地理空間認知理論與地圖工具的發展

鄭束蕾

信息工程大學地理空間信息學院，河南 鄭州 450001

長久以來，人們對于自身活動的環境和空間一直保持著蓬勃的好奇心，從未停止過探索的腳步。人類了解和操縱環境的心智能力也叫空間認知能力(spatial-cognitive ability)。對環境的認知，主要指心理表征(認知繪圖能力)和在環境中找路，主體是地理空間認知[1]。地圖作為人類空間認知和空間思維的重要工具，將空間認知的結果進行固化和抽象[2]，從而完成地理信息的視覺表達和信息傳遞，為人們了解城市格局、制定旅行路線、打車出行或自駕導航等地理空間活動提供輔助決策[3-4]。近年來，機器制圖、智能駕駛、無人投送等人工智能技術的廣泛應用，既涉及地理學、地圖學，又涉及腦神經科學、生物傳感，還涉及計算機、紅外與信息技術等，凸顯了對地理空間認知的急迫需求。認知心理學為地理空間認知研究提供了理論依據，人工智能技術為地理空間認知提供了高效計算方法，生物信息技術為地理空間認知提供了自然交互手段，共同促使其在沉寂了一段時間后再次得到關注，并且具有鮮明的時代特征。然而，受學科沿襲、專業方向、研究角度等原因影響，學術界對“空間認知”這一基本概念的理解不盡相同，分化出基于腦神經機制的空間認知機理和基于傳感器量測技術的認知空間擴展兩種趨勢，這是由空間認知的學科交叉本質特性[5]所決定的。本文主要思考和解決以下問題：①地理空間認知從哪里來？在當今時代有哪些發展變化，要到哪里去？②地理空間認知和認知地理空間是不是同一回事，這里的認知是名詞還是動詞？地理空間認知是腦科學、認知心理學的應用，還是測繪技術的延伸？③地圖在其中扮演著什么角色，即將隨時代進步而消亡，還是從傳統測繪中解放出來？④究竟是讓機器代替人，還是以機器和技術輔助人，地理空間認知的主體究竟是誰？

為此，本文將從地理空間認知的緣起與現狀、理論及發展、地圖工具的作用及研究方法、新時期發展方向及特點等幾方面進行闡述。

1 地理空間認知的緣起與現狀

1.1 空間認知的心理學起源

認知科學誕生于20世紀50、60年代的“認知革命”，脫胎于認知心理學，一般認為有6個主要學科來源[6-7]：哲學、心理學、計算機科學、語言學、人類學、神經科學，但忽略了圖形科學對認知科學的貢獻，以及地圖對于空間認知的重要作用。圖1為修改后的認知科學六邊形(原“認知科學六邊形”[6-7]中忽略了“圖形科學”對認知科學的貢獻，以及地圖對于空間認知的重要作用，圖1將“圖形科學”補充至“語言學”一角。)。第一代認知科學以符號加工和聯結主義的并行加工為主要研究策略。20世紀80年代，心理學家對“情境性”與“具身性”空前關注，提出了“具身認知”的概念，強調“生態效度”[8-10]。第二代認知科學從控制試驗轉向情境分析，從個體加工機制的探討轉向社會實踐活動的分析，從靜態表征轉向認知動力學分析。認知科學與生俱來的學科交叉特性，第二階段向情境性、具身性、動力性的范式轉向[8]，以及在人工智能領域的根源貢獻，為地理空間認知提供了理論基礎。心理學中的文字閱讀習慣[11]、虛擬社交行為[12]、面孔關注偏好、智能駕駛注意力分配等研究，涉及社交空間、面孔空間、駕駛空間、建筑空間、藝術空間等多種空間類型，為地理空間認知研究提供了技術借鑒[13-14]。

