摘要：

本文系統(tǒng)梳理了中國地圖學(xué)從傳統(tǒng)制圖向數(shù)智化轉(zhuǎn)型的歷史脈絡(luò)，揭示了科學(xué)抽象方法、空間認(rèn)知理論與技術(shù)創(chuàng)新協(xié)同驅(qū)動的學(xué)科發(fā)展機(jī)制。通過解析地圖投影、符號系統(tǒng)、制圖綜合三大科學(xué)抽象方法，探討了時空大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)對地圖學(xué)范式革新的深刻影響，并提出地圖哲學(xué)引領(lǐng)、數(shù)據(jù)文化鑄魂、時空智能賦能的三維發(fā)展框架，為新時代地圖學(xué)的持續(xù)創(chuàng)新提供理論支撐與實踐路徑。

關(guān)鍵詞：中國地圖學(xué)；時空大數(shù)據(jù)；人工智能；創(chuàng)新性發(fā)展

引用：王家耀，程士源，熊思奇，等.創(chuàng)造性傳承與創(chuàng)新性發(fā)展：新時代中國地圖學(xué)快速發(fā)展之路[J].測繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報，2025（4）

引言

地圖學(xué)作為一門兼具科學(xué)性與社會性的學(xué)科，在人類認(rèn)知和表達(dá)地理空間的過程中發(fā)揮著重要作用。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，地圖學(xué)正經(jīng)歷著從傳統(tǒng)制圖向數(shù)字化、智能化的轉(zhuǎn)型過程。這一轉(zhuǎn)型既源于學(xué)科自身發(fā)展的內(nèi)在需求，也受到信息論、控制論和系統(tǒng)論等跨學(xué)科理論的影響。計算機(jī)技術(shù)和大數(shù)據(jù)的發(fā)展，為地圖學(xué)的智能化研究提供了技術(shù)支持。當(dāng)前，地圖學(xué)的發(fā)展呈現(xiàn)出以下特點：學(xué)科理論體系不斷完善，從經(jīng)驗科學(xué)向理論科學(xué)轉(zhuǎn)變；地圖作為數(shù)據(jù)載體，在社會空間認(rèn)知和決策中的作用日益凸顯；人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)與時空大數(shù)據(jù)分析的結(jié)合，推動了地圖制圖的智能化發(fā)展。同時，地圖學(xué)與地理信息科學(xué)、計算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域的交叉融合，促進(jìn)了空間認(rèn)知計算等新興研究方向的發(fā)展，智慧城市等應(yīng)用需求也推動了地圖學(xué)在實際應(yīng)用中的深入發(fā)展。本文旨在系統(tǒng)梳理中國地圖學(xué)從傳統(tǒng)制圖向數(shù)智化轉(zhuǎn)型的發(fā)展歷程，分析其學(xué)科發(fā)展機(jī)制，并探討未來發(fā)展的理論框架與實踐路徑。

地圖學(xué)是一門經(jīng)歷數(shù)千年發(fā)展且任何時期任何社會都不可或缺的科學(xué)

01

人類對地球形狀和大小認(rèn)識的漫長過程

人類對地球形狀和大小認(rèn)知的歷程已存在千年之久[1-4]。在古地圖萌芽時代，今捷克境內(nèi)巴甫洛夫附近、古巴比倫和埃及東部沙漠地區(qū)都曾出現(xiàn)過地圖，但并未涉及到地球的形狀和大小，人們也沒有地球的概念。古希臘、古羅馬時代，人們最早“感悟”到地球為“球”形，并進(jìn)入地球為“球”的孕育期，古希臘唯物主義哲學(xué)家米勒人阿那克西曼德（公元前610——前545），提出地球形狀的假說，繪制了當(dāng)時已知世界的地圖；古希臘哲學(xué)家和數(shù)學(xué)家畢達(dá)哥拉斯（愛奧尼亞薩摩斯、卡卡尼亞梅塔蓬閨姆）第一次提出地球為球形的概念；之后，柏拉圖、亞里士多德、古希臘地理學(xué)家狄凱阿科斯以及中國戰(zhàn)國時期的哲學(xué)家惠斯也相繼提出相似的觀點。在這之前，人們對地球形狀的認(rèn)識稱為“地圓說”，還局限在哲學(xué)思辨的層面上，還不能準(zhǔn)確的測量地球的半徑。埃拉托色尼（公元前276-前194年）是已知采用幾何學(xué)、天文學(xué)和測地學(xué)相結(jié)合的方法測量過地球周長的第一人，其著作《地球大小的修正》可精確測算地球圓周，而《地理學(xué)概論》一書則論述了世界地圖的繪制，系統(tǒng)提出了采用經(jīng)緯度法編繪世界地圖的方法，全面改繪了古老的愛奧尼亞地圖。地球作為球體，要將球面描繪在平面地圖上必須采用數(shù)學(xué)方法——地圖投影，天文學(xué)家吉帕爾赫（公元前165-前125年）創(chuàng)立了透視投影法，利用天文測量方法測定地面點的經(jīng)緯度；古希臘數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家、地理學(xué)家和地圖學(xué)家克羅狄斯·托勒玫（公元90-168年）的《地理學(xué)指南》一書提出了球面投影和普通圓錐投影方法，被譽為古代地圖學(xué)的一部巨著。英國著名物理學(xué)家艾薩克·牛頓（1643年1月4日-1727年3月31日）創(chuàng)立的牛頓三大定律和萬有引力定律，奠定了物理大地測量學(xué)的基礎(chǔ)，成為研究地球形狀及其外部重力場的學(xué)科。到文藝復(fù)興、工業(yè)革命、地理大發(fā)現(xiàn)和以大規(guī)模三角測量為基礎(chǔ)實測地形圖時期，需要也有可能更加精準(zhǔn)地認(rèn)知和測定地球的形狀和大小，德國數(shù)學(xué)家高斯（1777-1855）的“內(nèi)蘊曲面論”用數(shù)學(xué)方法測定地球表面的形狀和大小，其學(xué)生黎曼受“內(nèi)蘊曲面論”的啟發(fā)，發(fā)展成了三維或多維空間的一般“內(nèi)蘊幾何學(xué)”。之后，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)人類的測量活動雖是在地面進(jìn)行的，但地球自然表面極不規(guī)則，無法用數(shù)學(xué)模型來描述，也不能作為測量計算和地圖制圖的基準(zhǔn)面，因此開始探索和尋求一種同地球自然表面非常接近的規(guī)則曲面，1743年法國的克萊洛證明了重力值與地球扁率之間的數(shù)學(xué)關(guān)系；19世紀(jì)初，法國的拉普拉斯和德國的高斯相繼指出地球非橢球性；1849年，英國的斯托克司提出由重力測量資料（數(shù)據(jù)）確定地球形狀的完整理論和實際計算方法；1873年，利科汀首次提出大地水準(zhǔn)面的概念，并以大地水準(zhǔn)面表示地球形狀；1945年，前蘇聯(lián)的莫洛堅斯基創(chuàng)立用重力測量數(shù)據(jù)直接研究真實地球自然表面形狀的理論，稱之為莫洛堅斯基理論。人類對地球形狀的認(rèn)識經(jīng)歷了：“圓球→橢球→大地水準(zhǔn)面→真實地球自然表面”的過程。這既反映了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，也反映了人類關(guān)于地球形狀的認(rèn)識論和實踐論規(guī)律。之后，在科學(xué)家們的不斷探索下，開始了地球橢圓大小與（似）大地水準(zhǔn)面的精細(xì)化研究，測定了地球橢球的形狀和大小與地球重力場，發(fā)現(xiàn)了地球橢球體與大地水準(zhǔn)面最佳密合的條件，并進(jìn)行了似大地水準(zhǔn)面的精細(xì)化研究。

