數(shù)字地球第二章課件

1、 空間認知 地球空間的信息圖譜第二章 數(shù)字地球基礎理論 信息理論分形理論 區(qū)位理論 第一節(jié) 空間認知的基本概念第三節(jié) 空間認知的基本過程第二章 數(shù)字地球基礎理論第二節(jié) 空間認知的兩個重要概念第四節(jié) 空間認知的理論與實踐意義第二章 數(shù)字地球基礎理論2-1 空間認知的基本概念一、空間認知的含義二、人類認知系統(tǒng)的結構三、人類的空間認知能力四、空間認知的主要感觀通道手段一、空間認知的含義2-1空間認知的基本概念認知信息的處理過程 認知科學的產(chǎn)生： 社會背景 思維背景 技術背景 方法論背景 認知科學是智能的科學、思維的科學以及應用的科學 。 認知科學研究的目的就是說明和解釋人在完成認知活動時是如何進行信

2、息加工的。一、空間認知的含義2-1空間認知的基本概念 空間認知是研究人們怎樣認識自己賴以生存的環(huán)境，包括其中的諸事務、現(xiàn)象的相關位置、空間分布、依存關系，以及它們的變化和規(guī)律。 二、人類認知系統(tǒng)的結構2-1空間認知的基本概念1、人腦的基本功能（1）人是通過搜索來解決問題的；（2）人在解決問題時，一般不是尋求最優(yōu)解，而是尋找最滿意的解； （3）人在解決問題時具有可變的志向水平。二、人類認知系統(tǒng)的結構2-1空間認知的基本概念02、人腦的注意分配機制（1）視覺選擇性機制（2）視覺注視性二、人類認知系統(tǒng)的結構2-1空間認知的基本概念3、人類信息加工系統(tǒng)的結構（1）信息輸入（2）存儲記憶（3）控制過程三

3、、人類的空間認知能力2-1空間認知的基本概念 人類的空間認知能力是人類所具有的研究人們怎樣認識自己賴以生存的環(huán)境，包括其中的諸事物、現(xiàn)象的相關位置、空間分布、依存關系，以及它們的變化和規(guī)律的能力。 空間認知能力的結構包括形狀、大小、位置、維數(shù)、時間和相互關系等的認知能力的核心。三、人類的空間認知能力2-1空間認知的基本概念 人類的空間認知能力來自認知結構。認知結構的來源有兩種：天賦的 后天形成的 空間認知能力對于地圖設計者和地圖使用者同樣重要。識圖用圖是培養(yǎng)空間認知能力的有效手段。四、空間認知的主要感觀通道和手段2-1空間認知的基本概念1、空間認知的主要感覺通道 空間結構知識：形狀、大小、方向

4、、位置。維數(shù)和相互關系。 感觀通道：視覺、觸覺、聽覺和嗅覺等。四、空間認知的主要感觀通道和手段2-1空間認知的基本概念1、空間認知的主要手段 （1）實地考察 空間的局限性 時間的局限性 視覺的局限性 心理的局限性 （2）閱讀材料 （3) 使用地圖 2-1空間認知的基本概念地圖作為空間認知的工具和手段，原因：（1）地圖為建立各層次的整體概念和心象提供空間框架保障；（2）地圖可以提供空間分布的物體在數(shù)量方面的正確視覺估計和印象；（3）地圖可以給人們提供關于各地理要素或現(xiàn)象之間的相關性概念；（4）地圖具有嚴格的空間關系原理，便于把統(tǒng)計信息與空間分布結合起來；（5）地圖可以幫助讀者建立正確的空間關系心

5、象和糾正錯誤的心象。2-1空間認知的基本概念地圖集作為空間認知的工具和手段，原因：（1）地圖集可以為我們建立多維、多時相的環(huán)境信息，提供一條連接數(shù)量與質(zhì)量、空間與時間的橋梁；（2）地圖集可以采用“嵌套”的方法，用系列比例尺地圖和系列專題地圖表示信息；（3）地圖空間認知價值的文化意義，是一個不能忽視的重要因素；（4）地圖在教育中的作用不能忽視。第二章 數(shù)字地球基礎理論2-2 空間認知的兩個重要概念認知科學引入地圖學的目的：1、地圖既是人類認知地理環(huán)境的結果又是進一步認識地理環(huán)境的工具；2、弄清地圖設計與制作的思維過程，并設法描述它們。一、信息編碼的理論二、認知制圖三、心象地圖2-2空間認知的兩個