圖1 修改后的認知科學六邊形Fig.1 The revised cognition hexagon model

1.2 地理空間認知的研究現狀

心理學與地理學中的空間認知研究，在研究目的和地圖作用等方面都有所不同。例如，心理學研究常常從實驗心理學、工程心理學、人因工程及用戶體驗等角度出發，僅把地圖作為試驗測試模型和一般的圖片素材；而地理學研究想要了解地理環境的認知特點，指導地圖可視化設計，提高地理信息可用性及傳輸效率[3,5]，更加關注與位置相關的空間關系的理解、辨識、記憶、決策等認知結果。由于選題艱澀、試驗困難、成果周期長、工程效益弱等困難，地理空間認知研究在很長一段時間內成為冷板凳，研究隊伍斷層，難有理論突破。但最近，人工智能的技術進步大大超越了理論研究的步伐，各種機器學習算法、模型、技術的自發無序的發展遭遇了嚴重瓶頸，人類智能和認知機制成為不可回避的問題。特別是智能駕駛遭遇的倫理選擇之難，暴露了缺少認知思維的弊端。在技術應用的折戟倒逼下，地理空間認知研究重新活躍起來。

地理學者紛紛關注地理空間認知領域，呼吁解決認知理論研究滯后于技術發展的問題[13]。文獻[15]指出了地圖與空間認知的關系。文獻[16]認為，空間認知研究改進了用戶界面設計、深化了人類對環境的思考和理解，基于位置科學的空間認知是十分活躍的研究領域。文獻[17—18]關注了智能制圖、知識制圖與時空大數據中的基礎認知問題，闡述了人腦地圖空間認知與人-機融合空間認知的區別與聯系。文獻[19]強調了室內增強環境空間認知及人機協同問題。文獻[20—22]關注了智慧城市多視角認知，呼吁在“泛地圖學”時代要加強“三元空間”基礎理論研究。文獻[23]類比傳統GIS的發展，提出虛擬地理空間及人文社會空間中的認知問題。文獻[24]從地圖信息論的角度，討論了地圖傳輸空間信息的核心功能及主觀認知感受。文獻[25—28]分別對用戶的地圖專業背景、性別及地理環境表達形式等造成的空間認知差異進行了眼動試驗系列研究，并對當代眼動試驗地理應用進行了總結。文獻[29—33]對心象地圖及空間認知基礎理論[29-30]、個性化地圖眼動試驗[31-32]、自適應制圖技術[33]等進行了系列研究。文獻[34—35]對游戲地圖中的空間認知問題及三維空間認知差異進行了探索。文獻[36]基于智慧空間系統的認知科學特征，提出了空間信息的自然語言表達模型，探討了學科交叉融合趨勢。文獻[37]采用認知試驗的方法,研究了路徑認知與自然語言表達所涉及的空間關系。文獻[38]從制圖綜合的角度，研究了地圖認知表達的抽象性與具象性。文獻[39]關注了應急救援室內地圖的空間認知基礎及過程。文獻[40]從移動地圖認知需要入手，提出了POI動態綜合算法。文獻[41]提出了虛擬地理環境的認知研究框架。

各大高校和研究機構紛紛依托傳統的地球科學、地理信息科學、地圖學、GIS、地理大數據等專業，設立空間認知實驗室和研究院(所)，開展國際合作。如北京師范大學-慕尼黑工業大學聯合成立了地理空間認知與可視分析研究中心，重點研究空間認知理論及試驗驗證；武漢大學測繪遙感信息工程國家重點實驗室和遙感信息工程學院聯合成立空間智能研究所，致力于空間大數據智能處理方法；鄭州大學成立了空間認知研究室和認知工效學聯合實驗室，提出新地圖學學科體系。

近年來，各類國內外學術組織中的相關委員會，也積極組織空間認知相關的專題會議，如第29屆國際地圖制圖大會、第28屆國際地理信息學會議-國際華人地理信息科學協會年會、2018—2021年中國地理信息科學理論與方法學術年會、第3—6屆全國地圖學理論與方法研討會、第1屆地圖與空間認知會議、第4—5期地理信息科學論壇分別設置了“Cartography in mind”、“Spatial cognition in the mobile information era”、“空間認知與空間推理”、“人腦地圖空間認知與人機融合多模式時空認知”、“地圖空間認知理論與方法”、“空間認知與地圖可視化”、“空間認知與地理智能”、“GeoAI地理空間智能”等專題。

