1.1　引言

在信息论、系统论、控制论的推动下，人类历史的车轮已滚滚驶过电子时代、网络时代，进入了大数据时代。社会信息化进程的加快激活了人们沉淀已久的想要脱离束缚感的需求，用户需求呈现出多元化、多样化、多层次的特点。然而，我们虽然时刻被海量数据包围，却常在信息烟雾中迷失和彷徨，信息过剩与信息孤岛共处，信息过载与信息饥饿并存。正如知识管理专家斯克姆所说，“在网络环境下，用户正在经历一个新的尴尬——淹没在信息之中，却没有闪光的智慧。”［1］奈斯比特在《大趋势》一书中也指出人们目前所处的困境，即信息是丰富的，而知识是贫乏的［2］。比尔·盖茨早在《未来之路》中预言，未来的信息服务必须满足用户高度个性化的需求。

在人类社会漫长的演变、进化过程中，为了满足信息传输和交流的需要，出现了语言和文字；为了传输地理信息、描述地理空间环境，出现了地图。地图是永生的［3-5］，是地理信息可视化的基本形式［6，7］。它与绘画、音乐并称为世界通用的三大语言［8］，与文字一样都是人类文明的标志［9］，但具有线性文字无法比拟的优越性和价值［10］。由于地图具有综合信息承载和空间存在显示功能，因此从古至今一直是人们认知生存环境的重要工具［11］。地图的阅读和理解不能脱离使用者的人口特征、文化背景等个性特征和特定的使用环境。地图学中的个性化，经历了从无意识的原发性实践到理论总结再到理论指导下的有意识应用的过程。

古代的图画、地图和文字并没有本质区别，地图被理解为写实图画的一种［12］。例如，原始人类绘制在崖壁上的狩猎地图和古巴比伦陶片地图，都是为了实现某一特定情形（如野猎）下的某种目的（如计数）由特定的人制作的，没有规范和标准，因此都可视为原发性的个性化地图［13］。此后，在纸质地图长期鼎盛的阶段，出现了因主题和用途不同而采用不同设计方法的个性化地图和地图集。例如，我国个性化定制地图——《张汉民远征图》，还有各种夜光地图、绘制在布帛上的防水地图等。这个时期地图的个性化主要体现在制图理念、工艺和技术等方面，重心在制图者。

20世纪60年代出现了电子地图。电子地图的出现使地图的表达方式、交互手段更加丰富，允许用户参与制图过程，满足了用户更多的个性化需求。同时，电子地图由于不同于纸质地图的阅读方式、呈色原理、用户参与度等，这些特点引起了地图学家们的注意，从此制图重心和个性化研究开始向用户迁移。20世纪70年代是计算机辅助制图阶段，地图产品向虚拟、多维、动态方向发展，更广泛地与个性化需求和环境相适应。

20世纪80年代，全数字化地图制图、3S技术、地球信息科学和数字地球、科学可视化［7］的诞生，丰富了地图表现手段，扩大了地图的应用领域。科学可视化具备图解和交互两个特征［14］，把人脑和计算机这两个强有力的信息处理系统紧密地结合起来［15］。用户阅读地图的方式和从地图上获取空间信息的思维过程得到了空前关注［16］。20世纪90年代初，可视化技术迅速应用于地球信息科学，并成为地图学的核心内容与研究热点［17，18］。多媒体地图、网络地图和移动地图应运而生，并因其传播的便捷性、更强的交互性和超链接特性，极大地丰富了地图的个性化内容和表现形式，降低了地图制作和使用的门槛。随着用户参与程度的提高和各种地图定制工具软件的出现，地图制作者与使用者的界限开始变得模糊，地图产品的个性化特征凸显，表现出普适化、个性化、多样化的发展趋势。在地图学大踏步迈向自动化、智能化、自适应高级阶段的过程中，手机和平板电脑等移动设备的出现使地图无处不在，众包数据、位置服务、大众制图、泛在制图［19］等新方法新理念深入人心，彻底颠覆了传统的地图可视化形式及用户角色，扩大了地图的使用环境，进一步推进了地图的个性化进程。在充斥着移动计算、云计算和志愿者地理信息共享的信息社会中，大数据和众包现象是未来地图学研究的两个新的驱动力，地图生产和更新由“面向覆盖”转向“面向要素”，越来越多的地图服务将从不完整、不确定和动态变化着的数据流中实时派生而来［20］，地图的数据来源、设计方法、生产模式、显示介质、实现技术、实验手段、应用领域，以及服务程度等都发生了时代巨变。

地图制图或制图可视化致力于以用户为中心，将地理对象及其关系展现在普通的二维平面上，包括一系列信息转换认知过程［6］。MacEachren将面向大众的交流传输与面向个人的可视化列于可视化立方体对角线的两端［7，21］，将认知-可用性研究列为地理信息可视化的重要研究方向之一，明确指出了地图可视化、认知与个性化的关系［22］。Dibiase建立的地理学可视化思维框架与Taylor建立的地图可视化模型也将视觉传输与视觉思维平衡看待。王家耀院士曾指出，“空间认知是认知科学的一个重要研究领域，研究人类感知和思维信息处理过程。认知科学的目的就是说明和解释人在完成认识活动时是如何进行信息加工的。”他将地图要素可视化交互设计与地图认知感受列入地图学与GIS可视化方面研究的主要方面，并且认为，“地图学与GIS中的可视化最重要的是一种空间认知行为，这是一种有助于强化心象地图的能力，这种能力有助于理解、发现自然界存在的现象相关关系和启发形象思维的能力。”［23］然而，用户的生理特征、知识结构、社会背景、兴趣爱好等存在个体差异，大脑对地图符号、色彩、功能等要素的信息加工方式截然不同；同一个用户在不同环境下的生理和心理状态不尽相同，影响他对地图的阅读和使用；在不同载体上，地图的显示特点不可同一而论。因此，不了解人对地图的感知、觉察、注意、记忆、模式识别（Pattern Recognition）、决策等一系列认知过程，以及不同环境下的认知差异，就不可能从根本上提高地图的可用性，地图的设计和表达研究也就无的放矢。因此，研究个性化地图的认知机理具有重要意义。

那么，个性化地图包括哪些地图要素？这些要素是怎样组合成地图的？涉及的影响因素有哪些、如何分类？用户脑中的心象地图也是由点、线、面等要素组合而成的吗？这与制图者对地图的专业理解会不会有区别？对于某一种特定的影响因素（如性别为女性），某种地图要素（如符号类型）如何设计更合适？如果将地图要素置于复杂的影响因素组合情况（如具有硕士学历的中年女地图专家）中考虑，究竟哪些影响因素对某种地图要素（如符号类型）的选择起作用？对于多种地图要素叠加生成的完整地图，如何评估它们对当前特定的个性化情景的适合程度，又如何验证呢？这个“适合”的选择也就是个性化地图的认知结果。那么地图认知阶段如何划分？因人而异的信息加工机制是怎样的？有没有办法能够监控人脑的地图思维过程，并且让它“可视”呢？对于不同的认知效果，是地图要素在起作用，还是影响因素在起作用，它们有没有彼此增强或是削弱？究竟哪些影响因素对哪个认知阶段的影响较为显著呢？本书将逐一回答这些问题。