论地理空间形象思维——空间意象的发展，本文主要内容关键词为：形象思维论文,空间论文,意象论文,地理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：N941文献标识码：A
当戈尔(AL.Gore)在其《数字地球：21世纪地球人类之认识》一文中谈到“我们所拥有的信息已经超过了我们所具有的处理能力”这一问题时提出：问题的根源与信息的显示方法有关。研究人员很早就已经发现在我们人的大脑的短暂记忆中很难记住7位以上的数据，其原因是人脑的比特率低，而当每一比特按可识别模式排列，使其具有相关关系的内涵，比如当这些数据代表人的脸部或太空的星系时，我们都可以理解数以十亿比特的信息[1]。在此，戈尔强调了在对数据进行处理时，应借鉴人脑对于信息的处理方式，“形象思维”有助于增强信息的理解力。
作为建立“数字地球”的核心技术之一的地理信息系统，其产生就起源于对土地利用属性信息与土地空间结构几何信息的集成以实现空间分析之目的，因此，其“先天”就具有图形表达的“本能”。但是，其现有的有关图形图像的处理功能还大多停留在现实世界的真实写照和艺术再现阶段，还不具备有效的分析手段以实现对于现实世界的科学解释。正如陈述彭院士指出的：“在科学与艺术的沟通与反演方面存在着缺口(Gap)，即艺术影象的科学解释仍然是模糊的、多解的，从而是不确定的”[2]。究其原因，这主要是由于在传统的地理信息系统的研制与开发过程中，人们更多地把注意力集中到空间数据制图以及空间信息查询、分析的功能实现上，忽视了对于人的有关“空间意象思维”及其方法的研究。而空间意象思维的一个显著特点就是形象化思维，是建立在空间结构演化基础之上的空间过程的转换。
有关空间意象思维的研究属于“地理空间认知”的研究领域，而有关地理空间认知的研究，已经被美国地理科学研究协会于1996年列为地理信息科学在未来十年内的十大优先研究领域之一[3]。从国外研究来看，目前有关地理空间认知的研究主要包括：地理空间作为一个有关人的“心理空间”或“经验空间”是怎样变化的；人们是怎样获取地理信息的；个体的年龄、文化、性别或特殊的背景等因素是如何影响人们对于地理信息的认知。
1 空间意象的概念
美国著名科学史家A.I.米勒在研究了彭加勒、爱因斯坦、玻尔兹曼、海森堡等对形成20世纪科学作过重要贡献的科学家的创造性科学思维后指出：每一种发展完善的理论都有意象，当科学家提出或掌握一种理论时，他同时也掌握了一种特殊的意象方式，“心理意象”是创造性科学思维中的关键因素[4]。“意象(Mental Images)”是认知科学中的一个重要概念，它是人类意识对于物质世界的主动和积极的形象化反映，表现为象(Image)、形(Graph)或图式(Schema)，它以知觉经验为基础，与抽象概念一样能超越知觉经验[5]。
空间意象是一种具有自学习能力的具有空间形象感的地理形象化思维模式，它既提供了一种地理信息的组织方式，同时，它又为地理信息、知识提供了一种形象化的表达模式。它的形成以地理专家对于地球表层的知觉映象为基础，但它对于地理思维的重要意义远远超过了地理知觉经验。地理知觉映象不仅是指依靠感官对于地理物质现象的“直接观察方式”[6]所获得的“心理图象（形象）”，而且，还包括专家通过“间接观察方法”对于地理非物质现象研究后所获得的感知，这里的“间接观察方法”是指“另一种传统的较少依赖感性经验而较多地依赖人自身想象的地理学理解方法”（大卫·哈维，1971）[7]。地理知觉映象是对于现实世界中地理现象真实反映的“象（形）”，它是通过地理学家的考察工作产生的，它具有鲜明、生动和完整的特点。空间意象则是一种界于感性认识和理性认识之间的“取象”，它与地理知觉映象的不同在于“象”和“意”的关系上，它更注重“意”，即它具有“由象表意，意从象出”的特点。“意”具体表现在影响空间意象产生的地理学者有关地理问题解决的目的、态度和技能上，空间意象首先表现为一种有目的的思维活动，它是建立在专家的地理知识、经验以及解决地理问题的综合技能之上，同时又受到专家个人的反映社会结构、政治结构和人类发展的“内心世界”的深刻影响，因此，它实质上是一幅存在于地理学者头脑中的“多维图象”，这里的“多维”是指“目的、态度和技能”。从思维方式上看，意象模式大量运用了联想、启发、类比与推理等思维方法。由此可见，空间意象具有非现实性和形象化的特征。如图1所示，地理思维的过程和结果都表现为某个空间意象，并且这个“意象”在地理思维过程中总是处于变化的状态，随着地理思维对地理问题的现象、规律认识的逐渐深入，空间意象对地理问题的模拟将会逐步接近事物的本质。