2 地理空間認知理論及分化

2.1 地理空間認知的經典理論模型

隨著數字地圖技術、時空大數據技術、信息通信技術等的發展，地理空間認知理論模型也在不斷豐富和創新。下面對幾種經典的地理空間認知理論模型進行介紹。

2.1.1 地圖空間信息傳輸模型

在地理空間認知領域，文獻[42]提出了地圖空間信息傳輸模型，詳細描述了地圖信息傳輸的路徑，地圖在空間認知中的核心作用，以及地圖制圖者與用圖者在空間認知理解上的影響因素。該地圖信息傳輸模型是第一個地圖空間認知模型，對于后來地理空間認知的理論發展具有重要意義[24]。

2.1.2 地圖學三角形到地圖學四面體模型

文獻[5，43—45]認為，從地圖學角度來定義空間認知，是人們認識自己賴以生存的環境，包括其中的諸事物、現象的相關位置、依存關系以及它們的變化和規律。空間認知是人們對出現于周圍環境中的各種事物和現象的存在、變化方式以及它們的相關位置的認識過程和能力；是對事物和現象的發生、影響、因果進行分析研究的基礎；是聯系地而不是孤立地，發展地而不固定地看待事物和現象的前提。由地圖學三角形到地圖學四面體的轉化，為現代地圖學增加了數字地圖—地圖，數字地圖—實地，數字地圖—讀者3個關系，標志著地圖空間認知理論與地圖制圖技術的發展，反映了信息時代地圖學的變革(如圖2所示)。文獻[15]繼續關注人-機-環境研究，提出了放飛地圖的空間認知新思想。

圖2 地圖學三角形向地圖學四面體模型轉化[45]Fig.2 Cartographic triangle and tetrahedron model[45]

2.1.3 多模式時空綜合認知模型

文獻[3]認為，空間認知就是研究空間信息處理的過程，或者說是研究人們怎樣認識自己賴以生存的環境，包括構成環境的諸事物、現象的相關位置、空間分布、依存關系，以及它們隨時間變化的運動演化規律。基于傳感器網絡由“現實的地理世界”到“感知的地理世界”(包括感知、表象、記憶、思維等一系列過程)、“重構的地理世界”、再到“認知的地理世界”的空間認知概念模型(如圖3所示)，為大數據時代的知識制圖、智能制圖奠定了理論依據[17，46]。時空大數據時代的到來，使地圖空間認知模型向多模式時空綜合認知模型轉移。

圖3 智能制圖空間認知模型[46]Fig.3 The spatial cognitive model faced to the smart mapping[46]

2.1.4 泛地圖理論模型

文獻[20—22]認為，信息與通信技術的快速發展帶動人類進入地理空間、人文社會空間和信息空間相融合的三元空間。地圖制圖的目的、人員、對象和環境等均發生巨大變化，地圖的類型、空間對象、表達維度、地圖角色等呈現出顯著泛化特征，現有地圖學理論無法引領和指導當代的地圖實踐，地圖學理論亟待“突圍”。文獻[20]提出ICT(information and communication technology，ICT)時代泛地圖理論，如圖4所示，辨析三元空間對象的結構關系和抽象模式，構建泛地圖對象空間理論；解析泛地圖表達維度空間，建立泛地圖表達維度譜系；挖掘泛地圖表達機制與方法，揭示各類三元空間對象的有效性規律，實現對三元空間的泛地圖的優化表達。

圖4 ICT時代的泛地圖理論模型[20]Fig.4 The extensive map model in ICT era[20]