02

人類對復(fù)雜非線性地球系統(tǒng)的認(rèn)識

人類對地球形狀和大小的探索與認(rèn)知并不支持人類全面的認(rèn)識地理世界，還需要有對復(fù)雜非線性地球系統(tǒng)的科學(xué)認(rèn)知。近代以前，由于人們還沒有地球的概念，主要研究的是人類生活在地球系統(tǒng)中的地理環(huán)境，“地理學(xué)”一詞始于我國《易經(jīng)·系辭》和古希臘埃拉托色尼的《地理學(xué)概論》，主要對當(dāng)時已知世界的地理情況進(jìn)行羅列式描述；從我國航海家鄭和揭開15世紀(jì)海上探險序幕，到哥倫布、達(dá)·伽馬和麥哲倫等的地理大發(fā)現(xiàn)，基本上奠定了世界地理和世界地圖的海陸輪廓，大大豐富了當(dāng)時的世界地理內(nèi)容，其資料和數(shù)據(jù)成果也迅速反映在當(dāng)時的地圖、地圖集和地球儀上。近代地理學(xué)始于18世紀(jì)末和19世紀(jì)初，人們開始強(qiáng)調(diào)因果關(guān)系研究[4]。20世紀(jì)80年代~90年代，人們開始從靜態(tài)的定性描述向動態(tài)定量分析，通過時序數(shù)據(jù)、大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和衛(wèi)星對地觀測所獲取的地面變化數(shù)據(jù)分析挖掘，開展時空變化和分布規(guī)律的原理和預(yù)測研究，并進(jìn)一步探索把地球作為一個復(fù)雜非線性系統(tǒng)科學(xué)來研究。地球系統(tǒng)指由大氣圈、水圈、陸圈（巖石圈）和生物圈（包括人類本身）等四大圈層組成的作為整體的地球——復(fù)雜非線性地球系統(tǒng)，其間存在著四大圈層之間的相互作用，物理、化學(xué)和生物三大過程之間的相互作用，以及人與地球系統(tǒng)之間的相互作用（人地關(guān)系）。20世紀(jì)80年代中期，地球系統(tǒng)科學(xué)作為一個完整的和綜合性的觀點，是一個新興科學(xué)前沿領(lǐng)域[5]，它的產(chǎn)生和發(fā)展是人類為解決所面臨的重大全球性環(huán)境問題的需要，也是科學(xué)技術(shù)向深度和廣度發(fā)展的必然結(jié)果。全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（GNSS）、衛(wèi)星遙感（RS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）組成的現(xiàn)代地球觀測系統(tǒng)，為人類提供了對整個地球系統(tǒng)進(jìn)行長期的，立體的監(jiān)測能力，為搜集、處理和分析地球系統(tǒng)變化的大規(guī)模海量數(shù)據(jù)——時空大數(shù)據(jù)，建立復(fù)雜非線性地球系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型提供了工具。

03

地圖學(xué)是一門構(gòu)建非線性復(fù)雜地理世界的科學(xué)

3.1 地圖如何構(gòu)建復(fù)雜非線性地理世界（地理世界→地圖世界）

地圖作為一門科學(xué)語言，是表達(dá)復(fù)雜地理世界的偉大創(chuàng)新思維，在重構(gòu)復(fù)雜非線性地理世界方面經(jīng)歷了漫長的過程[6]，“科學(xué)抽象”作為地圖構(gòu)建復(fù)雜非線性地理世界的核心，其方法有三：

一是解決地圖平面與地球曲面之間的矛盾——地圖投影，建立重構(gòu)復(fù)雜非線性地理世界的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。地圖投影本質(zhì)上是地球曲面與平面之間點位坐標(biāo)的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換方法。地球曲面與平面之間的矛盾是推動地圖投影及其變換理論持續(xù)發(fā)展的根本動力，同時也為構(gòu)建復(fù)雜非線性地理空間的數(shù)學(xué)模型奠定了基礎(chǔ)。

二是解決地圖的抽象性與地理世界的復(fù)雜性之間的矛盾，創(chuàng)立地圖符號系統(tǒng)——地圖語言。地圖符號系統(tǒng)具體表達(dá)地理世界各要素及其相互關(guān)系及其組合，反映了增強(qiáng)符號的概括性、減少符號數(shù)量的發(fā)展趨勢，導(dǎo)致了人們研究作為地圖語言的語法、語義、語用學(xué)及地圖符號的視覺感受效果的理論和方法。

三是解決地圖比例尺縮?。ㄓ伞靶〕叨取奔础按蟊壤摺钡健按蟪叨取奔础靶”壤摺保┮鸬牡貓D內(nèi)容的詳細(xì)性與清晰性之間的矛盾，創(chuàng)立地圖內(nèi)容制圖綜合的理論與方法。本質(zhì)上是不同尺度下地圖內(nèi)容之間的轉(zhuǎn)化，經(jīng)歷了由“主觀過程”到“客觀的科學(xué)制圖方法”、由“定性描述”到“定量描述”、由基于“地圖模型”到基于“模型算法和知識”的單要素自動制圖綜合再到基于“自動制圖綜合鏈”的全要素、全過程可控制的智能化地圖制圖綜合。

3.2 虛擬現(xiàn)實（virtual reality, VR）技術(shù)為人們提供構(gòu)建真實地理環(huán)境新方法

隨著信息通信技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）、混合現(xiàn)實（MR）、擴(kuò)展現(xiàn)實（XR）和數(shù)字孿生等技術(shù)的興起，搭建了現(xiàn)實空間與“元宇宙”之間的橋梁[7]，為地圖學(xué)的發(fā)展給出了新方向。虛擬現(xiàn)實（VR），指基于頭顯設(shè)備構(gòu)建全數(shù)字環(huán)境，實現(xiàn)視覺/聽覺/觸覺多維感知；增強(qiáng)現(xiàn)實（AR），是通過光學(xué)投影技術(shù)將虛擬信息疊加現(xiàn)實場景；混合現(xiàn)實（MR），即融合物理與數(shù)字對象實現(xiàn)實時互動，如影視虛擬拍攝系統(tǒng)；擴(kuò)展現(xiàn)實（XR），指通過計算機(jī)和可穿戴設(shè)備將真實與虛擬環(huán)境相結(jié)合，實現(xiàn)人機(jī)交互的沉浸式體驗。所以，擴(kuò)展現(xiàn)實（XR）是虛擬現(xiàn)實（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）、混合現(xiàn)實（MR）等的統(tǒng)稱，其核心在于模糊物理世界與數(shù)字世界的邊界。按照用戶參與度和沉浸感差異，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以分為四類：

