quán)和領(lǐng)土完整，具有特別明顯的嚴(yán)肅性和權(quán)威性。為此，地圖的表達(dá)必須按照標(biāo)準(zhǔn)，地圖設(shè)計(jì)和制作需要遵循規(guī)范。因此，地圖學(xué)的第4層次需求為規(guī)范化。

馬斯洛人生需求的第5層次為自我實(shí)現(xiàn)，與人自身潛能是否發(fā)揮相關(guān)，反映了人對(duì)至高人生境界的追求，是個(gè)性化的表現(xiàn)。在信息時(shí)代，地圖表達(dá)不斷泛化，各種泛地圖形式(似地圖、類地圖)不斷涌現(xiàn)，這些都是個(gè)性化的體現(xiàn)。因此，地圖學(xué)的第五層次需求為個(gè)性化。

通過以上類比，發(fā)現(xiàn)地圖學(xué)發(fā)展過程中不同的需求與馬斯洛人生需求層次有著極為相似的內(nèi)涵，地圖不同層次的需求可和馬斯洛人生需求層次基本對(duì)應(yīng)(圖2)。

圖2 馬斯洛人生需求層次與地圖學(xué)需求層次的類比

3 基于需求層次描述地圖進(jìn)展歷程

綜上所述，根據(jù)人們對(duì)地圖的不同需求，本文基于馬斯洛人生需求層次理論提出了地圖的需求層次理論，共包含5個(gè)層次：符號(hào)化、數(shù)學(xué)化、理論化、規(guī)范化和個(gè)性化。

3.1 地圖符號(hào)化

對(duì)地物的抽象表達(dá)(符號(hào)化)是地圖基本的特征之一，也是地圖最基本的需求。制作于公元前6世紀(jì)的古巴比倫世界地圖是已知最為久遠(yuǎn)的古地圖(圖3)，反映了當(dāng)時(shí)巴比倫人對(duì)世界的認(rèn)識(shí)。在該地圖上，世界被繪制為一個(gè)圓盤，古巴比倫位于中心，其余地物圍繞其進(jìn)行表達(dá)，其中以古巴比倫為圓心的內(nèi)圈大圓代表陸地，其內(nèi)部較小的橢圓符號(hào)代表大小不一的城市，矩形符號(hào)則代表沼澤、山川、河流等地物，外圈大圓與內(nèi)圈大圓之間的部分為海洋，將陸地緊緊包圍，而外圈以外的部分則代表荒遠(yuǎn)之地，與陸地隔海相望。除古巴比倫地圖外，當(dāng)前已發(fā)現(xiàn)的古地圖均是針對(duì)地理對(duì)象的不同抽象程度的符號(hào)化表達(dá)。

圖3 古巴比倫地圖(https:∥en.wikipedia.org/wiki/Babylonian_Map_of_the_World)

3.2 地圖數(shù)學(xué)化

僅有地圖符號(hào)化并不能準(zhǔn)確反映地物之間的距離、方位等空間關(guān)系。對(duì)于船只遠(yuǎn)航等任務(wù)，地圖上地物間的空間距離和方向顯得尤為重要，能夠有效引導(dǎo)船只按照最佳航線航行。地圖數(shù)學(xué)化提升了地圖的可靠性，最主要的體現(xiàn)是經(jīng)緯度和地圖投影的引入。

經(jīng)緯度是一種利用三維球面定義地球空間的球面坐標(biāo)系統(tǒng)，能夠標(biāo)示地球上任何一個(gè)位置。它最早由古希臘地理學(xué)家埃拉托斯特尼(公元前275年—公元前193年)約于公元前240年提出，并據(jù)此測(cè)量了地球周長(zhǎng)(圖4(a))[13]。希臘地理學(xué)家托勒密(公元前305—公元前30年)于公元約140年在其著作《地理學(xué)指南》中不僅詳細(xì)介紹如何采用經(jīng)緯度將地球繪制到平面上，還標(biāo)注了世界上多個(gè)地點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)(https:∥en.wikipedia.org/wiki/Ptolemy)。