以上理論模型分別在地理空間認知的信息傳輸、關系結構、腦神經基礎、智能化表達等方面具有深遠的意義，為當今智能化的地理空間認知打下了堅實的理論基礎。

2.2 地理空間認知與認知地理空間

隨著理論與技術的發展，地理空間認知的相關研究也出現了分化。一般而言，地理空間認知，指的是基于認知心理學中腦科學和神經機制研究，深入理解、剖析、解譯人類大腦的空間認知能力，主要研究人類生而具有、世代傳承、優勝劣汰、與時俱進的空間本能及其進化能力，通過問卷調查與生物信息技術手段進行實時監測和量化分析，通過人工智能技術得以強化和延伸，地圖在其中承載了空間認知和空間思維重要工具的作用。

當前地理學界還有另一類認知地理空間的研究，重點是空間探測能力的提升及測繪技術的進步。這類研究主要借助智能數字探測技術，豐富創新測量手段，拓展人類認識的空間范圍，涉及太空、地下、室內、室外等多種空間類型。它以對地觀測與導航技術、深空探測與傾斜攝影測量技術、遙感數據星地協同技術、物聯網環境下的實時多源異構傳感技術、實時高精度導航技術、泛在互聯與位置服務技術、時空大數據分析挖掘技術、云服務支撐的社會計算技術、智能感知定位與移動測量技術等為基礎，通過各種測繪技術豐富、拓展、改造人類的認識能夠到達的空間范圍，注重利用傳感技術和計算機視覺建立和維護“全息”、“全空間”的時空數字地球孿生體，但目前還處于感知地理空間的技術層次，地圖在其中充當了測量結果的可視化手段或定位操作技術平臺的角色。文獻[47]提出智慧GIS應用的“四個腦”，關注了智能駕駛和移動測量實時感知問題。文獻[48]認為，在“人機協同”到“人機合一”的交互過程中，人與環境關系的感知、認知和相應服務成了泛在測繪的重點特色要素。文獻[17，46]關注了時空大數據中GIS數據與行業數據的集成方法。文獻[49]提出了全空間信息系統的概念，將GIS的空間尺度擴展到了微觀和宏觀空間。文獻[50]從地理空間視角提出區域綜合評估方法與示范。文獻[51]關注了基于地理大數據的城市空間感知及空間規劃等領域應用。

前者是對空間認知機理的研究，重點是以生理學、心理學為基礎對人腦空間信息加工過程和規律進行分析與試驗驗證，其中的“認知”是名詞；后者是對空間認知技術的應用，重點是如何利用測繪技術方法更精、更遠、更廣地認識人類生存空間，其中的“認知”是動詞。兩者正如地圖與GIS一樣，有所區別又緊密聯系。本文主要討論的是前者。

3 地理空間認知的重要工具——地圖

3.1 地圖的雙向空間認知作用

空間認知是地圖的主線。地圖是空間認知和空間思維的工具[2]，也是國際上3大通用語言(音樂、繪畫、地圖)之一[52]。是跨越時間和空間、自然和人文，綜合運用地理學、測繪學、信息技術、認知科學、人工智能等幾大科學領域知識[45]，科學表達復雜非線性地理世界空間結構和空間關系的偉大創造[17]，具有普適性和頑強的生命力。空間認知是地圖學與認知科學(認知心理學)的碰撞[5]。把認知科學的方法引入地圖學研究主要有兩個目的：①弄清地圖是人類認知空間環境的結果，又是依據的信息加工機制；②弄清地圖設計制作的思維過程并設法描述它們[5]。

周圍環境既包括實體地理環境，也包括增強環境、虛擬環境、混合環境、孿生環境等新的環境類型，它們共同構成空間認知的基礎情境；作為研究對象的各種事物和現象，既包括人類主體對自身存在的認識(具身認知[53])，對周邊事物、現象的實際地理位置、發展變化規律等的理解，也包括人類對虛擬環境中各種實體對象的推理分析，還包括作為人類化身的機器智能對借助傳感器所感知環境的人稱選擇、視角變換、位置預判、模型構建、知識推理等的智能計算，如SLAM；認識過程和能力隨著腦科學技術、認知心理學試驗方法、計算機信息處理技術、人工智能技術、測繪技術等的進步得以增強和拓展。它們的相關位置、依存關系以及變化和規律都呈現出新的特點，比如增強現實中各類虛實地物的相對位置隨視角變換而實時構建，又如智能駕駛中的認知主體可以是人、機或者二者的協同，人-機-環境呈現出一種新型的依存關系。