一是桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，其特點是借助電腦（計算機(jī)）屏幕實現(xiàn)交互，適用于常規(guī)應(yīng)用場景；

二是沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，采用封閉式設(shè)備為用戶提供深度沉浸體驗；

三是增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，是通過融合虛擬與現(xiàn)實元素來擴(kuò)展用戶感知維度；

四是分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，指基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)多用戶虛擬環(huán)境的共享。而數(shù)字孿生（Digital Twin）則是通過數(shù)字模型對物理實體進(jìn)行全生命周期動態(tài)映射的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，實現(xiàn)現(xiàn)實空間與虛擬空間的實時交互與優(yōu)化。因此，VR/AR/MR和數(shù)字孿生都是為人們構(gòu)建一個虛擬的地理世界，使認(rèn)知地理世界更具沉浸感和真實感。

04

地圖（學(xué)）是任何社會任何時期都不可或缺的一門科學(xué)

地圖學(xué)是地球空間信息的抽象、概括、表達(dá)和傳輸?shù)目茖W(xué)[8，9]，是人類社會的偉大創(chuàng)新思維。地圖學(xué)既是跨越時間和空間的科學(xué)，能表達(dá)過去（歷史地圖）、現(xiàn)在（現(xiàn)實地圖）和未來（預(yù)測和規(guī)劃地圖），也是跨越自然和人文的科學(xué)，可以表達(dá)自然要素、人文要素及人地系統(tǒng)。例如《貴州省自然資源地圖集》《陜西省文化旅游名鎮(zhèn)》《中國西部山區(qū)人地系統(tǒng)地圖集—秦巴山區(qū)卷》。

地圖學(xué)是一門經(jīng)歷數(shù)千年發(fā)展且任何社會任何時期都不可能沒有的科學(xué)，是國際上三大通用語言之一，具有普適性，一直是東西方文明的中心。此外，地圖同時具有科學(xué)性和泛在性，既可以揭示科學(xué)規(guī)律，反映科技進(jìn)步，也能廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、國民經(jīng)濟(jì)、軍事，以及人們工作、學(xué)習(xí)和生活中。人們工作、學(xué)習(xí)和生活中，天氣圖已成為現(xiàn)代地理中最偉大的發(fā)明之一；地理信息系統(tǒng)作為地理學(xué)的第三語言，其應(yīng)用領(lǐng)域得到了極大的擴(kuò)展，數(shù)據(jù)資源不斷擴(kuò)展，功能不斷擴(kuò)充和深化，體系結(jié)構(gòu)不斷演進(jìn)，系統(tǒng)開發(fā)模式不斷進(jìn)步，導(dǎo)航電子地圖在人們出行方式上帶來了革命性的變化。

05

人們是怎樣通過地圖認(rèn)知復(fù)雜非線性世界（地圖世界→地理世界）的

5.1 傳統(tǒng)的地圖空間認(rèn)知范式及其面臨的困境

人們通過地圖認(rèn)知復(fù)雜非線性地理世界，本質(zhì)上是一個地圖信息傳輸和空間認(rèn)知過程，兩者關(guān)系十分密切。

1） 地圖信息

指表示在地圖上可被人們認(rèn)識、理解并獲得新知識的客體、現(xiàn)象及其時間、空間關(guān)系的內(nèi)容和數(shù)據(jù)。包括直接信息（來自地圖上符號本身的信息——位置、注記、語義和顏色信息）和間接信息（利用分析、判斷方法所獲得的信息——與要素的相互關(guān)系相聯(lián)系的信息），它們都是可測度的。除具有一般“信息”的特點外，還具有自身的一些獨有特性，如嚴(yán)格的空間定位、科學(xué)的概括取舍（制圖綜合）、以符號（圖解形式）和數(shù)據(jù)（離散的數(shù)字形式）作為載體。

2）地圖信息傳輸

指從整體上研究地圖制圖者、地圖信息、地圖、地圖使用者、地圖使用效果五個部分之間的相互作用。主要研究四個問題：

一是地圖信息傳輸過程中的三個轉(zhuǎn)換。包括地理環(huán)境到理解了的地理信息的轉(zhuǎn)換、地理信息到地圖的轉(zhuǎn)換、地圖到地理環(huán)境映像的轉(zhuǎn)換，即制圖者（信息發(fā)送者）把對客觀世界（制圖對象）的認(rèn)識加以選擇、分類、簡化等信息加工并經(jīng)過符號化（編碼），通過地圖（通道）傳遞給用圖者（信息接收者），用圖者經(jīng)過符號識別（譯碼），同時通過對地圖的分析和解釋形成對客觀世界（制圖對象）的認(rèn)識，并指導(dǎo)自己的行動。

二是認(rèn)識（認(rèn)知）在地圖信息傳輸中的作用。包括在地圖信息傳輸?shù)娜齻€轉(zhuǎn)換過程中，制圖者和用圖者認(rèn)識（認(rèn)知）能力的作用，并盡可能減少認(rèn)識（認(rèn)知）的不完善性。

三是地圖信息傳輸過程中的信息損失和傳輸效率。包括地圖信息傳輸過程中的誤差來源、信息損失和傳輸效率的邏輯表達(dá)。

四是地圖信息傳輸?shù)目煽匦浴?/strong>包括地圖信息傳輸?shù)目煽匦钥臻g及其可控性、地圖信息傳輸?shù)目刂七^程、地圖信息傳輸過程中的控制模型。

地圖信息傳輸?shù)挠^點，是由捷克地圖學(xué)家柯拉斯尼（Kolacny）于1969年在《制圖信息——現(xiàn)代地圖制圖學(xué)的一個基本概念和術(shù)語》一文中提出的。他認(rèn)為地圖的用途就是在地圖作者和地圖讀者之間傳輸信息，試圖“把地圖的制作和使用看是一個統(tǒng)一過程的兩個階段。在這一過程中，地圖信息產(chǎn)生、傳遞、最終產(chǎn)生效能?！彼€提出了第一個地圖信息傳輸過程模式，如圖1所示。其后，波蘭地圖學(xué)家拉塔依斯基（L·Ratajski）和美國地圖學(xué)家莫里斯（Morrison）先后于1973年和1976年都提了自己的地圖信息傳輸模式，實際上是柯拉斯尼地圖信息傳輸模式的進(jìn)一步發(fā)展。這個時期的地圖信息傳輸模式，我們稱之為“傳統(tǒng)的地圖信息傳輸模式”。