地圖投影能夠?qū)⒌厍虻谋砻嬲蛊降蕉S平面，在不同的投影方式下展平地球表面會(huì)有不同程度的變形，因而衍生出多種投影方法(如圓錐投影和圓柱投影)以滿足不同的地圖應(yīng)用需求。托勒密在《地理學(xué)指南》第8卷中收錄了多幅地圖，其中一幅世界地圖(圖4(b))被認(rèn)為是最早在全球尺度上采用投影方式表達(dá)的地圖(https:∥en.wikipedia.org/wiki/Ptolemy)。由荷蘭地理學(xué)家墨卡托在1569年提出的正軸等角圓柱投影(即“墨卡托投影”)可以保持投影后的角度(即等角)，從而保證了地圖上任意兩點(diǎn)間的正確方位，對(duì)之后制作海圖、航路圖發(fā)揮了巨大作用(https:∥en.wikipedia.org/wiki/Mercator_projection)。

此外，地圖格網(wǎng)也是實(shí)現(xiàn)地圖數(shù)學(xué)化的一種方式?？汤L于宋代的禹跡圖(一塊在西安碑林，刻于1136年；另一塊在鎮(zhèn)江焦山碑林，刻于1100年)采用了方格網(wǎng)的繪制方法(圖4(c))，是中國(guó)現(xiàn)存最早的石刻地圖之一。我國(guó)東漢時(shí)期的地理學(xué)家張衡曾于公元116年繪制的地形圖并流傳至唐代，文獻(xiàn)[14]推測(cè)張衡曾運(yùn)用計(jì)里畫方的網(wǎng)格繪圖。

圖4 地圖學(xué)的數(shù)學(xué)化

3.3 地圖理論化

隨著經(jīng)緯度和地圖投影等數(shù)學(xué)知識(shí)的引入，地圖逐步演變成為一門學(xué)問，同時(shí)在向科學(xué)進(jìn)展的過程中，因而需要理論化的支撐。制圖六體是最早的地圖制圖理論，共包含6條制圖準(zhǔn)則[5]。

(1) “分率”，用于反映面積、長(zhǎng)寬之比例，即今之比例尺。

(2) “準(zhǔn)望”，用于確定地貌、地物彼此間的相互方位關(guān)系。

(3) “道里”，用于確定兩地之間道路的距離。

(4) “高下”，即相對(duì)高程。

(5) “方邪”，即地面坡度的起伏。

(6) “迂直”，即實(shí)地高低起伏與圖上距離的換算。

制圖六體由西晉時(shí)期地圖學(xué)家裴秀(224-271年)在其《禹貢地域圖》序中明確提出，該理論正確地闡明了地圖比例尺、方位和距離的關(guān)系，可以說是當(dāng)時(shí)世界上最科學(xué)最完善的制圖理論，對(duì)中國(guó)乃至世界地圖制作技術(shù)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

地圖學(xué)發(fā)展至今，新理論也在不斷涌現(xiàn)。地圖綜合是地圖學(xué)中最重要的理論之一，它指在地圖編制過程中，根據(jù)編圖目的，可對(duì)制圖對(duì)象進(jìn)行選取和概括。20世紀(jì)60年代，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)地圖符號(hào)的數(shù)目與比例尺之間存在關(guān)系，可用于地圖綜合[15]。之后，一些學(xué)者提出了客觀化綜合的自然法則[16]，構(gòu)建了基于自然法則的“尺度驅(qū)動(dòng)、空間優(yōu)先”的客觀綜合范式[17]，并依據(jù)這一范式研發(fā)了整套基于柵格代數(shù)的算法[18]。