6、重要概念一、信息編碼理論2-2空間認知的兩個重要概念目前有三種信息編碼理論：1、完全心象假說2、雙重編碼假說3、概念命題假說一、信息編碼理論2-2空間認知的兩個重要概念 雙重編碼假說基于這樣一種推論：信息在記憶里得以表征的編碼系統(tǒng)或方式有兩種：非言語的心象過程和言語的心象過程。這兩種編碼可能在信息加工中重疊，但其中一種編碼占主導地位。 心象編碼和言語編碼都能夠?qū)臻g信息進行編碼。心象編碼描繪空間信息在腦海中形成的印象是怎樣，言語編碼描述空間信息看起來象什么二、認知制圖2-2空間認知的兩個重要概念 認知制圖是一個抽象概念，包括使我們能夠收集、組織、存貯、回憶和利用有關空間環(huán)境信息的那些認知能力或

7、思維能力。 認知制圖：人們將通過各種空間認知手段獲得的空間對象的位置和空間結構的信息組織成有序的心象地圖，存儲記憶，從存貯記憶中提取所需空間信息，用于指導行為。二、認知制圖(cognitive mapping)2-2空間認知的兩個重要概念1、地圖的空間行為中的認知制圖 地圖的空間認知行為是利用地圖進行定向、環(huán)境覺察、環(huán)境記憶等行為。 空間行為是把原先已經(jīng)知道的和新近獲取的信息結合起來后的決策過程的結果。 認知制圖是人們思維過程中的一種潛在的制圖能力,作為一種空間認知能力是可能通過學習而得到加強的。二、認知制圖2-2空間認知的兩個重要概念2、地圖使用中的認知制圖能力 人們通過閱讀地圖所了解或思考

8、的內(nèi)容與地圖上實際所表示的內(nèi)容有顯著的差異； 地圖使用是地圖和讀者之間進行的雙向轉(zhuǎn)換過程。認知問題研究：（1）關于知識的組織（2）格網(wǎng)中的圖案記憶情況（3）人對東西向的事物認知比對南北向的認知困難二、認知制圖2-2空間認知的兩個重要概念3、認知制圖能力的計算機模擬 是把計算機當成實驗工具，依據(jù)一定的能反映人的認知制圖過程的模型、算法和規(guī)則編寫計算機程序來模擬人的認知制圖能力，使計算機以類似人的方式來解決地圖制圖問題，并達到與人類地圖學家類似的水平。 計算機模擬是認知心理學在方法論上的重大突破，對人類認知研究有許多積極意義，將為空間信息流在大腦內(nèi)部所受到的加工過程提供一種十分生動和具體的類比。人

9、類認知活動 計算機模擬思維策略 計算機程序初級信息加工 計算機語言生理過程 計算機硬件 三、心象地圖(mental map)2-2空間認知的兩個重要概念1、心象的概念 心象（表象或意象）是不在眼前的物體或事物的心理表征，是人腦對當前沒有直接作用于感覺器官的、以前感知過的事物形象的反映。 心象的生理基礎是留在大腦兩半球皮層上的過去興奮的痕跡，在刺激的影響下在大腦皮層上舊的神經(jīng)聯(lián)系恢復起來，產(chǎn)生映象。 心象的形成有組合和融合兩種方式。 心象的來源有兩個：一個是通過感知覺，另一個是通過形象思維。感知覺產(chǎn)生心象的過程 外部事物刺激 感 覺 刺激后像 知 覺 知覺映象 記 憶 心像三、心象地圖2-2空間

10、認知的兩個重要概念2、心象在思維中的作用 大腦進行空間認知需要做兩件事： （1）必須獲取有關空間信息； （2）對這些信息進行加工處理。任何思維，尤其是創(chuàng)造性的思維，都是通過心象進行的。獲取心象時要注意兩點： （1）要把握某類事物的最重要的性質(zhì)； （2）要構造出它的動態(tài)形式，以達到對其總體結構狀態(tài)的把握。三、心象地圖2-2空間認知的兩個重要概念3、心象地圖的特性 心象地圖是表征環(huán)境信息的一種心象形式。 （1）不完整性； （2）變形性； （3）差異性； （4）可操作性； （5）動態(tài)交互性。三、心象地圖2-2空間認知的兩個重要概念4、心象地圖的建立（1）通過實地考察建立心象地圖；（2）通過閱讀文字材