圖1 Kolacny（1969年）的地圖信息傳輸與認(rèn)識模式

3）地圖空間認(rèn)知

空間認(rèn)知是人類大腦的核心功能之一。高俊院士認(rèn)為“地圖是人類空間認(rèn)知的工具”。地圖空間認(rèn)知，指人們借助地圖對自身賴以生存的地理環(huán)境進(jìn)行理解的過程，包括對地理環(huán)境中各類事物和現(xiàn)象的空間位置、空間分布、相互關(guān)系及其時空變化規(guī)律。地圖空間經(jīng)由感知、表象（心象）、記憶和思維四個過程。其中，地圖空間認(rèn)知的感知過程，即研究地圖圖形（刺激物）作用于人的視感覺器官產(chǎn)生對地理世界的感覺和知覺的過程；地圖空間認(rèn)知的表象（心象）過程，是在地圖感知的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，即通過回憶聯(lián)想，使在知覺基礎(chǔ)上產(chǎn)生的映像再現(xiàn)出來而形成的表象（心象）地圖，具有一定的間接性和概括性；地圖空間認(rèn)知的記憶過程，是人的大腦對過去經(jīng)驗中發(fā)生的事物的反映，將當(dāng)前的反映和過去的反映聯(lián)系起來（心理在時間上的持續(xù)）形成的對地理空間整體的、動態(tài)的、連續(xù)的認(rèn)識，可使反映更全面更深入；地圖空間認(rèn)知的思維過程，是地圖空間認(rèn)知的高級階段，提供關(guān)于現(xiàn)實地理世界客觀事物的本質(zhì)特性和空間關(guān)系的知識，實現(xiàn)“從現(xiàn)象到本質(zhì)”的轉(zhuǎn)化，包括邏輯思維（抽象思維）、形象思維和靈感思維。

4）傳統(tǒng)地圖信息傳輸?shù)貓D空間認(rèn)知范式面臨的困境

已于前述，地圖信息傳輸與地圖空間認(rèn)知的關(guān)系是十分緊密的。自1969年拉斯尼提出第一個地圖信息傳輸和空間認(rèn)知范式以來，50多年過去了，該領(lǐng)域的研究取得了某些進(jìn)展，但也還面臨著一些困境。主要表現(xiàn)在：

一是地圖制圖者腦中的客觀地理世界從何處來？僅靠閱讀已有地圖、文獻(xiàn)和統(tǒng)計資料能夠構(gòu)成制圖者腦中的現(xiàn)實地理世界嗎？就是實地考察其地域范圍也是有限的。顯然，制圖者腦中這種有缺失的現(xiàn)實地圖世界經(jīng)“符號化”后構(gòu)成的地圖很難反映客觀存在的地理環(huán)境，用圖者很難據(jù)此有效指導(dǎo)自己的行動；

二是傳統(tǒng)的地圖信息傳輸和地圖空間認(rèn)知范式是一個單向過程，至于“地圖使用者所理解的地理環(huán)境”與“地圖制圖者理解的地理環(huán)境”的一致性如何，以及用圖者指導(dǎo)行動的效果如何，沒有逆向反饋，也就是整個地圖信息傳輸與地圖空間認(rèn)知的過程未構(gòu)成一個完整的“閉合鏈”；

三是對地圖空間認(rèn)知在地圖信息傳輸三個轉(zhuǎn)換過程中的作用、信息損失和傳輸效率缺乏深入研究，缺少彌補(bǔ)認(rèn)知不完善性并提高認(rèn)知效率的技術(shù)手段，因而用圖者很難有效地指導(dǎo)自己的行動。

5.2 人工智能時代的時空信息傳輸與認(rèn)知模式躍升及其面臨的挑戰(zhàn)

天空地一體對地觀測（網(wǎng)）、人工智能（AI）、腦科學(xué)、量子計算等技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)實世界地理環(huán)境的空間認(rèn)知正經(jīng)歷著從“單一靜態(tài)地圖為主”向“天空地一體動態(tài)對地觀測數(shù)據(jù)”、從“人腦認(rèn)知為主”向“人機(jī)協(xié)同”、從“認(rèn)知的單一（正向）過程”向“兼顧逆向反饋的完整認(rèn)知閉合鏈”的智能時空認(rèn)知范式的提升。

人工智能時代的時空信息傳輸與認(rèn)知模式如圖2所示。首先，通過天空地一體對地觀測傳感網(wǎng)，獲得接近“現(xiàn)實地理世界”的智能感知效果，即現(xiàn)實地理世界的第一次模型表達(dá)；接著，通過多源異構(gòu)時空大數(shù)據(jù)融合、構(gòu)建集二、三維于一體和基于虛擬現(xiàn)實（VR）地理環(huán)境且具備數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘功能的重構(gòu)的“現(xiàn)實地理世界”，即現(xiàn)實地理世界的第二次模型表達(dá)；然后，使用者（用戶）利用具有的理解分析和挖掘功能，構(gòu)建認(rèn)知的“現(xiàn)實地理世界”，即用戶對“現(xiàn)實地理世界”的智能認(rèn)知模型，并指導(dǎo)行動；同時，用戶指導(dǎo)行動的效果要實施逆向反饋，形成一個智能時空信息傳輸與智能認(rèn)知模型的完整“閉環(huán)”。

圖2 智能時空信息傳輸與智能認(rèn)知模型示意圖

然而，人工智能時代的智能時空信息傳輸與智能認(rèn)知模型也面臨一些挑戰(zhàn)。主要表現(xiàn)在：

一是地理世界的智能感知。這是智能認(rèn)知的基石，需要構(gòu)建天空地一體的泛在智能感知網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)全域全頻全時現(xiàn)實地理世界的智能感知探測；需要構(gòu)建天地協(xié)同對地觀測大規(guī)模海量數(shù)據(jù)在軌處理，實現(xiàn)基于“云-邊-端”一體的分布式“數(shù)據(jù)-算法-算力”協(xié)同調(diào)用；需要利用算法進(jìn)行多源異構(gòu)數(shù)據(jù)智能融合，為用戶（使用者）提供全球一致、陸海一體、無縫連續(xù)的全域應(yīng)用場景。

二是地理世界的智能理解。這是現(xiàn)實地理世界智能認(rèn)知的核心，關(guān)鍵是通過現(xiàn)實世界地理環(huán)境的多模態(tài)語義解析與深度分析，實現(xiàn)對地理環(huán)境的深刻洞察；利用知識圖譜技術(shù)構(gòu)建現(xiàn)實世界地理環(huán)境各要素對象、實體及其相互關(guān)系的大型知識庫，為用戶高效理解地理環(huán)境提供科學(xué)工具，實現(xiàn)“由此及彼、由表及里”與“不僅能知其然更能知其所以然”的深度理解。