在地圖符號(hào)設(shè)計(jì)中，需要量化表達(dá)地理現(xiàn)象間的差異。法國(guó)制圖學(xué)家Jacques Bertin于1964年提出視覺變量(圖5(a))，共包含5種基本變量，即形狀、方向、尺寸、顏色和紋理[19]。美國(guó)制圖學(xué)家Arthur H. Robinson在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善，認(rèn)為視覺變量由基本視覺變量(形狀、尺寸、方向、色相、亮度、純度)和從屬視覺變量(網(wǎng)紋排列、網(wǎng)紋紋理、網(wǎng)紋方向)兩部分組成[20]。針對(duì)動(dòng)態(tài)地圖的出現(xiàn)和發(fā)展，視覺變量進(jìn)一步擴(kuò)展到動(dòng)態(tài)視覺變量[21]，包括持續(xù)時(shí)間(duration)、順序(order)、變化率(rate of change)、頻率(frequency)、瞬間(moment)和同步(synchronisation)。此外，地圖符號(hào)的形式化表達(dá)能夠推進(jìn)地圖符號(hào)學(xué)走向數(shù)學(xué)化，有學(xué)者已驗(yàn)證了中文單詞結(jié)構(gòu)可以用于表達(dá)地圖復(fù)合符號(hào)結(jié)構(gòu)[22]，部分不能直接用中文單詞結(jié)構(gòu)表達(dá)的可以通過數(shù)學(xué)運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)，如加框、疊置、融合、合并等[23]。

信息化地圖學(xué)是信息化測(cè)繪體系的重要組成部分[24]，地圖信息傳輸被認(rèn)為是地圖學(xué)的理論框架[25]。從20世紀(jì)50年代，地圖信息傳輸理論已經(jīng)被關(guān)注和研究[26]，包括各種地圖信息傳輸模型(圖5(b))被提出[27]，度量地圖信息的指標(biāo)也從以香農(nóng)熵為代表的統(tǒng)計(jì)信息[28-31]擴(kuò)展到了空間格局信息[32-33]。

圖5 制圖學(xué)的理論化：視覺變量和地圖信息傳輸理論

3.4 地圖規(guī)范化

針對(duì)眾多科學(xué)與工程領(lǐng)域中不同的應(yīng)用目的，地圖的精度、比例尺、符號(hào)化等也有不同的需求。例如工程選址往往需要高精度的地圖進(jìn)行規(guī)劃，而地鐵路線導(dǎo)航則不需要較高的地圖精度。地圖的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)(規(guī)范化)能夠?yàn)椴煌瑧?yīng)用要求的地圖制圖提供標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)。1941年，美國(guó)預(yù)算局建立了一套國(guó)家地圖精度標(biāo)準(zhǔn)(national map accuracy standards)，包含水平精度、垂直精度、精度測(cè)試、圖例、經(jīng)緯度等內(nèi)容[34]。世界各國(guó)也都有各自的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。我國(guó)測(cè)繪部門建立了《中華人民共和國(guó)測(cè)繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》[35]，包含數(shù)字柵格地圖、數(shù)字正射影像圖、數(shù)字高程模型、數(shù)字線劃圖等產(chǎn)品的規(guī)范。在多尺度數(shù)字高程模型生產(chǎn)規(guī)范中，對(duì)空間單元及編號(hào)、格網(wǎng)間距、有效高程數(shù)據(jù)范圍、高程精度、元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)格式等方面均有詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)化要求。

3.5 地圖個(gè)性化

在當(dāng)今信息化的時(shí)代，地圖突破了傳統(tǒng)顯示模式和展示介質(zhì)限制，地圖展示環(huán)境從二維靜態(tài)向多維多樣化動(dòng)態(tài)表達(dá)跨越，實(shí)現(xiàn)了制圖者和用圖者雙向互動(dòng)的地圖編制，極大增強(qiáng)了用戶對(duì)地圖的參與性和交互性，個(gè)性化訂制地圖的需求日益增加。個(gè)性化訂制可以包括幾個(gè)方面，如用戶本身的個(gè)性化訂制、任務(wù)的個(gè)性化訂制、場(chǎng)景的個(gè)性化訂制等。得益于互聯(lián)網(wǎng)地圖交互技術(shù)的發(fā)展，能夠訂制個(gè)性化地圖的平臺(tái)也開始出現(xiàn)并發(fā)展迅速(圖7)，如PixelMap[36]、百度地圖個(gè)性化地圖編輯平臺(tái)[37]，以及商業(yè)化制作的Red Thread Maps(http:∥www.redthreadmaps.com/personal.html)。