11、料建立心象地圖；（3）通過使用地圖建立心象地圖。 賴以建立心象地圖的信息源不同，所建立的心象地圖也會有差異。第二章 數(shù)字地球基礎理論2-3 空間認知的基本過程一 空間認知的感知過程二 空間認知的表象過程三 空間認知的記憶過程四 空間認知的思維過程一 空間認知的感知過程2-3 空間認知的基本過程 地圖空間認知的感知過程是研究地圖圖形（刺激物）作用于人的視感覺器官產(chǎn)生對地理空間的感覺和知覺過程。 地圖現(xiàn)實世界的替代物； 感覺客觀事物的個別屬性、特性在人腦中的反映； 知覺各種感覺的綜合，是客觀世界整體在人腦中的反映，比感覺全面、復雜。 2-3 空間認知的基本過程 人們要想獲得關于現(xiàn)實世界客觀事物的個

12、別屬性、特性，還必須有個聯(lián)想或轉(zhuǎn)換的心理活動過程，從信息傳輸過程來講，這叫譯碼。 聯(lián)想或轉(zhuǎn)換的心理活動是很重要的。 通過地圖圖形符號這種直接刺激物，人們獲得關于現(xiàn)實世界客觀事物的個別屬性、特性，這是知覺過程的基礎。知覺是對客觀事物的各種屬性、各個部分及其相互關系的綜合的整體的反映。在知覺過程中，人們頭腦中產(chǎn)生的不是事物的個別屬性或部分的孤立的映象，而是由各種感覺結合而成為具體事物的映象。2-3 空間認知的基本過程 感覺到的事物的個別屬性和部分越豐富，對事物的知覺就越完整、越正確。 人們都是以知覺的形式直接反映事物的。 知覺是現(xiàn)實世界客觀事物在人們頭腦中的主觀反映，所以知覺是受人的知識、經(jīng)驗、興

13、趣、情緒等各種因素影響的。2-3 空間認知的基本過程 地圖空間認知的表象是在地圖知覺的基礎上產(chǎn)生的，它是通過回憶、聯(lián)想使在知覺基礎上產(chǎn)生的映象再現(xiàn)出來。從認識論的角度講，表象和感知覺都屬于感性認識，都是生動的直觀。但是，表象與感覺、知覺不同，它是在過去對同一事物或同類事物多次感知的基礎上形成的，具有一定的間接性和概括性。二 空間認知的表象過程2-3 空間認知的基本過程 根據(jù)現(xiàn)代認知心理學的研究，研究地圖空間認知過程的心象，就是研究在沒有地圖這種直接刺激物的作用下，人對空間地理環(huán)境信息的內(nèi)部加工過程。這種內(nèi)部加工過程包括對地理信息的綜合處理(如事物選取、形狀化簡等)及相互關系的重構等，經(jīng)過加工生

14、成心象地圖，顯然，它與人的認知地理環(huán)境的目的性和傾向性有關。盡管心象地圖的形成是一種內(nèi)部化的心理過程，是不可見的，但確實是存在的。對空間信息的加工處理，是根據(jù)用戶的目的性和傾向由計算機對空間信息進行綜合。2-3 空間認知的基本過程心象地圖既能反映現(xiàn)實世界客觀事物的個別特點，也能反映現(xiàn)實世界客觀事物的一般特點，既具有直觀性，又具有概括性。因為具有直觀性，它接近于知覺；因為具有概括性，它接近于思維。因此，同一般表象一樣，心象地圖這種不受具體客觀事物局限的概括的反應機能，使它有可能成為從感知到思維的過渡和橋梁?？梢哉f，把地圖空間認知過程中的思維與感知覺統(tǒng)一起來的橋梁或媒介，就是心象地圖。 2-3 空

