理論地圖學

理論地圖學是地圖學的分支學科。研究地圖學基礎理論與方法論。1963年瑞士地圖學家英霍夫（E.Inhof）最先提出地圖學應由理論地圖學與實用地圖學兩部分組成。

理論地圖學是現代地圖學的一個分支，以地圖學的基礎理論為主要研究對象。這些理論包括地圖信息理論、地圖感受理論、地圖模式理論、地圖認知理論、地圖符號語言學理論、地圖可視化理論、數學製圖原理、製圖綜合理論、地學信息圖譜理論等。

基本介紹

• 中文名：理論地圖學
• 外文名：theoretical cartography
• 類型：地圖學
• 提出時間：1963年
• 提出人：英霍夫
• 主要理論：地圖信息理論、地圖感受理論等

基本介紹

理論地圖學的提出

20 世紀 60 年代以前，對地圖及其生產過程的研究都是從生產和技術的觀點出發，因而把地圖學稱作研究地圖編制的技術和方法的科學，60 年代之後有的學者開始把地圖學分成“理論地圖學”和“實用地圖學”。把地圖學分成“理論地圖學”和“實用地圖學”使得地圖學探索的範圍向前推進了一步。儘管學術界對理論地圖學的含義仍存在著分歧，但有一點得到公認，那便是必須引進和套用橫斷學科一些理論和概念與地圖學嫁接，發展和建立理論地圖學。因為每一門學科都需要有自己的理論體系，沒有先進理論指導的技術是盲目的技術，沒有先進技術支持的理論是落後的理論，地圖學也不例外。理論地圖學的提出擴展了地圖學探索的範圍，促進了地圖學的發展，使地圖學的研究不致局限於技術的範疇，對進一步闡述地圖學的研究對象和理論建設，認識地圖學與遙感、地理信息系統的共性與個性，理解資訊時代的地圖製作與套用特點，都具有重要作用。

理論地圖學的發展

繼英霍夫提出理論地圖學以後，蘇聯、捷克斯洛伐克、波蘭、美國、英國、法國、聯邦德國、奧地利等國的地圖學家進一步提出關於地圖學結構體系和理論地圖學組成的各種看法，發表了不少專著和論文。其中對什麼是地圖學基礎理論有3種不同觀點：①主張地圖傳輸論；②主張地圖符號學；③主張地圖認識論。近年中國地圖學家認為地圖學既是區域性學科，又是技術性學科，應由一系列相互聯繫與相互補充的理論所組成，其中地圖資訊理論研究如何把原始信息處理與轉換為所需要的新地圖信息；地圖模式論主要研究地圖信息處理中圖形數學模型與數字模型；地圖傳輸論主要研究如何把地圖作為通道，將地圖信息傳遞給用圖者；地圖感受論與地圖符號學研究如何設計最好圖型，使用圖者獲得最好的感受效果；數學地圖原理研究地圖數學模型的數學基礎及其他數學方法的套用；綜合製圖理論研究如何建立反映多種要素和現象的綜合性模型；地圖概括理論研究建立地圖圖型數學模型中與地圖信息處理過程中如何進行抽象與概括，更好地反映客觀規律。

發展與突破

隨著數位技術的發展，地圖學理論也在不斷地發展、完善，特別是地理信息系統和數字製圖學的發展，許多過去傳統地圖學中不曾有過的問題被發現或許多過去傳統地圖學未重視的問題提上研究日程。

GIS的認知局限性

現有的地理信息系統，越是常識性的問題，越難以給出令人滿意的答案，如黃河流域面積是多少?海南島人口分布如何?京廣線有多長?原因是在人的認知領域，對這些問題還難以給出一個數學上的完善描述，且由於人作為客觀世界的客體之一在觀察其所處的時空世界，因此難以避免自我主觀的影響，同時不同的文化和社會經濟背景對客觀世界的認知也有所差異。如果深層次地探討這些問題，就會發現其根本性問題是如何讓計算機擁有一套接近於人類思考和推理空間信息世界的一些標準模式，使得計算機與人之間對空間信息的相互理解更加透徹，從而使計算機對空間信息的處理變得更加高效，也促進人與人之間的信息交流更加快捷。

針對上述問題，Smiht和Makr認為，設計本體可以更好地理解地理世界：有助於不同群體間地理信息的相互理解和交流；有助於理解在地理現象認知過程中所產生的對某類特性的歪曲；地理信息系統需要表達地理實體，而對相應實體類型的本體研究，特別是基礎層次的研究，將有助於實體的表達；本體研究對地理知識交流的發展具有重要的推動作用。

地理信息本體論

GIS經過10多年的發展，已形成學科體系，但作為一種信息系統，在信息的交流、繼承、重載以及知識的互動、挖掘，乃至與其它信息系統的融合等方面呈現明顯的不足。而且地理對象有別於其它的空間對象，其特殊性表現在:地理對象是處於地表或近地表的空間對象，屬於中觀尺度範圍的對象；地理對象具有邊界，邊界是它們作為本體論的標誌；地理對象具有特殊的複雜性，幾乎在任何情形之下由幾個部分組成；地理對象都是連續的或分散的。地理空間中信息交流的語義概念化問題是地理信息共享的關鍵問題，這種語義概念化應具有儘可能的精確性（能準確地表達所要描述的對象）、完備性（儘可能沒有歧義）、廣泛性（儘可能被最多的群體所接受）等性質。研究地理信息本體論的目的就在於解決GIS中語義概念化問題。