三是用戶行為的智能決策及效能逆向反饋。這是地理世界智能認(rèn)知的最終目的。用戶智能理解的現(xiàn)實世界地理環(huán)境，是用來指導(dǎo)自己的行動的，行動的效果如何要逆向反饋，深刻逆向?qū)徱曋悄苷J(rèn)知的“地理世界”、重構(gòu)的“地理世界”、感知的“地理世界”（天空地一體智能傳感器網(wǎng)），基于逆向反饋找到的問題，再智能感知、智能理解、智能決策，如此循環(huán)，直到成功地指導(dǎo)行動，從而促進(jìn)智能即人機(jī)協(xié)同認(rèn)知的一致性，提升智能即人機(jī)協(xié)同認(rèn)知的可靠性。

中國地圖學(xué)的數(shù)智化轉(zhuǎn)型及快速發(fā)展

01

中國地圖學(xué)的快速發(fā)展是從現(xiàn)代計算機(jī)數(shù)字地圖制圖取代傳統(tǒng)手工地圖制圖的革命性變革開始的（20世紀(jì)70年代到90年代初）

1.1 傳統(tǒng)地圖學(xué)（近代地圖學(xué)）的形成

傳統(tǒng)地圖學(xué)于20世紀(jì)50年代形成，在近代地圖測繪的基礎(chǔ)上建立，是地圖生產(chǎn)之本。盡管如此，傳統(tǒng)地圖學(xué)卻是一個“封閉體系”，存在不可忽視的缺陷。主要表現(xiàn)在，傳統(tǒng)地圖學(xué)以經(jīng)驗總結(jié)為主，忽視基本理論研究與建設(shè)；以聯(lián)系對本學(xué)科存在直接關(guān)系的學(xué)科為主，忽視同更高層次學(xué)科之間的聯(lián)系；以地圖制作為主，忽視地圖應(yīng)用的研究，尤其忽視地圖制圖者自身認(rèn)識論和使用者認(rèn)識活動規(guī)律的研究[15]。

1.2 推動傳統(tǒng)地圖學(xué)進(jìn)入數(shù)字化時代的力量

傳統(tǒng)地圖學(xué)向數(shù)字化時代的轉(zhuǎn)型主要由以下四方面力量推動：

1）地圖內(nèi)部矛盾的對立統(tǒng)一。傳統(tǒng)地圖學(xué)是一個“封閉體系”，要想在這種封閉體系內(nèi)獲得實質(zhì)性、突破性進(jìn)展是困難的，甚至是不可能的；只有走出這種“封閉體系”，向系統(tǒng)外部從深層次結(jié)構(gòu)來尋求地圖學(xué)進(jìn)一步發(fā)展的源泉[16]，才能促進(jìn)地圖學(xué)的進(jìn)步。

2）科學(xué)家思維方式的變革。20世紀(jì)50年代信息論、控制論和系統(tǒng)論三大科學(xué)理論問世，繼相對論和量子力學(xué)之后又一次“徹底改變了世界科學(xué)圖景和當(dāng)代科學(xué)家的思維方式”，無疑也為地圖學(xué)的發(fā)展指明了前進(jìn)的方向。主要標(biāo)志是地圖信息傳輸理論和模式的提出，其中最有代表性的是捷克人柯拉斯尼（A Kolacny），他于1969年提出了第一個地圖信息傳輸?shù)哪Ｊ絒16-17]。地圖信息傳輸?shù)挠^點，是對地圖學(xué)本質(zhì)特征的揭示，給地圖學(xué)家們重要啟示，對推動傳統(tǒng)地圖學(xué)進(jìn)入數(shù)字化時代具有思想解放的作用。

3）理論上的準(zhǔn)備。英國學(xué)者C.Board曾于1967在《作為模型的地圖》一書中提出“把地圖作為模型”這一想法。地圖作為模型，具有抽象模型中的概念模型、模擬模型和數(shù)學(xué)模型的特點。從系統(tǒng)論的觀點來看，人們既可以直接研究系統(tǒng)的原型，又可以從研究系統(tǒng)的模型著手，而將研究結(jié)論推廣到原型。通過模型來研究系統(tǒng)，是系統(tǒng)論觀點的一種重要方法[18]。把地圖作為模型可以使我們更深刻的理解與更深入的研究地圖系統(tǒng)模型，推動地圖學(xué)的發(fā)展。

4）技術(shù)上的準(zhǔn)備。計算機(jī)硬軟件的出現(xiàn)為傳統(tǒng)地圖學(xué)進(jìn)入信息時代做了技術(shù)上的準(zhǔn)備。

地圖學(xué)在其長期的發(fā)展歷程中，經(jīng)歷了由“圖形思維”到“時空大數(shù)據(jù)思維”的轉(zhuǎn)變[19]。數(shù)據(jù)、大數(shù)據(jù)、時空大數(shù)據(jù)成為推動地圖學(xué)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的不竭動力，數(shù)據(jù)改變了地圖學(xué)家們的思維。

在長期手工地圖制圖時代，地圖制圖面對的是已出版的圖形符號地圖資料和相關(guān)文獻(xiàn)與統(tǒng)計資料。這種情況下，普通地圖制圖是通過對編圖資料的加工處理和圖形制圖綜合，完成地圖編繪作業(yè)；而對于專題地圖制圖，則是對相關(guān)文獻(xiàn)資料描述的專題內(nèi)容經(jīng)過處理后以相應(yīng)的符號表示，或?qū)ο嚓P(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行分類（級）處理并選用相應(yīng)用的表示方法[20]。

在以數(shù)值數(shù)據(jù)為地圖學(xué)信息源的時代，數(shù)據(jù)處理成為了地圖制圖的核心，形成了“原始數(shù)據(jù)的特征分析與預(yù)處理→數(shù)學(xué)模型的設(shè)計與建立→數(shù)據(jù)處理→制圖模型的設(shè)計建立及解釋”的新體系。這是地圖學(xué)家們的一次重大思維轉(zhuǎn)變。不過，這個時期（20世紀(jì)90年代）的地圖制圖數(shù)據(jù)是以“樣本”數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的。

在現(xiàn)今的大數(shù)據(jù)時代，大數(shù)據(jù)的多樣性、巨量性、低值性和快速性等特性給地圖學(xué)家?guī)砹诵碌墓ぷ鞣绞?，為地圖學(xué)的發(fā)展增添新的活力[20]。大數(shù)據(jù)的巨量性需要強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲管理和處理能力；多樣性需要多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合的模型算法；大數(shù)據(jù)的快速性需要強(qiáng)大的計算能力和計算方法；而大數(shù)據(jù)的低值性則需要有數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘和知識發(fā)現(xiàn)模型、算法與知識表達(dá)方法。這些領(lǐng)域的研究，推動了空間數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)倉庫理論、方法與技術(shù)的發(fā)展，為地圖學(xué)理論、工程技術(shù)和應(yīng)用研究的深化和系統(tǒng)化奠定了基礎(chǔ)。