15、間認知的基本過程三、空間認知的記憶過程 記憶是人的大腦對過去經(jīng)驗中發(fā)生過的事物的反映。記憶是心理在時間上的持續(xù)，有了記憶，先后的經(jīng)驗才能聯(lián)系起來，使心理活動成為一個持續(xù)發(fā)展的過程。人腦的記憶能力是非常之強的。有的文獻介紹，在20年中，若不考慮睡眠期間的任何信息輸入，那么進入大腦并可能儲存的信息可達15萬億比特。這個數(shù)字比人腦神經(jīng)細胞總數(shù)大1000倍以上。所以，充分利用大腦在地圖空間認知過程中的記憶功能是非常重要的。2-3 空間認知的基本過程關于地圖空間認知中的記憶問題，根據(jù)記憶操作時間的長短，可將其分為感覺記憶、短時記憶和長時記憶等三種基本類型，有關的還有動態(tài)記憶和聯(lián)想記憶。 感覺記憶(Sen

16、sory Register)；指個體憑視覺、聽覺、味覺、嗅覺等感覺器官，特別是其中的視覺器官，感應到刺激時所引起的短暫(一般按幾分之一秒計算)記憶。刺激作用停止后，它的影響并不立刻消失，可以形成后象。后象的發(fā)生，是由于神經(jīng)興奮所留下的痕跡作用。視覺后象表現(xiàn)得最明顯；后象是最直接、最原始的記憶。后象只能存在很短的時間。2-3 空間認知的基本過程短時記憶(ShortTermMemory)：指感覺記憶中經(jīng)注意而能保存到20秒以下的記憶，被看作是通往長時記憶的一個中間環(huán)節(jié)或過渡階段。長時記憶(LongTermMemory)：指保持時間在一分鐘以上的信息存儲。長時記憶是一個真正的信息庫，長時記憶的能力是

17、一切記憶系統(tǒng)中最大的一個。它有巨大的容量，可長期保持信息。長時記憶存貯著我們關于世界的一切知識，為我們的一切活動提供必要的知識基礎；使我們能夠識別各種模式，進行學習，運用語言進行分析、判斷、推理和解決問題等。2-3 空間認知的基本過程動態(tài)記憶(DynamicMemory)，指隨著現(xiàn)實世界客觀事物的不斷變化如何組織記憶，怎樣從過去的經(jīng)驗中獲得智能而自動改變和增強記憶，當證實過去的經(jīng)驗失敗時如何存儲新的經(jīng)驗,即由經(jīng)驗中學習，用聯(lián)想及從聯(lián)想中歸納的方法改變記憶結構。聯(lián)想記憶(AssociationMemory)：指通過與其他知識的聯(lián)系中進行的記憶。聯(lián)想記憶對于空間認知來說是十分重要的。在地圖空間認知

18、過程中，聯(lián)想記憶的形式包括因果關系聯(lián)想、圖形與現(xiàn)實聯(lián)想、相互聯(lián)系聯(lián)想等多種形式。 2-3 空間認知的基本過程 地圖空間認知的思維構成了地圖空間認知的高級階段。地圖空間認知的思維提供關于現(xiàn)實世界客觀事物的本質(zhì)特性和空間關系的知識，在地圖空間認知過程中實現(xiàn)著“從現(xiàn)象到本質(zhì)”的轉(zhuǎn)化，它是對現(xiàn)實世界的非直接的、經(jīng)過復雜中介心象地圖的反映，是在心象地圖及其存儲記憶的基礎上進行的。 地圖空間認知的思維的最顯著的特性是概括性和間接性。 四、空間認知的思維過程 2-3 空間認知的基本過程 基于心象地圖的思維的概括性，是指思維所反映的不是個別事物或其個別特征，而是一類事物的共同的本質(zhì)的特性。地圖制圖中經(jīng)常要用到

19、思維的這一特性。思維概括性，不只是表現(xiàn)在反映事物的本質(zhì)特征上，而且表現(xiàn)在反映事物之間本質(zhì)的聯(lián)系和規(guī)律上。 地圖空間認知的思維的間接性，指它不是直接地、而是通過心象地圖這個媒介來反映現(xiàn)實世界。能夠?qū)]有直接作用于感覺器官的事物及其屬性或聯(lián)系予以反映，這是心象地圖最重要的特性?？臻g認知中的思維的間接性的關鍵在于心象地圖的作用。2-3 空間認知的基本過程 地圖空間認知作為認知科學的重要研究領域，利用空間信息處理理論全面研究地圖空間認知過程，包括感知、心象、記憶、思維等，而思維是核心，包括抽象思維、形象思維和靈感思維。 在地圖制圖綜合的空間認知中，經(jīng)常會用到抽象思維。它是通過概念；判斷、推理，來反映事