人類借由地圖重構復雜非線性地理世界，實現由“地理世界”到“地圖世界”的轉變；利用地圖進一步認識復雜非線性地理世界，實現由“地圖世界”到“地理世界”的轉變。這種指導行動并反饋信息的“雙向”轉變的認知模式，反映了地圖哲學思維[17]。

3.2 地圖空間認知的研究方法

認知心理學為地理學提供了理論依據、技術手段和試驗方法[28-29,54]。如基于刺激-反應(S-R)模型的地圖設計感受心物學試驗[29]，地圖符號“視覺變量”中格式塔心理學的應用，基于視覺認知負荷的制圖綜合信息載負量計算[55]等。近年來，心理學對地理空間認知研究方法最有力的支持來自于以下方面[13]：

(1) 腦神經機制的研究。文獻[56]提出了大腦海馬體內存在著位置細胞。文獻[57]發現了產生坐標體系的網格細胞。文獻[58]中“發現大腦中形成定位系統的細胞”的研究獲得了諾貝爾獎生理學或醫學獎，定位系統的細胞被稱為“腦內GPS”的定位系統，在細胞層次解釋了大腦位置、導向的生理機制，展示了較高認知功能的細胞基礎。該文獻還提出，人們在空間進行導航和形成情景記憶的能力依賴于可視化準確地呈現我們的周圍環境。位置細胞、頭向細胞、邊界細胞和網格細胞是構成神經定位系統或者說大腦的“全球定位系統”的主要單元。近期，腦科學中對于人腦神經網絡機制的研究[28]再次為地理學中的空間認知研究提供了新的思路。

(2) 眼動追蹤技術的研究。人們日常生活中所獲取的信息有80%～90%來源于視覺通道[59-60]。眼動追蹤技術基于眼腦一致性假說[61]，因其客觀、直觀、不介入的優點[28,31-32]，廣泛應用于醫學、心理學、廣告設計、體育、交通等各個行業，通過眼動頻率、眨眼頻率、瞳孔直徑、眼球運動方向等重要指標[62-66]的定性與定量分析[67]，支持了地鐵設計(社會空間)、景區規劃(旅游空間)、運動搜索(運動空間)、公共導視(輿論空間)、大數據可視化(數據空間)、閱讀加工(文字空間)、網絡學習(網絡空間)[65]等方面的空間認知研究。眼動追蹤技術在地圖學中的應用主要集中在地圖閱讀、界面交互[68]、色彩設計[69]、視覺變量[70]、語義傳輸[71-72]、地圖可用性[73-74]等方向[68,75-77]。文獻[68，78—80]分析了地圖閱讀眼動模式和認知效率。文獻[70,75—76,81—82]研究了地圖動態視覺搜索策略。文獻[52，74，77，84—85]關注了小屏幕導航地圖和虛擬環境。國內的地圖眼動研究也進展迅速，文獻[85]提出把眼動研究作為主要視覺試驗方法，探求地圖設計中讀者對地圖注意力的集中和興趣。