在如今的大數(shù)據(jù)時代，時空大數(shù)據(jù)已成為地圖學(xué)發(fā)展的核心驅(qū)動力。主要表現(xiàn)在兩個方面：一是，為地圖學(xué)的發(fā)展提供了時空觀和方法論支撐。地圖學(xué)從一開始就是人類活動（社會、科學(xué)、生產(chǎn)活動）在一定空間和時間認(rèn)知世界和改造世界的產(chǎn)物，同空間和時間密不可分[21]。地圖學(xué)是跨越時間和空間的科學(xué)，地圖則是詮釋世界的杰作，是濃縮歷史的經(jīng)典。二是，推動地圖學(xué)由60多年前的第三科學(xué)范式進(jìn)入以“數(shù)據(jù)密集型計算”為特征的第四科學(xué)范式的新時代，為地圖科學(xué)的發(fā)展帶來了前所未有的機(jī)遇，全面推進(jìn)當(dāng)代地圖科學(xué)向更高水平發(fā)展。

02

中國地圖學(xué)的學(xué)科體系建設(shè)日趨科學(xué)化

中國地圖學(xué)學(xué)科體系的構(gòu)建遵循四大原則[22]：

1）學(xué)科體系的整體性。以錢學(xué)森倡導(dǎo)的系統(tǒng)論思想為指導(dǎo)，將體系的各個部分視為一個整體。

2）學(xué)科體系的層次性。體系內(nèi)部由理論地圖學(xué)、地圖制圖學(xué)、地圖應(yīng)用學(xué)三部分構(gòu)成，外部由3個“圈層”構(gòu)成。

3）學(xué)科體系的關(guān)聯(lián)性。體系各部分、各層次之間具有密切的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

4）學(xué)科體系的開放性。由“封閉體系”轉(zhuǎn)向“開放體系”，不斷探索地圖學(xué)功能的拓展和延伸，進(jìn)一步尋找地圖學(xué)新的生長點，充分發(fā)揮地圖學(xué)的“四大功能”。

地圖學(xué)的學(xué)科體系框架如圖3所示。

圖3 地圖學(xué)的學(xué)科體系框架圖[21]

03

中國地圖學(xué)“數(shù)字化”到“智能化”的快速推進(jìn)（20世紀(jì)90年代以來）

3.1 20世紀(jì)80~90年代地圖制圖專家系統(tǒng)研究熱潮

20世紀(jì)80年代末至90年代中10余年間，國內(nèi)外掀起了地圖制圖專家系統(tǒng)研究的熱潮，如表1所示。但在此后的十多年間，由于并未重視基礎(chǔ)理論研究，地圖制圖專家系統(tǒng)熱潮已不存在，之前研究的制圖專家系統(tǒng)在地圖制圖生產(chǎn)中基本未得到應(yīng)用。

究其原因，正如錢學(xué)森先生早在1984年9月1日給戴汝為的信中所做的精僻分析，“外國人人工智能工作，似乎急于求成，而基礎(chǔ)理論工作不扎實?！?br/>

也如在其17年后的2011年《科學(xué)導(dǎo)報》第14期刊登的文章“被批20年無進(jìn)展，人工智能需要重啟”中指出的，“問題發(fā)生在20世紀(jì)80年代，AI研究的資金開始枯竭，研究人員嘗試探索商業(yè)化AI，由此產(chǎn)生的最大問題是AI研究的狹窄和專業(yè)化，而基礎(chǔ)問題研究無人問津，沒有進(jìn)展，……。沒有理論指導(dǎo)，研究工作就不能持久?！?/p>

表1 20世紀(jì)80年代末至90年代中地圖制圖專家系統(tǒng)研究熱潮

3.2 人工智能在地圖學(xué)研究中的發(fā)展

進(jìn)入21世紀(jì)以來，尤其是近20余年，AI大模型順應(yīng)時代蓬勃發(fā)展，人工智能應(yīng)用于地圖學(xué)的研究也出現(xiàn)了好的勢頭，在理論上有了很大提升，代表性的學(xué)術(shù)成果有《不確定性人工智能》《自適應(yīng)地圖可視化原理與方法》《面向地圖自動綜合的空間信息智能處理》《地圖自動綜合質(zhì)量評估模型》《地圖群（組）目標(biāo)描述與自動綜合》《數(shù)字地圖綜合進(jìn)展》《自動制圖綜合及其過程控制的智能化研究》《GIS與地圖信息綜合基本模型與算法》《居民地增量級聯(lián)更新理論與方法》等多本專著。

人工智能在智能制圖系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用表明地圖學(xué)由“數(shù)字化”到“智能化”的轉(zhuǎn)型升級已取得了系列性研究成果，主要表現(xiàn)在首創(chuàng)多尺度地圖目標(biāo)空間關(guān)系定量計算基礎(chǔ)理論與描述模型；創(chuàng)建地圖信息度量準(zhǔn)則、智能識別與變化發(fā)現(xiàn)方法；首創(chuàng)地圖自動“綜合鏈”理論、質(zhì)量評價體系和可視可編輯的過程控制模型和研制自主可控的全要素、多尺度地圖自動綜合與更新軟件平臺及應(yīng)用系統(tǒng)。

3.3 地圖學(xué)的數(shù)智化轉(zhuǎn)型推動了地圖集的創(chuàng)新發(fā)展熱潮

近十余年獲得“裴秀獎”的地圖集多達(dá)270多部，出版的代表性地圖集可分為：

歷史地圖集（如《安徽省歷史地圖集·古舊地圖卷上中下卷》）；航海與陸地跨境區(qū)域地圖集（如《世界航海地圖集》和《中國·云南面向南亞東南亞輻射中心地圖集》）；

自然資源和生態(tài)環(huán)境地圖集（如《貴州省自然資源地圖集》和《中國黃河上中游流域自然資源地圖集》）；

文化旅游地圖集（如《陜西省文化旅游名鎮(zhèn)地圖集》和《華東師范大學(xué)校園地圖集》）；

城市（群）地圖集和省區(qū)市地圖集（如《上海市地圖集》）；人地系統(tǒng)地圖集和綠色發(fā)展地圖集（如《青藏高原城鎮(zhèn)化綠色發(fā)展地圖集》和《中國西部山區(qū)人地系統(tǒng)地圖》——秦巴山區(qū)卷）。

近些年來出版的地圖集的特點多樣。

一是服務(wù)國家戰(zhàn)略要求成為地圖集的重要選題。服務(wù)國家戰(zhàn)略，就是服務(wù)國家需求，作為地圖科學(xué)技術(shù)產(chǎn)出的地圖集充分體現(xiàn)了這一特色。

二是面向社會廣大用戶為地圖集提供了很大空間和潛力。一方面，地圖集已成為人們認(rèn)識世界和改造世界的一種科學(xué)工具；另一方面，地圖集經(jīng)過長期發(fā)展已深深扎根于社會的土壤之中。