20、物的本質(zhì)和內(nèi)在聯(lián)系。制圖綜合過程中的抽象思維方式有基于聯(lián)系的歸納思維、基于過程的形式思維和基于規(guī)則的演繹思維等三種具體形式。 2-3 空間認知的基本過程 在制圖綜合過程中，視覺思維是圖形被視覺所感知來進行的。因此，“形”是視覺思維的細胞。格式塔心理學認為，任何“形”，都是知覺進行了積極組織或建構的結果或功能。地圖空間認知中的心象地圖和認知制圖，就是視覺思維的過程。制圖綜合過程中的視覺思維包括視覺選擇性思維、視覺注視性思維、視覺結構聯(lián)想性思維等具體形式。人類并不是以孤立的形式積累一個一個的知識，而是通過聯(lián)想進行的。地圖制圖綜合過程中的每一個決策，都貫穿著視覺結構聯(lián)想思維活動。 2-3 空間認知的

21、基本過程 靈感，用現(xiàn)代的話來說就是創(chuàng)造性。它的本質(zhì)是在長期知識和經(jīng)驗積累的基礎上，當面臨難題時充分調(diào)動人腦的一切潛力，包括潛意識，經(jīng)過一段時間的高強度思考而產(chǎn)生的認識上的飛躍。所以，靈感思維是一種復雜的具有高度創(chuàng)造性的思維活動。制圖綜合過程中存在著靈感思維，特別是面對一些難以處理的問題。長期知識和經(jīng)驗的積累即人的靈感就起作用。豐富的知識和經(jīng)驗對于實施成功的制圖綜合是必不可少的。 2-3 空間認知的基本過程 相比較而言，抽象思維發(fā)展在顯意識，是借助于概念實施嚴格的邏輯推理，即從某一前提出發(fā)，推出結淪；視覺思維是用形象來思考和表達，主要發(fā)生在顯意識，有時也有潛意識參與活動，比抽象思維過程要復雜些；

22、靈感思維主要發(fā)生在潛意識，是顯意識和潛意識相互交融的結果，具有突發(fā)性、偶然性、獨特性和模糊性特征。 2-3 空間認知的基本過程 現(xiàn)代認知心理學研究采用計算機信息處理來模擬人類認知過程。但是，計算機能在多大程度上模擬人在制圖綜合過程中的思維呢？認知科學采用功能模擬的方法來研究人腦的思維規(guī)律，通過計算機按照模擬模型來模擬人腦的思維過程。計算機模擬抽象思維比較容易，而對于制圖綜合過程中的視覺思維特別是靈感思維，計算機模擬起來就困難了，甚至不可能。這就是說，目前的馮諾伊曼型計算機不能有效地模擬制圖綜合過程中人的全部思維方式。這決定了人在制圖綜合中的不可替代的作用，決定了數(shù)字地圖制圖綜合系統(tǒng)只能是人機協(xié)

23、同系統(tǒng)。第二章 數(shù)字地球基礎理論2-4 空間認知的理論與實踐意義一、空間認知與地圖制圖專家系統(tǒng)二、空間認知與地理信息系統(tǒng)(GIS) 三、空間認知與空間數(shù)據(jù)可視化2-4 空間認知的 實踐意義 地圖空間認知對地圖制圖專家系統(tǒng)的理論與實踐意義，最明顯地表現(xiàn)在認知制圖與心象地圖在地圖設計中的應用上。 地圖制圖過程(可視化過程)與認知制圖過程(認知過程)是執(zhí)行方向相反、相互作用的兩個過程。用來聯(lián)接這兩個過程的中介是心象地圖。 地圖制圖的目標，就是制作出能夠提供與客觀實際較為接近的心象地圖的地圖。一、空間認知與地圖制圖專家系統(tǒng) 2-4 空間認知的 實踐意義 地圖制圖的過程是一種創(chuàng)造性的思維過程，特別是小比