(3) 以眼控為主的交互研究。“認知不僅僅發生在腦中，而更多的是產生于腦、身體及世界的動態交互作用中”[86]。視覺搜索是獲得視覺信息行為和信息加工過程的重要手段，眼動模式還能夠表達人的認知需求，在獲取信息的同時發出需求指令，節省認知帶寬，減輕認知負荷[14]，為代替鍵鼠交互提供了一種新思路[87]。特別是在VR/AR/MR環境中,眼動注視點渲染技術支持分層細節渲染，注視區域清晰顯示，其他區域模糊處理，減輕服務器壓力，有效地緩解了由于數據計算量大引起的配準偏差和暈動癥等問題，使交互體驗更加自然、流暢、人性化[88]。因此，眼動儀廠商加緊研發輕量化眼控交互設備，百度、騰訊、蘋果、微軟等公司積極收購或投資眼動技術力量，促進其應用[89]，眼動、腦電、手勢、語音等聯合傳感交互在人工智能應用中得到了越來越多的重視。但當前在地理信息服務中，眼動追蹤技術仍僅僅被作為一種試驗或評估手段[61，73-74]，交互應用速度遠遠落后于移動設備、智能駕駛、智慧家居等領域[90]。

4 新時期地理空間認知的發展

4.1 地理空間認知的3個發展方向

人工智能根源于認知心理學，因其學科交叉性和前沿性，至今尚無統一的定義[91]，主要從思維、腦、身體3個方面與空間認知相聯系：基于數理邏輯運算的計算機符號操作，模擬人類的認知過程來獲取知識；基于仿生學、特別是人腦模型的研究，依據神經網絡及其鏈接機制來開發深度學習算法；基于具身感知和行動的研究，關注智能體與外界環境的交互建立自適應“人-機-環境”系統[8，86]。以上研究的目標都是創造出一個可以像人類一樣具有智慧、能夠自適應環境的智能體。但認知的核心是智能和心理，而人工智能的核心是計算和數理。目前的人工智能仍然以計算機為中心，并沒有實現“以人為中心”的認知，還處于有計算而無算計、有智能而無智慧、有感知而無認知的階段[53]。這個階段的地理空間認知研究，也可細分為語義計算認知、腦科學認知機制和具身認知3個主要方向：

(1) 語義計算認知。受符號主義學派影響，利用計算機模擬的多維虛實地圖及其符號語義[92]來建立各種認知計算知識系統，如由個性化地圖設計系統到自適應地圖可視化系統、由專家支持系統到各種知識服務系統。目前的關鍵問題是，如何超越直覺的理解，科學準確地定義這些認知基本變量，從而建立統一的認知基本單元模型[93]。語義計算認知主要解決空間知識如何描述的問題。

(2) 腦科學認知機制。受聯結主義學派影響，以腦科學和神經網絡為基礎，常因人和情境的不同導致認知結果差異，可以借助認知心理學實驗手段來探索人腦中的信息加工機制，如由認知結果轉向更加關注認知過程，由問卷測試轉向實時的生理信息監測，由單一的視覺實驗轉向眼動、腦電、表情等聯合實驗結論。腦科學認知機制主要解決空間知識怎樣存在的問題。

(3) 具身認知。受行為主義學派影響，借助多通道傳感器來感知態勢和智能交互，努力使計算機通過模擬人類的自然交互達到自適應環境解譯和智能空間認知的目的[8，53]。人類所獨有的高階智慧能力只需要非常少的計算能力，例如推理，但是無意識的技能和直覺卻需要極大的運算能力。空間認知本身就是一種具身行為，是人類基于生活本能之上的探索空間的高級技能[94]。具身空間認知主要解決空間知識如何應用的問題。

4.2 地圖空間認知的發展及特點

地圖是地理空間認知的核心。從歷史上看，人類空間認知能力的進步推動著地圖學的歷史發展[44，52]。依據人的空間認知的進步來定義地圖史的階段，可以劃分為遠古地圖、古代地圖、近代地圖、現代地圖。巖畫地圖表達了遠古時期人們對生存空間的記憶；《鄭和航海圖》、《皇輿全覽圖》(1708—1718)和《清乾隆內府輿圖》等古代地圖，表達了先祖對于航海路線和國家疆域的認知[52，85]；實測地圖、地形圖與地圖集的出現，是人們運用制圖技術思維和理解時空的體現；電子地圖、手機地圖、導航地圖、網絡地圖的出現及蓬勃發展，體現了數字化、信息化技術對于人類認知空間的擴展與思維方式的沖擊。