空间意象(Geographic Mental Images)是地理思维的产物，同时，它也是地理思维得以进行的“载体”。从它产生开始，它就对地理思维活动起到了决定性的作用，并最终影响地理概念计算模型的生成（图1）。
“空间意象”相当于大卫·哈维的从“真实世界结构的形象”所产生的“先验模型（形象的形式化表示）”，而先验模型又是“假说”直至“经验上的设计定义（定义、分类、度量）”的基础。哈维认为，先验模型不过是世界的形式化图象而已，这个图象经我们运用分析手段已塑造得连贯而一致，并指出，没有地理概念就没有地理学的理解，而没有图象就不可能有概念，图象是我们解释一切认识之性质的中枢[7]。因此，没有空间意象就没有地理概念，从而就没有对地理学的理解。
P.E.詹姆斯和G.J.马丁认为，空间意象具有理论性、非现实性、相对位置以及形象化的特征，并认为“一个世代的意象和解释很少能为后一代所满足，人们不断搜索新的更为完善的形象与合乎时代的解释。这些不断变化的形象和使它们变得言之成理的理论体系便组成了地理思想史的内容”[8]。
在物理学中，人们能够利用相当精度的实体模型进行有关物理实体的各种实验；而地理学家在地理研究中，更多地是应用了有关地理实体的“概念模型”进行所谓的“思想实验”，而要建造概念模型就必须以有关地理实体的“意象思维”为基础。正是“空间意象思维”使得地理学者把他们的地理思维从纯粹感知世界中解脱出来，使地理思维成为“描述性思维”与“形象化思维”的结合；也正是由于基于空间意象思维基础之上所产生的地理概念思维，使得人类有能力认知纷繁复杂的现实世界的地理规律和规则，才使得人类能够建立起描述地理世界变化的地理概念计算模型。由于空间意象具有形象化的特征，因此，地理思维首先表现出形象化思维的特点，是在形象思维基础之上的概念思维[9]。
2 空间意象的基本形式
空间意象在地理客观现实世界和地理概念计算模型之间担当着“桥梁”的角色，正是由于空间意象的存在，使得地理概念计算模型的建立成为可能。但是，直到目前，对于空间意象的发展及其发展规律仍没有给予足够的重视，由此造成了地理概念计算模型的建立尚缺乏理论上的统一指导。人们在认识和理解复杂的地理世界的过程中，产生了各种各样的空间意象。综观地理学的发展过程，“空间意象”的一般模式可分为四种类型：地理区域、综合体、地理景观、区域地理系统。
2.1 地理区域
地方、地区和地域这些普通的，并为诸多学科所通用的名词，它们都是用来指那些具有具体位置、但边界模糊的物质实体（它们作为行政区域时有确定边界，但行政区不是地理学直接的研究对象）。当地理学对它们进行研究时，必须首先确定它们的地理研究内容和相应的地理界线，这就需要将地方、地区和地域这些边界模糊的概念上升为属于地理思维的可识别的“理智概念”——地理区域。
“地理区域”是地理学所研究地理环境的一部分——地区（或地方）的地理分析，是地理学家为研究地理环境所产生的“一个知识概念，一个供思考的实体”，是地理学家思考过程中产生的关于“地球表面的一种心理形象”[8]。地理区域可以表示任何大小的地区，它具有相对“均质性”，是根据区域内部某种“地理过程”的发生来对属性指标组合化后的单元形式进行组织而产生的。
2.2 综合体
综合体意指由若干个相互作用的组成成分组成的地理实体。只就“要产生综合体，必需几个组成成分——至少两个——的相互作用”（Д.Л.阿尔曼德）的思想来理解综合体是方便的，但是，在地理实践中，要以此思想来指导对于某一综合体的具体认识却是困难的，正如Ю.Г.萨乌什金指出的：严格地讲，综合体是没有界线的；但是，要认识综合体，不可能研究具有无限项数的系统，因此，我们不得不在边界上按联系（以物质和能量的转移为联系）减弱的线确定它们的界限[10]。