24、例尺地圖、系列地圖和地圖集的設計與制作更是如此。地圖學家要成功地設計與制作出地圖、系列地圖和地圖集，首先要進行艱苦的地圖空間認知和認知制圖過程，在他的頭腦中建立起關于所設計的未來地圖的“模特”心象，而且這種心象可能是各種各樣的；地圖學家進一步從存儲記憶中提取這些心象進行思維，確定少數(shù)幾種較佳的方案的心象，并將它們可視化再現(xiàn)出來；經(jīng)過對幾種方案的評價、比較和對制約地圖生產(chǎn)的多種因素的分析、權衡，最終確定一種最佳方案。2-4 空間認知的 實踐意義 人類專家之所以成為專家，除了他們具有一定的綜合判斷能力和良好的思維習慣之外，最主要的還在于他們擁有大量的專門知識以及通過長期實踐親自摸索和積累起來的經(jīng)驗

25、性知識，正是這些知識，使得他們在處理問題時比別人技高一籌。這就是說，我們要探索地圖學專家在地圖設計與制作中的思維方式，要研究知識的總結與表示。這兩者是統(tǒng)一的。 地圖制圖專家系統(tǒng)是一種以地圖制圖專家的知識和經(jīng)驗為中心的知識獲取、知識表示和知識運用的系統(tǒng)，其中知識表示是核心，廣泛涉及空間認知的理論與方法。2-4 空間認知的 實踐意義 產(chǎn)生式規(guī)則：地圖制圖專家系統(tǒng)中常用的知識表示法，具有如下形式的語句： “如果XXX條件成立，那么有XXX結論或動作”。例如，有規(guī)則1： “如果制圖區(qū)域的輪廓形狀近似圓形，且制圖對象為某一大洲，則制圖區(qū)域適宜的地圖投影為方位投影”。 條件部分可能是多種前提條件的“與”、

26、“或”、“非”的組合，而規(guī)則的動作部分則可以擴展為或執(zhí)行一個程序過程，或進行某些推理，或執(zhí)行某些控制策略，等等。來反映事物的本質(zhì)和內(nèi)在聯(lián)系。2-4 空間認知的 實踐意義謂詞邏輯：亦稱謂詞演算。同產(chǎn)生式規(guī)則相類似，是一種具有公式形式的知識表示方法。例如，要表示“印度的輪廓形狀近似圓形”這一事實性知識，可采用如下形式： 區(qū)域形狀(印度，圓形或近似圓形) 這里，“區(qū)域形狀”為謂詞，“印度，圓形或近似圓形”為對象。 就謂詞邏輯表示法而言，對于由單個謂詞邏輯形成的簡單命題可通過邏輯連接法組合成復合命題。這些邏輯操作包括“與”、“或”、“非”、“蘊含”等。 2-4 空間認知的 實踐意義語義網(wǎng)絡：是知識的圖

27、解表示，它由節(jié)點和弧或鏈(帶有箭頭的弧線)組成。節(jié)點表示物體、概念和事實，而弧則表示它們之間的關系。常用來表示具有網(wǎng)絡結構特點的知識。本來語義網(wǎng)絡最初只是作為研究認知心理學模型而提出的，現(xiàn)在已成為人工智能和專家系統(tǒng)中的一種比較實用的知識表示法。 利用語義網(wǎng)絡表示知識的基本方法，是靠語義網(wǎng)絡的繼承和匹配技術把對事物的描述及 其信息從概念節(jié)點傳遞到實例節(jié)點，從而得到某些具體的問題求解結論。 2-4 空間認知的 實踐意義地圖空間認知中的認知制圖和心象地圖在地圖制圖中有著重要的作用，特別是對于地圖制圖專家系統(tǒng)的研究，具有很強的地圖空間認知能力是非常重要的。因為只有具備很強的空間認知能力，具備豐富的地圖

28、制圖經(jīng)驗和廣博的地圖學知識，才能將長期積累的地圖制圖經(jīng)驗總結出來，使之成為可以被形式化描述的知識，探索相應的知識表示法，選擇基于知識的推理系統(tǒng)，使地圖制圖專家系統(tǒng)這樣最富挑戰(zhàn)性和最富創(chuàng)造力的技術能有效地解決地圖制圖的問題。 2-4 空間認知的 實踐意義空間認知與地理信息系統(tǒng)的關系，是近年來研究較多的一個理論問題。把人的空間認知系統(tǒng)與地理信息系統(tǒng)加以比較，就可以看出它們是如此驚人的類同，都是信息加工系統(tǒng)：輸入信息，進行編碼，存儲記憶，作出決策，輸出結果。當然它們也有很多區(qū)別。智能地理信息系統(tǒng)實際上是人的空間認知能力與認知過程的仿真。 關于空間認知與地理信息系統(tǒng)的關系，我們還可以從形象思維、認知操