個(gè)性化地圖體現(xiàn)了“我的地圖我做主”的思想，其質(zhì)量好壞取決于“我是否喜歡”和“我是否能用”。這種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)從本質(zhì)上體現(xiàn)的是地圖的可用性(usability)，即產(chǎn)品在特定使用環(huán)境下，面向特定用戶用于特定用途時(shí)所具有的有效性(effectiveness)、效率(efficiency)和滿意度(satisfaction)[38](ISO 9241—11國(guó)際標(biāo)準(zhǔn))。之后，強(qiáng)調(diào)地圖可用性優(yōu)先于位置精度的泛地圖概念被提出，并得到了越來越多人的認(rèn)可(如示意性網(wǎng)絡(luò)地圖[39-40]、變比例尺地圖[41-42]和Cartogram[43-44]，見圖6)。然而，對(duì)于當(dāng)前大量涌現(xiàn)的個(gè)性化地圖表達(dá)形式和方式，現(xiàn)有地圖學(xué)理論和制圖規(guī)范難以對(duì)其進(jìn)行有效支撐和指導(dǎo)，因此對(duì)于相關(guān)理論和規(guī)范的發(fā)展和拓展亟須關(guān)注。

圖6 地圖學(xué)的個(gè)性化：個(gè)性化地圖編輯平臺(tái)

4 根據(jù)馬斯洛人生需求層次理論的地圖學(xué)展望

根據(jù)馬斯洛人生需求層次理論，對(duì)地圖學(xué)的進(jìn)展劃分為5個(gè)層次的需求(圖7)，即符號(hào)化(自古以來)、數(shù)學(xué)化(自220BC以來)、理論化(自200 AD以來)、規(guī)范化(自1940以來)，以及個(gè)性化(2000以來)。

圖7 從馬斯洛人生需求層次理論看到的地圖學(xué)進(jìn)展

人生需求是隨著生活條件的不斷改善和社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步不斷提升的，同樣，地圖需求伴隨著制圖條件的不斷提高也在不斷發(fā)展。馬斯洛于1969年對(duì)需求層次理論進(jìn)行了補(bǔ)充改善(圖8)，認(rèn)為人類還應(yīng)具有一種潛在的更高層的自我超越性(self-transcendence)，即人們?cè)谧晕覍?shí)現(xiàn)需要滿足后，需要去尋找更高層次的精神超越[46-47]。因此，馬斯洛把原有的自我實(shí)現(xiàn)需求進(jìn)行了重新詮釋，將其劃分為了健康型自我實(shí)現(xiàn)需求和超越型自我實(shí)現(xiàn)需求。健康型自我實(shí)現(xiàn)專注于自身，致力于達(dá)到個(gè)人內(nèi)部的統(tǒng)一，即成就小我；超越型自我實(shí)現(xiàn)需求超脫于個(gè)人而更加注重他人、社會(huì)及自然的統(tǒng)一，即實(shí)現(xiàn)“升華自我”提升至“無我”狀態(tài)[48]。

圖8 從擴(kuò)展后的馬斯洛人生需求層次看地圖學(xué)進(jìn)展

地圖學(xué)中的自我超越指的是什么？筆者認(rèn)為地圖的自我超越可能有兩種：①地圖制圖理論與方法的超越；②地圖使用對(duì)象的超越。

信息作為世界存在的3大要素之一(另外兩種為物質(zhì)和能量)，對(duì)應(yīng)著信息傳遞的過程。近幾十年來相關(guān)研究越來越受到重視，關(guān)于地圖信息度量與傳輸?shù)睦碚摲椒ㄑ芯恳苍诓粩嗤七M(jìn)。因此，基于信息化的個(gè)性地圖、知識(shí)地圖及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)地圖或許是地圖學(xué)理論與方法的自我超越方向之一。

傳統(tǒng)地圖的使用對(duì)象是人，然而隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器也逐步具備了閱讀和解譯地圖的能力。在當(dāng)前自動(dòng)駕駛實(shí)踐研究中，由LiDAR等傳感器實(shí)時(shí)獲取的空間信息能夠被計(jì)算機(jī)快速構(gòu)建成機(jī)器可以理解的地圖，從而實(shí)現(xiàn)無人駕駛。或許在不久的未來，機(jī)器地圖的表達(dá)和制作會(huì)受到越來越多學(xué)者和行業(yè)的關(guān)注，這也是地圖實(shí)現(xiàn)自我超越的方向之一。