信息传输理论的发展历史

长期以来，人们普遍认为地图的主要目的和功能是向读者传输地学空间信息。然而地图的信息传输机制却一直没有得到重视。1952年，Robinson在《The Look of Maps》一书中倡导“科学地研究地图”，地图学家才开始进一步研究如何在地图上正确表达地学信息。信息论是地图学家对地图信息传输进行系统解释所首先采用的方法。信息论是以Shannon和Weaver （1949）的通信数学模型为基础发展起来的，通信的数学模型用来寻找一些最有效的机制来保证发送信息通过信道与接受信息准确匹配。Shannon和Weaver认为通信的基本问题是把发信端的信息在接受端准确地再现。他们借鉴热力学熵来研究信息，认为消息处理中不确定性越大信息量越多，也就是说消息中的不确定性降低越多，接受的信息量越大。

地图的本质是地图学家和地图用户之间的一种通信，即地学信息传输。这一通信形式主要以点、线、面等各种地图符号为媒介进行信息传输。地图学家以信息论中的数学模型为基础对地图信息传输模型进行了大量的研究。根据信息论的观点，早期的地图信息传输论认为地图创作者是地学信息的发送者，地图用户是接受者，地图创作者并不知道地图用户的感受。虽然地图信息传输的基础模型不断扩展，如引入噪声，把地图变为信道、提供反馈等，并不能圆满解释人们之间有意义的地图信息传输问题（图2-4）。

图2-4 地图信息传输模型

（据Kolacny，1969）

图中代号说明：

（1）有选择地观察实在U：制图者按照某种目的观察实在U，他必须具有一定的专门知识和技能，既可直接观察地理环境，又可通过地图和其他资料进行观察。

（2）选择自然信息Is的效果：即实在U对制图者产生一种信息效应U1，组成制图者脑中的信息含量（S1），此种信息仍是多维的信息模型。

（3）知识转换（即智力变换）Ic→Is：制图者脑中的多维理性模型转换成二维的制图信息，在此过程中运用制图语言（L）的概念。

（4）制图信息Ic的具体化（即物化，地图信息Ic的目的）：制图者将理性的制图信息用地图符号表示出来，产生地图（M）。

（5）恢复制图信息Ic的效果（即目的信息的效果）：即地图对使用者产生信息效应U2。使用者阅读地图，将地图符号（L）转换成为他对实在U的理解U2。

（6）对制图信息Ic理解的效果：即在使用者脑中建立实在的多维模型，形成地图使用者脑中的信息含量（S2）。

（7）基于制图信息的行为：地图使用者用制图信息Ic丰富了他的知识，形成地图用户的现实世界U2，他既能立刻转化为自己的实际行动，又可在脑中保存此种知识为今后使用，体现了知识的力量。

以上（1）～（4）代表地图的制作阶段，（5）～（7）代表地图的使用阶段。

把信息论引入地图学中不久，精神物理学、行为学和认知科学等方法也被用来研究地图信息传输。精神物理学假定人类对感官刺激的敏感性是恒定的，而区分不同刺激水平的能力与实际刺激强度的功率函数有关。精神物理学在地图学中的应用主要集中在照明程度、符号尺寸及符号形状选择等方面；行为学研究则采用人类信息处理模型（Human Information Processing Models，简称HIP模型）来研究地图信息传输，假定人的行为与计算机的信息处理方式相同，即包括输入、输出和黑箱（信息处理过程不可见），寻找与给定刺激输入相一致的输出行为在驱动这一研究的进一步发展。由于在地图条件刺激和地图用户反应之间没有明显和有意义的对应关系，所以地图理论学家不久便对精神物理学和行为学失去了信心，人们的注意力转入了心理学概念中一些认知方法的应用。典型的认知理论包括反应时间、任务完成时间、准确性和错误率等人类信息处理基础研究方面。拓展制图HIP模型的研究主要集中在地图阅读、保持力和人类思维记忆等方面，研究这些方面对于理解地图应用具有重要意义。

20世纪60年代符号语言学和语言学在地图信息传输研究中起到了重要的作用。符号语言学和语言学家响应Robinson号召并运用自己的专业技术来研究地图信息传输（图2-4），但自然语言与地图语言有明显的差别，自然语言是一维线性、序列化的，而地图语言是多维、多层次的。尽管面临这一困难，1970年Dacey平静地认为所有的传输都是语言，语言则必定包含一定的、可以被理解的规则和语法。地图学家在这方面做了大量的研究，1967年法国地图学家Bertin提出了七个视觉变量，即位置、形状、尺寸、色彩（亮度或灰度等级）、纹理（图案）、密度（值）和方向，后来又有许多地图学家在地图基本构成和工作原理上进行了大量的后续研究，为地图设计和视觉信息的传输做出了重要贡献。

20世纪80年代后，实证主义者认识到不同的任务、环境和用户经验对现实世界的需求是不同的，对现实世界具有不同的观察角度，因此寻求一种可以满足一切要求的地图（即最佳地图）是极不现实的，所以地图学家转为从不同角度来研究地图信息传输。随着认识的改变，一些可以多角度再现地理现象的工具出现了，如CTS、CIS等。更具重要意义的是科学可视化概念和工具的发展及引入，地图学家可以采用动画、多媒体与模拟现实等技术来表达多维、动态的地学现象，人们可以从不同的角度并通过一定的手段（交互）来观察和控制这些再现的地学现象。因此，人们需要在新的地图制图和用户环境下研究地图的信息传输问题，重新认识地图制图者与地图用户之间的关系以及地图与用户之间的关系，认知心理学、符号语言学可以在这里得到更深入的研究和应用。