空间认知论

空间认知论（Spatial Cognition）是认知科学的一个重要研究领域，主要研究人类空间感知和空间思维信息处理的过程。人类对空间现象或对象的感知是一个复杂的过程，为了揭示空间现象或对象的本质和规律，以便人类更好地认识世界和改造世界，空间信息的传输必须借助于某种规则的、直观的可视化形式或符号，这些符号既便于人脑记忆、辨别和分析，又能被计算机识别、存储、转换和输出。这样，一方面奠定了认知科学的理论基础；另一方面实际上也建立起认知科学与空间信息表达（地图表达和模拟计算的可视化表达）的某种必然联系。

1．空间认知的符号模型

西蒙和纽厄尔在人类思维可以还原为一种符号操作思想的启发下，提出了物理符号系统的假设。在认知科学中，人们从物理符号系统的基本假设出发，认为符号是任何人都能识别的模式，这就是说符号并不仅限于语言文字或其他各种各样的代码和记号，任何一种视觉的、听觉的、其他人类感官或思维能加以鉴别的模式都可归结为符号这个范畴。人们识别了一个符号即识别了一个模式，就是说通过对该模式所包含的关系和结构的感知而理解该模式所代表的意义。

由于符号是信息的载体，认知科学把智能系统看作是信息加工系统，人类对空间客体的认知实质上是一种符号操作系统。这表明符号系统具有对符号进行输入、输出、控制、重建、修改、赋值等功能，而且通过一系列这样的操作，将符号转化为行为，进而建立起符号系统与客体环境之间的联系，这就是符号认知模型的实质。

2．空间认知的形象思维与模式识别

思维是认知过程中的重要环节，而形象思维是空间认知的核心，是人类产生创造性思想的源泉。形象思维又称直观思维，主要采用典型化的方式进行概括，并用形象材料来进行思维，所以有人说形象是形象思维的细胞。形象思维具有形象性、概括性、创造性和运动性等特性。地图可视化的一个重要手段就是尽量使用形象化的符号来反映空间信息及其规律以增加读图者或地图使用者的认知效果。

模式识别是典型的形象思维，它是对图像、文字、声音、物体等进行模式信息处理，对它们进行分类、描述、分析与理解的过程。数字地图图像（包括地图注记）、数字影像等的分析与理解是涉及GIS中地图数据自动采集和利用遥感信息快速更新地学数据的关键技术，是模式识别领域的重要研究问题，以图像理解为例，其一般概念如图2-7所示。

图2-7 图像理解系统

（据王家耀，2000）

3．空间认知系统与地理信息系统的认知比较

将人的空间认知系统与地理信息系统加以比较（图2-8），可以看出两者的工作原理是一样的，都是信息加工系统，即输入信息、进行编码、存储记忆、做出决策、输出结果。这就是地理环境信息流在人大脑中的处理过程被地理信息系统所模拟和复制的原因，当然它们也有很多区别。智能地理信息系统实际上是空间认识能力与认知过程的仿真。

图2-8 空间认知与地理信息系统的认知比较

（据王家耀，2000，修改）

认知的目的在于解决问题，即找到问题的解决方案。认知操作也称求解，包括常规问题求解（现存的过程）和创造性问题的求解（新的过程）。

辅助决策是GIS的根本任务，辅助决策的过程就是求解过程，即认知操作过程。根据认知科学原理深入研究问题求解过程的理论和方法，对GIS辅助决策功能的实现具有重要的理论意义。

4．空间认知对地学信息可视化研究的作用

由于符号加工系统是认知科学的理论基础，因此，从这个意义上来说，认知科学可以看作是认知客观环境并对其进行描述和表达的科学。也就是说人类对客观环境除了感知、识别、分析、思维等认知行为外，还必须对其进行直观、形象地表达，以便更好地利用和传输地学信息，这就将认知科学与地学可视化有机地联系起来了。

将认知科学的原理和方法引入地学可视化研究，主要有以下几个方面的意义。

（1）深刻揭示地学可视化的基本原理来自于人类对空间客体的认知模型和过程，这就为提高地学可视化的效率提供了理论依据。

（2）表明地学可视化既是人类认知空间环境结果的表达形式，又是人类再认知空间环境的依据，这一信息加工机制为地学可视化提供了技术和方法依据。

（3）深刻揭示出地学可视化是人类对空间客体现象认知、思维和符号加工的过程，这就为地学可视化的应用创造了良好的条件。