新時期人工智能技術引入地理空間認知，又在語義計算認知、腦科學認知機制和具身認知3個主要方向上，促使地圖學發生著翻天覆地的變化：機器學習、神經卷積網絡等算法的深入研究，刺激了機器地圖、賽博地圖、高精地圖、時空大數據分析、空天探測技術、地理信息邊緣計算及云服務等創新發展；人腦細胞作用及神經網格結構的研究，使地理學與心理學的學科交叉研究更為密切，從而能夠更好地解釋以心象地圖為核心的人腦空間認知機制；智能駕駛等新的人-機-環境具身認知需求，促使技術創新來構造更加逼真、多維、動態、沉浸、耦合的AR、VR、MR地圖，同時召喚加速對新型空間認知問題的理論研究。

新時期的地圖空間認知主要有以下幾個方面的特點：

(1) 地圖起源于認知[2,5,18]，成熟于測繪，如今又面臨著新型空間認知的強烈需求，孕育著“新地圖學”學科體系。地圖是人對現實地理世界認識結果的表達，是一種知識的固化，而不僅僅是測繪結果的展現方式。既由人的主觀意志和知識水平所主導，隨傳播目的、時空境遇、認知差異[25]而不同，也受到科技發展水平的時代促進和歷史局限。因此，只有將地圖從傳統測繪中擴展開來，才能更好地發揮它的空間認知工具的作用。

(2) 各種新地圖[16]、準地圖[19]、泛地圖[20-22]的出現，勢必會帶來新的地理空間認知問題，而地圖在其中的作用還沒有被充分發掘出來。在當前的“新地圖學”學科體系和“人—機器人—地圖—環境”新框架中，地理空間認知的研究重點是以地圖為工具的人機協同認知問題。以視覺為主、基于多傳感器的聯合試驗與交互研究具有很大空間。

(3) 不論時代如何變化，地理空間認知的主體仍然是人，地圖仍然是空間認知最主要的、不可替代的工具，這一基本屬性是不會變的[5,18]。地圖科學而藝術，感性而智能，傳統而時尚，幾經沉浮仍具有頑強的生命力，經久不衰地獨立于技術之外而存在，深沉地詮釋著人類空間認知能力的不斷提升。

5 結 語

本文介紹了地理空間認知的緣起與現狀、理論及發展，闡述了地圖在地理空間認知中的雙向作用，歸納了腦神經機制和眼動追蹤技術等研究方法，指出了地理空間認知的主要發展方向和特點。

認知科學與生俱來的學科交叉特性，決定著地理空間認知研究是一個心理學、語言學、地球科學和哲學等多學科、多領域、多技術交叉融合的復雜問題。人機協同認知可能是較長一段時期內的主要方式，同時又帶來了認知主體分裂的新問題，其理論、技術與試驗研究面臨著巨大的機遇和挑戰[6]。信息傳輸與人工智能技術的迅猛發展，將地理空間認知的對象由自然空間、人文空間，擴展到模擬空間、信息空間和虛擬空間(混合空間)，技術研究熱點集中在腦神經機制基礎、個性化與自適應技術[45]、人文地理空間認知[20]、數字孿生環境認知[30]、多通道協同交互及智能控制等方面。然而，地理空間認知的基礎理論研究還滯后于技術創新應用。許多無法準確定義的“新地圖”、“準地圖”或“泛地圖”的出現，模糊了地理空間認知和地圖空間認知的界限，對傳統地圖學中的空間認知研究產生了顛覆性的影響。但是，當前地理空間認知的主體仍然是人，地圖仍然是空間認知與空間思維最主要的、不可替代的工具。如何盡快弄清人類地理空間認知規律以及人機協同認知機理，進一步發揮地圖的空間認知作用，使機器真正學習、理解、增強，而不是替代或淡化人類的空間認知能力，是人工智能應用和發展新時期不可回避的問題。