显然，认识到按物质和能量转移最少的面划定综合体的界线是一回事，而要具体找到这样一个面确是另外一回事，因为，直到今天，我们还没有什么很好的定量方法能够方便而又精确地计算出某一面上物质和能量的流动量，因此，在地理实践中有关综合体的确定是比较困难的。
2.3 地理景观
地理景观是指在某个发生上一致的区域，若干地理现象的某种组合关系的有规律的，即具有某种节律性的典型重复。传统地理学对于地理景观的研究是脱离地理过程来研究地理空间，满足于对地理景观空间的静态描述，而现代地理学在研究地理空间时，是通过地理过程来研究地表事物之间的规律性的空间关系[11]。
视地理景观为自然界连续性变化的自然和社会要素的统一体。对于地理景观的研究，可分为三种状态变量（P[,1]、P[,2]、γ）进行描述，P[,1]代表地理景观性质的物理属性描述，如土壤类型、植被类型、侵蚀强度、湿度、温差等，P[,2]代表地理景观性质的人文属性描述，如人口承载力、土地利用类型、经济发展潜力等，γ代表属性P[,1]、P[,2]的空间位置分布。表示景观地理属性的状态变量P[,1]、P[,2]不但是时间t的函数，而且也是空间位置γ的函数。当t一定时，建立P[,1]和P[,2]随γ变化的函数关系就实现了对于地理景观空间分布的属性描述，该函数关系式的建立方法体现了传统地理学对于地理景观的研究方法。当γ一定时，建立P[,1]和P[,2]随t变化的函数关系就实现了对于地理景观属性的时间过程描述。上面两种函数关系建立方法的结合则代表了现代地理学对于地理景观的研究方法：将形成景观的地理过程的分析与景观空间描述相结合的研究，即所谓景观的“空间与过程研究”。空间与过程研究方法的实质：对空间形式的描述完全取决于尺度，而相关尺度的分析只有根据某一过程的空间变化及重要性才能决定[7]，因此，应当根据地理过程的变化来对地理空间进行研究。
对于某一地理景观来说，将发生在该地理景观上的某个“地理事件发展的全部时间序列”——地理过程，按组成该地理过程的若干“最小子过程”进行划分后，可以得到该地理过程所包括的所有“最小功能模块”。每一个最小功能模块依然是一个包含输入、运行、输出的完整功能块体。与每一个“最小功能模块”相对应，将该景观所占有的全部地理空间进行划分，可以得到该景观所包含的若干“最小空间部分”。最小空间部分是最小功能模块的“作用区域”，它可以看作那种使数据中的自相关程度达到最小的区域个体，并得到较小程度的空间自相关[7]。
由于每一个最小功能模块都有一个相应的作用区域——最小空间部分，因此，对于景观来说，“最小空间部分”与“最小功能模块”是相互对应的，它们的结合就构成了景观分析的“最小空间功能单元体”，它与伊萨钦科的“相”或者D.L.林顿的“不可再分的单元体”相类似[8]。这个最小空间功能单元体实现了现代地理学的“空间与过程研究”的统一，它最大限度地保证了空间上的“同质性”，和其上所发生事件过程的“不可分性”。一般来说，一个景观可以包含几个最小空间功能单元体。
最小空间功能单元体作为“最小子过程”是最小的功能模块，但是，作为“最小空间部分”就不是最小的“均质区域”。马蔼乃的“最小图斑”概念是具有均质意义的最小化“形式区域”[12]。最小图斑的大小由所选定的一组地理属性的组合来决定。一个最小空间部分至少是由两个或两个以上的最小图斑所组成。因此，最小空间功能单元体虽然是最小的功能模块，但包含了多个最小图斑。正是通过这些最小图斑，最小空间功能单元体的“最小功能”才得以实现。