29、作、面向?qū)ο蟮恼J知方法學等在地理信息系統(tǒng)中的應用予以具體論述。 二、空間認知與地理信息系統(tǒng)(GIS) 2-4 空間認知的 實踐意義思維是認知過程的重要環(huán)節(jié)。認知科學中用信息加工理論來全面研究認知過程，包括感知、表象、記憶、思維等，而思維是核心。 形象思維又稱直感思維，主要采用典型化的方式進行概括，并用形象材料來思維，所以，有人說形象是形象思維的細胞。形象思維具有形象性、概括性、創(chuàng)造性和運動性等特性。模式識別是典型的形象思維，它是對圖像、文字、聲音、物體等進行模式信息處理，對它們進行分類、描述、分析與理解。 2-4 空間認知的 實踐意義認知的目的在于解決問題。認知操作也稱問題求解，包括常規(guī)問題求

30、解(現(xiàn)存的過程)和創(chuàng)造性問題求解(新的過程)。 GIS中的輔助決策，就是一種問題求解過程的問題，屬于認知科學中的認知操作的研究范疇。問題求解是一個非常復雜的過程，其中“任務領域”和“問題空間”是兩個關鍵環(huán)節(jié)。在人工智能中，問題求解過程描述為狀態(tài)空間、操作集合、狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)、初始狀態(tài)和目標狀態(tài)等5元組。問題求解的過程轉(zhuǎn)化為在狀態(tài)空間中尋找從初始狀態(tài)到目標狀態(tài)的路徑問題，即操作序列問題。2-4 空間認知的 實踐意義面向?qū)ο蟮姆椒▽W是認知科學的重要研究領域，包括面向?qū)ο蟮恼J知方法學和面向?qū)ο蟮某绦蛟O計方法學。面向?qū)ο蟮恼J知方法學的具體體現(xiàn)是通過面向?qū)ο蟮某绦蛟O計方法學來實現(xiàn)的，面向?qū)ο蟮某绦蛟O計方法

31、與結構化程序設計方法的最大區(qū)別在于，前者是以“對象”和“數(shù)據(jù)結構”為中心來構造系統(tǒng)與設計程序，而后者是以“過程”和“操作”為中心構造系統(tǒng)與設計程序。“對象”和“數(shù)據(jù)結構”同“過程”和“操作”相比較，前者要相對穩(wěn)定得多，軟件的主體結構也相對穩(wěn)定得多。 Visualization稱為“可視化”或“視覺化”。可視化有多種不同的解釋。例如：把可視化定義為“對實際上不呈現(xiàn)于視野的某些事物形成思維圖象或視覺的本領或過程”(牛津英語詞典)；可視化也用于表示形成某些不可見事物的視覺圖象的過程。有人認為，可視化既是人類發(fā)展心象的能力，又是提供被設計來輔助這種思維可視化過程的有形視覺化表征的過程(MacEachr

32、en，Ganter，1990)。 三、空間認知與空間數(shù)據(jù)可視化 2-4 空間認知的 實踐意義 對于地圖學來說，主要是從空間認知的角度來接納可視化這一概念，認為地圖學的可視化最重要的是一種空間認知行為，它借助可視化工具將不可見的事物用圖形表示出來，這種表示有助于人們觀察、研究客觀存在的各種自然、社會現(xiàn)象的空間分布，獲取新知識，進而發(fā)現(xiàn)以往不易找到的規(guī)律。對可視化來說，一個特別重要的認知構成是心象，“可視化”隱含著心象的構成?？梢暬梢越忉尀樾蜗蟮膬?nèi)部和外部形式，心象地圖是地圖可視化的內(nèi)部形式，視覺地圖是地圖可視化的外部形式。地圖可視化可以理解為傳統(tǒng)的符號化及視覺變量表示法，它是靜止的、二維的。2-4 空間認知的 實踐意義 國際地圖學協(xié)會(ICA)在1993年德國科隆召開的第16屆學術討論會上宣告成立可視化