从信息传输到可视化：地图制图学视角下的知识地图理论研究*

2014-12-31胡昌平

图书馆论坛 2014年5期

胡昌平，张晶

0 引言

随着知识开始在人类生产生活中扮演越来越重要的角色，以知识共享与创造为导向的知识管理和服务近年来发展成为信息管理科学的核心内容。为了提高知识的传播和利用效率，知识地图这一有效的知识管理工具在实践中应运而生，并迅速获得了广泛关注。

我国学者普遍认为知识地图的概念最早是由英国情报学家布鲁克斯于1980 年提出[1-3]，“知识地图”一词也一直被视为一个管理学专业术语。值得指出的是，如果打破学科之间的界限，以更加广阔的视角来审视这一概念的起源，就会发现知识地图实际上也可视为传统意义上的地图(表征地理现实一定特色和特征的一种符号化图像，国际地图学协会1995 年定义)的一种继承和发展。知识地图和地图的核心思想都可被抽象地表述为：以图像的形式来反映我们关心的环境，用以改进我们在这一环境中的行为决策；前者关注的是存在于人类大脑中的精神世界，后者描述的对象一般是现实地理空间。基于这样的认识，有学者认为知识地图是一种“旧的思想贴上了新的标签”，生动地说明了两者之间的关联[4]。将地图作为研究对象的学科是地图制图学(Cartography，又称地图学)，一门研究地图的理论实质、制作技术和使用方法的综合性科学[5]。随着地图学的不断发展，地图成为了现代社会中人们常用的工具，其应用早已超越了以地理科学为代表的传统范围，而延伸到了众多人文社科领域，知识地图就是地图学基本理论在信息管理领域中的一种应用。然而，国内图书情报界对知识地图的探讨基本上都是从本学科角度出发，研究方法和研究内容也都限于本学科范围之内，鲜有文献涉及地图学的相关内容。其结果就是，现有研究主要是围绕着知识地图中的“知识”这一当前热点问题展开和深入，而大多忽视了“地图”这个更加朴实的主题。在此背景下，以地图制图学为视角来考察知识地图，是有必要的。

基于这一思路，不妨将知识地图作为一种地图来考虑，借助地图学中的经典理论来重新审视其研究进展与发展趋势。针对知识地图，传统的以“知识”为视角的研究自20 世纪90年代后期以来已经取得了一定的成果，但仍然是有局限的。人们对知识地图概念的理解仍然存在分歧，一方面是由于知识以及知识管理本身存在复杂性和多样性；另一方面则来自于对“地图”概念的模糊认识。因此，明确什么是地图、如何制作和使用地图，能够更加完整、更加透彻地把握知识地图的内涵以及制图用图规律。

1 地图传输理论视角下的知识地图

在现代地图学的发展历程中，地图传输理论占据着非常重要的地位，它使人们对地图的本质、制图和用图规律的理解达到了前所未有的高度，极大地丰富了地图学理论的内容。

1.1 地图传输理论与地图传输模型

20 世纪50 年代，美国学者A.Robinson 的著作The Look of Maps 奠定了现代地图学的理论基石，地图的功能发挥由此成为制图的首要原则[6]。随后，Robinson 进一步地将地图作为一种信息传输的工具来考虑。学者们在此基础上提出了各式各样的地图传输模型(Map Communication Model)，地图传输理论(Cartographic Communication)由此确立，并成为地图学中的重要基础理论。图1 所示的就是地图传输模型的一种基本形式。

图1 地图传输模型的基本形式

地图传输理论将地图制作与使用过程中的各种复杂行为决策简化为地理信息在通信系统中的输入、传递与输出。在图1 所示地图传输模型的发送端，制图者将自身所掌握的地理信息符号化(编码)并绘制成地图；位于接收端的地图用户从地图里译出符号(解码)解读地图，接收地图中包含的地理信息，从而形成一个完整的信息传输过程。地图是发送端和接收端之间信息传输的载体和通道，而编码和解码则分别是绘制地图和使用地图的核心任务。一方面，为了尽可能地消除通信系统中信号失真带来的不良影响，制图者在地图的设计和绘制过程中以如实反映现实世界为原则，尽量减少误差，力求实现制图的准确、清晰和规范；另一方面，用户对地图的解读也是信息传输系统中的一个关键因素。越来越多的心理学、生理学、行为学等学科的相关理论被地图学文献引用，以揭示用户解读地图过程中的科学规律，由此产生了地图感受论、地图符号论等一系列新的课题[7]。这些研究表明，用户知识结构决定了其认知能力，而后者则是地图发挥功能的基础。