以黄土高原侵蚀地貌类型为例，来分析地理景观的“空间与过程研究”。对于各种不同类型的侵蚀地貌景观来说，它们的侵蚀全过程基本上都包括了坡面侵蚀和沟道侵蚀[13]。在不同的最小空间部分上，则发生着不同的侵蚀过程，黄土塬区上发生溅蚀、片蚀侵蚀过程，阶地、沟坡区上主要发生细沟、浅层重力侵蚀过程，河漫滩、河床区上主要发生洞穴、重力侵蚀，沟道区上发生沟道侵蚀过程，这些侵蚀过程分别构成了侵蚀地貌景观的“最小功能模块”。最小空间部分和最小功能模块的结合就形成了侵蚀地貌景观的最小空间功能单元体，即塬、梁塬／溅蚀、片蚀，阶地、古沟坡／细沟、浅层重力侵蚀，河漫滩、河床／洞穴、重力侵蚀，沟道／沟道侵蚀。由此可见，地理景观实质上是对地理学某种地理过程的完整抽象，例如，黄土高原卯状丘陵景观包含了产沙、输沙、堆积的黄土侵蚀的全部过程，在这种意义上，地理景观本身就是一个完整的地理空间系统，是地理研究的基本功能单元。
1963年，J.施米特许森从系统论的观点出发，将地理景观定义为“地理圈内部具有特定性质的一种事、空、时的动态系统”[8]，但对于地理学家来说，它首先表现为一种空间系统，空间系统是地理学研究这“一种事、空、时系统”的基础系统。在某一个特定的时间上，地理学者正是将对地理空间要素之间相互关系的研究，和在空间与过程研究方法上相联系的地理属性（包括物理、人文属性）的操作结合起来，来定量地研究地理景观这个动态体系内部的物质和能量的转换。
2.4 区域地理系统
“系统”这个术语在被科学地定义并作为科学研究的范式之前，地理学家因为要对表现为体积庞大和关系错综复杂的地球表层进行研究，就已经具备了一些直观的、具有“系统”性质的思想和观点。在他们对自然界进行的描述和解释中，已经把某些现象之间的关系变化作为空间系统或功能系统来进行描述了。例如在Л.С.贝尔格于1947年间写的解释生物的两极分布的著作以及关于黄土的一篇文章中都可以看到“系统”的思想和观点[10]。可以说，地理学家是最先具有系统思想的学者之一。
“系统”概念本身作为一种形象化的结构思维方式，就是一种意象思维，而作为一个结构化思维方式的结果，就是一种意象。无疑，现代地理学由于系统论思想和方法的“重新”引入，使得地理学对于自己独特研究对象的意象思维科学化。英国著名的地理学家R.乔菜指出：“系统论给地学注入了新的活力，有可能使得地理学突破原来的窠臼，展现出一种具有美学意义的表达方式”。正是由于系统论思想的影响，才使地理学家开始重新估量现代地理学所能利用的空间理论[8]，也才使得地理学家开始形成科学的研究方法。那么，现代地理学关于地理研究的“意象思维”的方法怎样？
我们知道，地理学对于地理环境的研究，一般是从地理环境的一个部分——地理区域出发来进行研究的。从这一角度来说，地理区域是地理学最直接的研究对象。要对地理区域进行系统的研究，就必须建立该区域的地理系统——区域地理系统。
索恰瓦在研究地理系统时，正确指出了“地理系统不变性”的意义及其对于地理系统分析的重要性，并提出了正确理解地理系统动态本质的必要前提是关于地理系统不变基元和变换基元的认识[14]。所有这些都为地理系统的正确认识奠定了基础。
显然，要从影响要素众多、要素之间关系复杂、且多种地理过程交互作用的地理区域中找出这样的规律，就应该在地理区域中找到空间与过程具有“恒定”对应关系的统一体，这个统一体就是基于景观分析的“最小空间功能单元体”，它是区域地理系统的不变基元，而不变基元能够用来实现对于地理景观的描述；由于地理景观是地理区域分析的基本功能单元，因此，建立某一地理区域的区域地理系统，应以地理景观为系统结构组件，按照地理事件发生的时间过程来构造区域的系统模型（图2）。“最小空间功能单元体”是区域地理系统的最小子系统，正是以这个子系统为基础，我们将对地理空间要素之间的相互关系的研究，与地理属性过程的操作结合起来，实现了把地理区域作为基于空间结构参数的函数的研究。
3 空间意象的发展
地方、地区或地域经常是地理学所要研究的直接目标，而“地理区域”则是地理学家通过对于这些直接目标进行地理分析后所产生的“一个知识概念、一个供思考的实体”，由此可见，地理区域自它产生开始既是地理分析结果的形象化表达，同时又是地理思维得以进行的载体。