地理信息可視化

可視化是一種將抽象符號轉化為幾何圖形的計算方法，以便研究者能夠觀察其模擬和計算的過程和結果。可視化包括圖像的理解和綜合，也就是說，可視化是一個工具，用來解釋輸入計算機中的圖像數據和根據複雜的多維數據生成圖像。它主要研究人和計算機怎樣協調一致地接受、使用和交流視覺信息。在紙質地圖編制與套用時期，並未過多關注以視覺感受接收信息為基本思想的可視化概念，隨著數字地圖生產和地理信息系統的廣泛套用，地理信息的可視化成為學者們研究的重要課題之一。隨著數位技術的發展，可視化技術給傳統理論帶來了新思維。可視化不僅可以傳輸地圖信息，拓展了地圖信息表達和傳輸方式，而且通過對數據的可視分析，使地圖的功能從表達已知向挖掘數據中信息和知識方向發展，從這個意義上講，地理信息系統是地圖學的擴展和延伸。

3D認知

傳統地圖只能以二維靜態的形式反映地理空間某一時刻或某些時刻的事物狀態，不能自然地顯示事物變化的過程，而且傳統的製圖方法中只能用有限的動線法，或幾幅圖的集合來表達一定的變化，而三維可視化技術則使傳統二維、靜態的地圖表示，向三維、動態的場景發展，利用VR技術在空間資料庫的支持下構建虛擬環境。從理論上講，三維、動態的場景發展更適合人類的認知。數字時代的3D並不只是較2D相比為了“生動”和“逼真”。傳統地圖學的認知理論並不適合三維場景，三維場景中的視覺變數由以往的6個變數變成了形狀變數、尺寸變數、空間姿態變數、紋理變數、陰暗度、清晰度、模糊度、陰影等動態變數，其間存在著相當大的差別。數字時代的地圖形式是靈活多變的，既可以是具有時間維的動畫地圖來反映事物隨時間變化的真實動態過程，如城市增長的變化、事物發展趨勢等，也可能是利用閃爍、漸變、動畫等虛擬動態顯示技術來表示沒有時間維的靜態現象以吸引用戶的注意力。但是用地圖動畫、動態地圖來直觀地理解客觀世界變化的效果還需從人在動態環境中的3D認知以及人與動畫如何進行互動等方面進一步做更深人的研究。

地圖語言學理論

由於語言學’j符號學具有天然的聯繫，因而反映在理論地圖學中，地圖符號學和地圖語言學兩個概念均被引用，不同的地圖學家出於不同的研究目的和理念，交替使用它們。C.G.Head這樣區別它們：“地圖符號學是指採用一些符號學學派的理論取向的地圖研究方法，而地圖語言學是指由語言學思考激發的方法”。語言學模型在地圖學領域和地理信息科學兩個領域同時受到重視並不是偶然的同其它理解模型相比，語言學模型的解釋與預測能力更強，包容性更大，結構主義語言學和數理語言學本身已和計算機技術結合多年，可借鑑的理論和套用成果豐厚，這些都成為未來地圖語言學模型進一步發展的動力，另外數位技術的發展有希望推動地圖語言學向更深層次的發展。

套用

隨著數位技術的發展，理論地圖學的套用也相應發生了深刻的變化，其影響最主要表現為地圖生產過程的全數位化、地圖產品形式的多樣化以及產品分發方式的多樣化等幾個方面：

1.地圖生產過程的全數位化數位技術的發展對地圖的生產技術支撐起到了非常大的推動作用。它使傳統意義上的地圖製作過程的全數位化成為可能。近幾年來使用新的全數位化製圖技術從事地圖生產迅速得以普及。通過採用DTP及專門用於地圖製作的專業軟體，對地圖進行掃描或手扶跟蹤數位化輸入後，在計算機上進行地圖設計與製作、彩色印表機打樣和最終的雷射照排分色輸出膠片上機印刷，這大大縮短了地圖生產周期、降低了生產成本，同時在計算機軟體的支持下還豐富了表現手段、提高了成圖質量。

2.地圖產品形式的多樣化隨著地理信息的產業化，地圖設計與製作環境發生了變化，地圖的形式更是多樣化。數字地圖的出現打破了模擬地圖一統天下的局面，數字地圖通過數字表示傳統在紙質地圖上用圖形、符號、顏色、註記等表示的空間信息，以計算機外存設備存貯管理。在地理信息系統的空間數據管理與處理軟體的支持下可完成傳統人們通過使用和閱讀地圖完成的一些空間信息加工活動。數字地圖由於和計算機高效、準確的處理功能相結合，很容易靈活地產生各種滿足不同需求的新的產品形式。數位技術的發展也為地圖本身的內容及其與其它信息的集成提供了可能性，數字形式的地圖在內容上變得豐富和多樣化如三維信息和時態信息的引人；數位技術還使得地圖與影像、同比例尺地圖、不同類型地圖的縱向連線與集成，以及城市、省、國家及世界範圍的地圖橫向“無縫”連線成為可能。

3.產品分發方式的多樣化傳統的紙質地圖通過印刷後，經資料部門或發行部門實物分發方式，以單張地圖或是地圖集等形式提供給用圖者使用。數位化時代的地圖在分發途徑上產生了相當大的靈活性。主要分發方式包括：通過計算機存貯介質的分發、通過計算機與通信網路以及通過電視、報紙等大眾傳播媒體。