1.2 布鲁克斯的知识地图设想

上世纪70 年代末期，欧美国家已经基本完成了由工业时代向信息时代的过渡，各种科技文献被大量的生产和储存起来。然而，受制于当时题录式的文献组织方式，用户们不得不首先投入巨大的时间和精力发现自己所需的情报。为了改变这种状况，英国情报学家布鲁克斯提出了知识地图的设想：“就所选定的紧密相连的若干学科中的固有联系，将各概念连接成网络图。每个这样的网络都是表示科学认识结构的一张地图，而每一情报片段都是位于这一网络的经脉之上。”[8]

如果以地图传输理论的视角来考察布鲁克斯的设想，能够发现情报工作者、知识地图和用户已经组成了一个情报通信系统，三者分别扮演着情报发送端、信道和情报接收端的角色，该系统的任务是向各类用户提供所需的情报。在这一系统中，首先由发送端进行编码：情报工作者对采集的文献进行整理加工，提取和记录其中包含的知识点(概念)，以及由这些知识点基于一定的逻辑关系联接组成的知识单元。然后将这些元素以图形的形式表示出来绘制成知识地图。通过这种方式，展现给用户的就是知识的有机结构而不再是庞杂无序的文献主题和目录。接下来由接收端进行解码：用户以自身的知识结构和认知能力为参照，查阅知识地图中与之相匹配的部分，以此来发现自己所需的知识点和知识单元，进而定位需要学习的相应文献获取所需情报，一个完整的信息传输过程就此形成。

在布鲁克斯的这一设想被提出以前，情报工作者与情报用户之间的信息传输同样也存在，然而却是低效的。其原因在于情报服务工作与用户需求之间缺乏一个有效的信息传输通道，大量的噪音(与用户认知结构不相符、用户难以接受的科技情报)一直存在于两者之间的信息传输过程中，造成了海量信息与用户具体需求之间的矛盾。布鲁克斯的知识地图设想，使不同的用户能够依据自己的认知能力和思维方式来全面审视知识的有机结构，进而在复杂的知识环境中迅速、准确地发现自己所需要的那部分。这样，一个高效稳定的信息传输通道就被建立起来，使得情报能够切实满足用户的需求，从而在根本上解决了上述矛盾。

1.3 知识地图的基本工作原理

由于技术水平和物质条件的限制，布鲁克斯的设想在当时并未完全实现。然而随着科技的进步，绘制知识地图所需的客观条件在上世纪90 年代后期已经具备，知识地图的实践工作首先在一些大型企业中出现。国内已有文献对知识地图的一些早期定义进行了总结归纳[9]，如“知识指南与目录说”“知识管理工具说”“知识导航系统说”等，都具有一定的代表性。以地图传输理论为依据，综合考虑布鲁克斯的设想和以上学术观点，下文给出的知识地图工作模型(如图2 所示，见第32 页)，旨在说明知识地图的基本工作原理。

图2 基于地图传输理论的知识地图工作模型

本模型以捷克地图学家A.Konacny 提出的地图传输模型为基础[10]，将知识资源、制图者、知识地图和地图用户统一在一个通信系统中，并进一步将知识信息的编码、解码、传输过程细化为4 个主要阶段：(1)资源加工。针对特定的知识组织与服务目标，地图制作者对所拥有的不同来源、不同形式的知识资源进行整理，识别其中包含的知识点，明确知识点的属性并根据属性确定知识点之间的逻辑关系，进而依据这些逻辑关系将知识点连接起来，组织成知识网络；(2)地图绘制。制图者确定知识地图的载体、形式、制图语言和技术辅助工具，将知识网络绘制在图表上形成一种直观的表达并展现给用户；(3)地图解读。用户查阅知识地图，“用户需求”的知识以知识网络的形式被映射到知识地图上，并被用户所感知，这里的“用户需求”是指知识资源集合中，与用户认知结构和思维方式相匹配的、或是与其在知识管理目标中所处地位相符合的那一部分；(4)资源获取。用户根据知识地图的指示，获取所需的知识资源，完成知识信息传输。

由此可见，前面提到的几种知识地图定义实际上是重点突出了图2 所示的知识地图工作流程中的不同环节与阶段。“知识指南与目录说”认为知识地图是知识资源的指南而不包含知识的具体内容，是从地图绘制阶段出发展开的探讨，旨在强调知识资源与知识地图之间的关联和相互作用；“知识管理工具说”着重于阐明知识地图对企业知识资源的整合功能，目的在于突出资源加工这一阶段的重要性。在实践中，概念型、流程型和能力型知识地图已经被广泛地应用于企业知识管理，它们分别具有反应知识门类、凸显业务流程、整合全局资源的功能[11]，也都能够很好地被这一基本工作原理所解释：以知识地图为信息传输通道向组织内部成员传递所需知识，区别在于采用了不同的编码解码方式，传递的分别是知识本身的主题、知识所在流程以及知识贡献者。