对于地理区域的研究，则是建立在以综合体和地理景观这两种意象思维模式为基础的地理思维之上。由上述分析可见，综合体这类空间意象思维模式，由于需要分析无限多项的并不能相互比较的因子，因此造成了对于综合体进行定量分析的困难性，但它体现了地理学对于地理实体对象的定性分析方法，体现了地理学的描述性思维模式；而地理景观的空间与过程研究方法将过程与空间结合起来，建立了对于地理景观这个动态体系内部的物质和能量转换的定量研究方法。该方法体现了地理学方法研究的本质——地理学不是要把自然界所聚合在一起的事物分裂开来，而在于理解地理事物的一致性与相关性[8]。地理景观是地理空间观念和地理过程内容的完美结合，它集中体现了地理学方法研究的统一性——“地理学是从空间上的变化这一观点来进行研究的（赫特纳）”。正是通过地理景观，作为科学的地理学才得以将它的各个分支学科联系起来。
我们知道，地理科学的发展逻辑早已导致作为“区域科学”的地理学同景观学的融合[15]。当把地理区域作为一种研究地球表层上复杂地区分类的一种方法（即区划）时，它表现出了形象化思维方式的特点，这一特点的具体表现就是应用地理景观来研究地理区域的所谓“景观思维”方法，在这一方法中，地理景观作为地理分析的基本功能单元而成为地理区域研究的系统结构组件。但是，地理区域并不是地理景观的简单的“空间拼合”，对于地理景观的认识并不意味着已经认识了地理区域。赫特纳指出：区域学的地理学的统一性，不能从景观形象的统一中取得，而只能建立在地区、地方和地点的内在性质之上，这种性质建立在两种关系之上，一种是不同地点之间的差异，它包括发生的诸多地理事件的时间过程及其相互间的联系以及毗邻存在的地理事物的空间关系，另一种是在同一地点上的不同事物的空间关系以及所发生事件的时间过程[15]。因此，地理区域的研究应当建立在区域地理景观的“空间与过程研究”的基础之上（见图2）。
系统论的引入最终使得现代地理学关于地理区域研究的意象思维科学化。对于地理区域上所发生的某种地理过程，运用系统论方法来分析其在区域空间上所展现的功能结构系统行为，并以景观为基本功能单元来实现区域系统的功能表达——区域地理系统。区域地理系统的产生体现了地理学的定性与定量相结合的思维模式。
区域地理系统由于着眼于“区域”，因而它满足于地理学作为区域科学的特点，如地理学的记述性、差异性；又因为它运用了系统论方法，因而它具有“科学性”，具体表现为区域分析的综合性、统一性。综合性是指区域分析过程中自然要素和社会要素的综合分析。统一性相对于差异性，它们都是针对“区域”而言的。“区域差异”是指地球表面特征的多样性，它强调“对立性”的寻求，即对区域特征差异的描述。统一性是多样性的统一，是地理现象关联性的表现形式，它具体表现在两个方面：某一区域不同现象之间的相互关系；不同区域诸现象之间的相互关系[16]。统一性以差异性研究为基础，差异性研究以统一性为指导，统一性与差异性共同组成了地理学的思想基础——变化中的统一。因此，区域地理系统集中体现了地理学的思想基础。
4 结论
对于“空间意象”的发展——地理区域、综合体、地理景观、区域地理系统，有关它们的思维模式、含义及其实质进行分析表明：综合体表现了地理学的描述性思维模式；地理景观基于空间与过程研究方法建立的景观系统内部物质和能量转换的定量研究方法体现了地理学方法研究的本质，它提供了地理信息的组织和表达模式；以地理景观为基本功能单元建立的区域地理系统，则体现了地理学定性与定量相结合的思维模式，因此，它是现代地理学研究地球表层的范式。对于地理景观的描述，则应用了地理分析的不变基元——最小空间过程单元体，它是地理区域分析中空间与过程具有“恒定”对应关系的统一体。地理信息系统已经成为现代地理学进行科学研究的一个重要工具，但是，迄今为止，由于缺乏真正的能够面向地理空间分析的数据模型的支持，GIS在地理空间模型分析与应用中仍然具有较大的局限性。而按照地理信息组织方式建立的符合地理思维模式的面向地理客观对象的空间数据模型，则是应用GIS进行地理空间模拟和分析的根本基础。如果，以不变基元为地理信息组织的基本单元，建立地理景观的综合数据模型，而以景观为功能节点，以区域能流网络分析为基础，建立地理区域的分布式空间网络模型，我们就能够建立起真正的满足地理区域模拟分析的面向地理景观的地理空间数据模型。
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