三是大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能為地圖集的繁榮發(fā)展釋放了強(qiáng)大動力。地圖集制作的周期進(jìn)一步縮短，網(wǎng)上電子地圖集的傳播使用效率越來越高，受眾面越來越大。

四是實現(xiàn)科學(xué)性、藝術(shù)性、實用性有機(jī)統(tǒng)一的“最佳”地圖集可視化效果得到了很大提升。

五是由于采用了數(shù)字化/智能化技術(shù)，地圖集從設(shè)計編繪到出版的周期大大縮短了。

中國地圖學(xué)的數(shù)智化轉(zhuǎn)型及創(chuàng)新發(fā)展的取得的輝煌成就，為國際地圖學(xué)的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。

新時代中國地圖學(xué)的持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展是時代之大勢

當(dāng)今，新時代中國地圖學(xué)的持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展已成為時代之大勢，現(xiàn)代地圖學(xué)創(chuàng)新發(fā)展的因素眾多，其中以地圖哲學(xué)引領(lǐng)、地圖（數(shù)據(jù)）文化鑄魂、時空智能賦能、學(xué)科交叉出新和社會需求植根為五大核心支撐。

01

地圖哲學(xué)引領(lǐng)

哲學(xué)，是理論化、系統(tǒng)化的世界觀和方法論，是關(guān)于自然界、社會和人類思維及其發(fā)展的最一般規(guī)律的學(xué)科。地圖哲學(xué)，是地圖學(xué)與哲學(xué)的匯合，有著嚴(yán)密邏輯系統(tǒng)的地圖學(xué)時空觀，是關(guān)于地圖同其表達(dá)對象、地圖同制圖者、地圖同用圖者、制圖者同用圖者、地圖同地圖之間的關(guān)系的總體思考，是關(guān)于地圖設(shè)計生產(chǎn)與應(yīng)用、地圖學(xué)理論技術(shù)與工程、地圖學(xué)的過去現(xiàn)在與未來的基本規(guī)律[46]。從整體上研究地圖學(xué)的哲學(xué)思維、地圖史、地圖演化和地圖文化等，屬于地圖學(xué)與哲學(xué)相結(jié)合的科學(xué)技術(shù)哲學(xué)或應(yīng)用哲學(xué)的范疇。

地圖哲學(xué)是地圖科學(xué)活動的最高總結(jié)，對地圖學(xué)的發(fā)展有著重要的作用和意義。地圖學(xué)要持續(xù)發(fā)展，就必須用哲學(xué)思維后思地圖學(xué)的過去、分析認(rèn)識地圖學(xué)的現(xiàn)在和前思地圖學(xué)的未來，這樣才能把握地圖學(xué)發(fā)展的規(guī)律，并站在地圖科學(xué)技術(shù)發(fā)展的前沿，引領(lǐng)地圖學(xué)的發(fā)展。

地圖哲學(xué)可以細(xì)分為地圖科學(xué)哲學(xué)、技術(shù)哲學(xué)和工程哲學(xué)。地圖科學(xué)哲學(xué)引領(lǐng)地圖學(xué)基礎(chǔ)理論和應(yīng)用理論的深化研究。地圖技術(shù)哲學(xué)以地圖科學(xué)哲學(xué)為指導(dǎo)，研究地圖制圖技術(shù)的過去現(xiàn)在與未來的演進(jìn)規(guī)律。地圖工程哲學(xué)把地圖“設(shè)計-制圖（生產(chǎn)）-應(yīng)用（服務(wù)）”作為工程活動，其本質(zhì)可以理解為對相關(guān)地圖制圖技術(shù)進(jìn)行選擇、整合、協(xié)同而集成的相關(guān)地圖制圖技術(shù)群，并通過與相關(guān)基本經(jīng)濟(jì)要素的優(yōu)化配置而構(gòu)建的有結(jié)構(gòu)、有功能 、有效率地體現(xiàn)價值取向的地圖制圖技術(shù)集成系統(tǒng)。

02

地圖（數(shù)據(jù)）文化鑄魂

地圖文化是地圖活動（設(shè)計、生產(chǎn)、應(yīng)用）過程中形成的文化，是不同時期、不同地域、不同社會的地圖所承載的相應(yīng)的特殊文化形態(tài)，同時也是地圖“科學(xué)-技術(shù)-工程=產(chǎn)業(yè)”知識鏈和“地圖設(shè)計→處理（生產(chǎn)）→應(yīng)用”產(chǎn)業(yè)鏈實現(xiàn)過程中創(chuàng)造的精神財富和物質(zhì)財富的總和[47]，具有時間性空間性科學(xué)性審美性大眾性及其統(tǒng)一和整體性滲透性及其統(tǒng)一等特性[48]。數(shù)據(jù)文化則是在數(shù)據(jù)活動（獲取→處理→應(yīng)用）過程中形成、直接影響到整個社會文化面貌的一種特殊的文化類型和文化現(xiàn)象（一切靠數(shù)據(jù)說話，一切憑數(shù)據(jù)決策），是尊重事實、強(qiáng)調(diào)精確、推崇理性和邏輯的文化。

新時代地圖學(xué)的核心是數(shù)據(jù)處理，地圖數(shù)據(jù)處理的過程必然伴隨著數(shù)據(jù)文化。因此，推崇地圖（數(shù)據(jù)）文化，必將有助于大興“一切靠數(shù)據(jù)說話，一切憑數(shù)據(jù)決策”，確保地圖的真實性。

地圖（數(shù)據(jù)）文化為地圖學(xué)發(fā)展鑄魂，需要通過地圖博物館和科普基地加大宣揚和弘揚地圖（數(shù)據(jù)）文化；認(rèn)識到地圖（數(shù)據(jù)）文化是地圖學(xué)（數(shù)據(jù)科學(xué)）的靈魂，是地圖學(xué)（數(shù)據(jù)科學(xué)）可持續(xù)發(fā)展的根脈；更要把地圖和數(shù)據(jù)密切關(guān)聯(lián)起來，這是地圖學(xué)可持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展的基礎(chǔ)。[49]

03

時空智能賦能

時空智能是時空人工智能（Spatio-Tempgal AI）的簡稱，是人工智能（AI）的創(chuàng)新性應(yīng)用技術(shù)，指以時間和空間為索引對地球和地外空間進(jìn)行智能感知、智能處理和智能服務(wù)的能力?；蛘哒f，時空智能旨在以時間維和空間維為對象，對地球及其他星球（地外空間）實施天空地一體的智能感知，對多源異構(gòu)時空大數(shù)據(jù)進(jìn)行智能融合處理，提供全球一致、陸海一體、無縫連續(xù)的時空大數(shù)據(jù)智能服務(wù)，并利用智能算法對時空大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與數(shù)據(jù)挖掘以發(fā)現(xiàn)知識并輔助決策。