2 地图可视化理论视角下的知识地图

新世纪以来，知识地图的构建和使用方式更加丰富多样，以知识图谱、思维导图、概念地图等为代表的各种类型的视图工具也逐渐在实践中兴起，而这些概念却无法用地图传输理论加以解释，它们是否也能被视为一种知识地图？有何依据？为了回答这些问题，进一步梳理知识地图理论与实践的最新进展，还需要引入一个更加先进的地图学理论——地图可视化(Cartographic Visualization)。

2.1 地图可视化理论的产生及其影响

上世纪80 年代中期，计算机的普及大大降低了数据处理的难度，各类地理信息能够通过遥感装置以数字化的形式被方便地获取、存储和利用，数字化技术改变了传统的地图绘制与发布方式，地图传输理论的影响力已经开始减弱。与此同时，作为当代科技飞速发展的一项重要成果，科学可视化(Scientific Visualization)的概念被提出，它指的是运用计算机图形图像处理技术，将复杂的科学现象、自然景观、抽象概念图形化，便于理解现象和发现规律[12]。地图学家和地理学家们开始将可视化作为一种先进的技术手段和研究工具，将规模庞大的、复杂的地理空间数据转化为可视的图形加以分析和处理，用动态直观的方式表现那些通常难以设想和接近的环境与事物，以揭示自然和社会的发展规律[13]，地图可视化理论由此产生。

1990 年，美国学者DiBiase 将地图在人类学习和科学研究活动中所具有的功能概括为探索(Exploration)、确认(Confirmation)、综合(Synthesis)以及表示(Presentation)，分别与制图和用图活动的不同阶段相对应，形成一个由个人制图到公众用图的序列，并将此确定为地图可视化理论的主要研究内容[14]。在地图可视化理论产生之前，探查数据、确认或否定推理与假设、综合所得结论这些制图活动都被隐藏在了制图过程中，用户查阅出版的地图获取地理信息，实际上只是运用了“表示”这最后一项功能而并未获得前三项重要功能。地图可视化的出现打破了绘图和用图之间的界限，一份地图的用户同时也可以是该地图的制作者，人们不仅能够通过查阅地图接收信息，还能够主动参与制图活动，从而充分利用地图的全部功能来开展对未知领域的探索。地图不再只是向公众传递信息的产品，同时也能作为一种供个人学习和科研使用的工具。因此，地图可视化理论的产生，是地图制图学发展历程中的又一次重大突破。作为地图传输理论的替代者，这一理论在地图学中的主流地位于上世纪90 年代中期得以确立[15]。

2.2 知识地图内涵的拓展

地图可视化理论让人们对地图的本质有了全新的认识，同时也拓展了知识地图这一概念的内涵。以地图可视化理论为依据，知识地图不仅能够用来有效地传递知识信息，而且也能作为个人在特定知识环境中进行学习和创造的有力工具，作为地图的一种特殊形式，其功能理应包括探索、确认、综合和表示。其中的表示指的就是由制图者向用户传递信息，此功能是知识地图早期研究中的核心内容，体现了地图传输理论对知识地图内涵的解读。如布鲁克斯的知识地图设想、概念型、流程型和能力型知识地图等，都是以地图的表示功能为工作原理，可以理解为知识地图的基本形式，称之为信息传输知识地图。除此以外，建立在科学可视化概念基础之上的信息可视化已经发展成为一个备受瞩目的科学领域，并逐渐渗透到了情报学研究中的各个主要方面[16]，以信息可视化为工作原理的视图工具由此产生并开始发挥重要作用，这就是我们前面所说的知识图谱、思维导图、概念地图等。这些视图工具可供个人使用，集合了知识地图的所有功能，体现了地图可视化理论对知识地图内涵的解读，可以将其视为知识地图的高级形式，称之为可视化知识地图。表1 列出了这两类知识地图的一些主要特征。

表1 地图学视角下的知识地图及其主要特征

可视化知识地图是信息可视化的一种表现形式。具体而言，我们可以这样描述可视化知识地图的工作原理和制图用图过程：在计算机技术的支持下，研究人员将采集到的数据(主要指非物理数据)转化为图像，根据图像效果展开归纳推理，提出新猜想、得出新观点并加以验证，最后对所得结论进行总结并以图像的形式表示出来；采用这种方法，研究人员能够发现并不明显的知识属性、高度复杂的知识结构和知识关联，从而达到知识发现的目的。在技术应用上，此类知识地图强调动态、多维的计算机绘图效果以及人与地图之间的互操作，使人类的视觉思维能够充分发挥作用。在制图用图理念上，它支持制图者的归纳推理，并鼓励猜想和假设，将制图理解为一种提问或是求解的行为。知识图谱就是一种典型的可视化知识地图，它将可视化技术与科学计量方法相融合，以图像的形式反映特定科学领域，通过挖掘、分析和构建知识及知识之间的逻辑关系来揭示这一领域内核心知识结构、发展历史和学科前沿[17]，从工作原理、制图方式与用图目的上来看，它都符合可视化地图的标准。

3 知识地图理论与实践的未来发展趋势

既然信息传输和可视化分别对应着知识地图的基本形式和高级形式，那么可以预见，由基本向高级，由信息传输向可视化的进化也将会成为知识地图的一个主要发展趋势。为了对这一趋势加以说明，我们将美国地理学家Mac-Eachren 提出的Cartography Cube 模型[18](图3所示)作为参考。

图3 Cartography Cube 模型[20]

Cartography Cube 模型采用以下三项指标来衡量人们对地图本质的理解：地图中的数据使用(Data)、人与地图之间的互动程度(Interactivity)、地图的受众范围(Map User)。立方体中的一个坐标轴描述的是地图中的数据使用，即DiBiase的从揭示未知规律到展示已知事实的地图功能序列，也可解释为人们的用图目的；另一个坐标轴反映了人与地图之间的互动程度，代表了互动程度较高的计算机制图环境和互动程度较低的纸质地图；第三个坐标轴表示地图的受众范围，决定了地图是面向公众或是个人使用。立方体中的三维空间代表着人们如何理解地图和使用地图，理想中的信息传输和可视化理论分别位于一条对角线的两个端点，前者并未考虑人与地图之间的互动，认为地图的作用在于向公众传递已知事实；后者高度重视人与地图之间的互动，将地图理解为个人探索未知领域的工具。

这一模型形象地展示了两种地图学理论的具体含义，显示了由信息传输到可视化的地图进化轨迹，我们也可以用此模型来描述知识地图的进化过程。在地图学视角下，所有的知识地图都位于此立方体中，分布于不同的位置，都在不断向“可视化”这一端点靠近，向“揭示未知、高互动、个人使用”的方向发展。以此为依据，可以从以下三个方面来概括知识地图的未来发展趋势。

(1)知识地图将会被越来越多地运用于知识发现和知识创新。由展示已知扩展为揭示未知是地图功能和用图目的的进化，地图不只是信息载体，而是科学深加工之后的创新知识[19]。知识地图的功能和使用目的也将由有效利用现有知识资源进化为知识发现。近几年来，“隐性知识地图”、“专家知识地图”等命题不断被提出[20]，通过隐性知识的开发利用来促进知识共享与创造成为了一个热点问题；以知识图谱为代表的可视化知识地图已经被引入到众多科研领域，用以提出新的学术观点。这些都表明，知识地图的知识发现功能将会受到更多的关注，以知识发现为目的的应用也会更加普及。

(2)人与知识地图之间的互动程度将会不断提高。人与地图之间互动程度的提高是制图用图技术手段进步的主要表现，“可视化”的关键就在于实现计算机制图环境下人与地图之间的高度互动，包括对图像的平移、缩放、旋转、叠加比较等操作。目前看来，基本形式和高级形式的知识地图在这方面都有待加强，前者主要是在完成绘图以后，根据使用效果对地图内容进行修改，互动程度较低；后者已经实现了人对地图的实时操作，互动程度较高，但仍未实现完全利用图像效果来思考。采用更加先进的技术手段促进人与地图之间的互动，将成为知识地图研究的一个发展方向。

(3)个人知识地图将会成为知识地图的主流应用。从面向公众的产品到个人使用的工具，从被动接受信息到制图与用图的统一，地图受众范围的变化直接体现人们对地图本质的理解。可供个人使用是可视化知识地图的一个基本特征，随着此类知识地图在学术界的迅速普及，由面向特定用户群体进化为供个人使用是一个必然趋势，这里的个人知识地图就是指供个人使用的知识地图。个人知识地图这一概念事实上早已产生，但却并未受到足够的重视[21]，可见目前的研究只是发现了个人使用的可行性，但并未强调其必要性，说明受众范围方面的进化将是一个较为漫长的过程。

4 结语

以地图可视化与地图传输理论为依据，将知识地图划分为信息传输知识地图和可视化知识地图两种类型，并给出了其工作原理、制图方式和用图目的，统一了对知识地图概念的认识。前者是信息管理与知识管理的重要手段，已经为学界和业界所接受，被用来适应更加多元化的应用环境；后者是学习和科研的有效工具，正在被越来越多的研究人员所采用，它们共同推动着知识地图理论研究的不断发展。在此基础上，笔者认为由信息传输到可视化，由基本形式到高级形式的进化将会是知识地图的一个主要发展趋势。

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