地圖學(xué)可持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展需要時空智能賦能。時空智能是一個完整的集“時空智能感知（天地一體智能感知網(wǎng)）→存儲管理（資源池）→多源異構(gòu)時空大數(shù)據(jù)智能融合處理→時空大數(shù)據(jù)智能分析挖掘與知識發(fā)現(xiàn)→時空大數(shù)據(jù)地理信息產(chǎn)品生成→智能服務(wù)與認(rèn)知決策支持”于一體的地理信息產(chǎn)業(yè)鏈和時空智能地理信息“理論→技術(shù)→工程”的知識鏈，在地圖學(xué)的可持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展中有著舉足輕重的作用。

就人工智能賦能地圖學(xué)新時代到來可持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展而言，應(yīng)著重研究4個方面的問題。

一是進(jìn)一步開展地圖學(xué)領(lǐng)域深度學(xué)習(xí)算法的研究和應(yīng)用，解決地圖學(xué)創(chuàng)新發(fā)展的“知識工程”瓶頸；

二是抓住“類腦智能”這個AI領(lǐng)域的新方向，開展面向智能地圖制圖的基礎(chǔ)研究，涉及“人腦地圖”與人類大腦皮層成像和重組機(jī)理、腦機(jī)接口與類腦計算模型和算法；

三是抓住人工智能“三要素”（數(shù)據(jù)、算法、算力），采用分布、并行、協(xié)同模式，支撐“地圖制圖數(shù)據(jù)”處理的分布式、協(xié)同化和智能化；

四是加強(qiáng)AI大模型的研究及其在地圖設(shè)計、編繪創(chuàng)新中的應(yīng)用，重點研究生成式AI下的地圖（集）設(shè)計、制圖綜合、專題地圖數(shù)據(jù)處理等大模型。

04

學(xué)科交叉出新（衍生新的領(lǐng)域和方向）

站在21世紀(jì)20年代的新起點上，按照系統(tǒng)科學(xué)和系統(tǒng)工程理論[50，51]，地圖學(xué)正呈現(xiàn)出同其所屬的測繪科學(xué)與技術(shù)和地理科學(xué)各分支學(xué)科的交叉融合，與其所屬學(xué)科以外高層次的認(rèn)知科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、信息科學(xué)、神經(jīng)心理科學(xué)，語言學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、人工智能的交叉融合，與其所屬學(xué)科以外更高層次的自然科學(xué)、社會與人文科學(xué)、技術(shù)與工程科學(xué)、數(shù)學(xué)、哲學(xué)的交叉融合。這種多層次的學(xué)科之間的交叉融合，必然會衍生出各種新的研究領(lǐng)域，甚至?xí)纬尚碌姆种W(xué)科。如圖4所示。

圖4

當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和科技創(chuàng)新步伐的加快，科學(xué)范式的演進(jìn)周期越來越短，地圖學(xué)正處在數(shù)據(jù)密集型計算新范式時代，地圖學(xué)領(lǐng)域的各種新思想、新概念、新名詞、新方法、新技術(shù)和新成果“潮水般”涌現(xiàn)出來，高度分化已成為當(dāng)代地圖學(xué)發(fā)展中一個值得重視的特點，地圖類型和品種除定制化的國家基本地圖和各部門專業(yè)用圖外，滿足社會需求的內(nèi)容個性化、形式多樣化的地圖越來越多，與之相應(yīng)的地圖學(xué)的內(nèi)涵和外延也在不斷深化和拓展。

地圖學(xué)的“高度分化”必然導(dǎo)致“高度綜合”，這就是“變”與“不變”的辯證關(guān)系。主要表現(xiàn)在，地圖是詮釋世界的杰作，是濃縮歷史的經(jīng)典[52]，是任何社會任何時期都不可或缺的科學(xué)工具，地圖的科學(xué)價值、社會價值、權(quán)屬價值、軍事價值和文化價值是不變的；而地圖學(xué)是用科學(xué)抽象方法構(gòu)建復(fù)雜非線性地理世界的科學(xué)，是跨越時間和空間、自然和人文、技術(shù)和工程的科學(xué)，地圖學(xué)的科學(xué)屬性、技術(shù)屬性和工程屬性也是不變的[48, 49]。

05

社會需求植根

社會需求是地圖學(xué)可持續(xù)發(fā)展的根。主要體現(xiàn)在科學(xué)研究需求、經(jīng)濟(jì)建設(shè)需求、國家管理和社會治理需求、軍事需求、人們工作學(xué)習(xí)和生活需求等各方面。地圖是最古老也是最強(qiáng)大、最持久的地理思想之一，過去數(shù)千年，在地理學(xué)家探索和發(fā)展的所有新思想中，地圖都是東西方文明的中心，過去如此，現(xiàn)在如此，將來也如此。地圖產(chǎn)品的多樣化、個性化反映了當(dāng)今社會的多樣化需求，例如青島老街、武漢民生女人地圖、南京城墻聲音地圖、紅色旅游地圖，等等。沒有社會需求，也就沒有了地圖學(xué)長期可持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展的土壤。

結(jié)束語

地圖是人類最偉大的創(chuàng)新思維之一，地圖是詮釋復(fù)雜非線性地理世界的杰作、濃縮過去現(xiàn)在與未來的經(jīng)典，地圖一直是人類文明的中心。

地圖學(xué)是一門經(jīng)歷數(shù)千年發(fā)展且任何時期任何社會都不可或缺的科學(xué)。人類對地球形狀和大小及對復(fù)雜非線性地球系統(tǒng)的認(rèn)知經(jīng)歷了漫長的過程，這是地圖構(gòu)建復(fù)雜非線性地理世界即實現(xiàn)由“地理世界”到“地圖世界”的基石。正因為有了地圖，人們才能利用地圖認(rèn)知復(fù)雜非線性地理世界，即實現(xiàn)由“地圖世界”到“地理世界”的轉(zhuǎn)變。這是國際地圖學(xué)界共同擁有的寶貴財富。

中國地圖學(xué)的數(shù)智化轉(zhuǎn)型和快速發(fā)展，是從以現(xiàn)代計算機(jī)數(shù)字地圖制圖取代傳統(tǒng)手工地圖制圖的革命性變革開始的，經(jīng)過后續(xù)艱苦努力，形成了具有整體性、層次性、關(guān)聯(lián)性和開放性特征的地圖學(xué)科學(xué)體系，促進(jìn)了地圖學(xué)由數(shù)字化到智能化的轉(zhuǎn)型和創(chuàng)新發(fā)展，取得了一系列前所未有的地圖學(xué)理論、技術(shù)與應(yīng)用成果，為國際地圖學(xué)的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。

新時代中國地圖學(xué)的持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展是朝代之大趨勢，其核心動力是地圖哲學(xué)引領(lǐng)、地圖（數(shù)據(jù)）文化鑄魂、時空智能賦能、學(xué)科交叉出新和社會需求植根。站在21世紀(jì)20年代的新的起點上，新時代中國地圖學(xué)的持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展，有望為國際地圖學(xué)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

來源：《測繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報》2025年第4期