從信息傳輸到可視化：地圖制圖學視角下的知識地圖理論研究*

胡昌平，張 晶

0 引言

隨著知識開始在人類生產生活中扮演越來越重要的角色，以知識共享與創造為導向的知識管理和服務近年來發展成為信息管理科學的核心內容。為了提高知識的傳播和利用效率，知識地圖這一有效的知識管理工具在實踐中應運而生，并迅速獲得了廣泛關注。

我國學者普遍認為知識地圖的概念最早是由英國情報學家布魯克斯于1980 年提出[1-3]，“知識地圖”一詞也一直被視為一個管理學專業術語。值得指出的是，如果打破學科之間的界限，以更加廣闊的視角來審視這一概念的起源，就會發現知識地圖實際上也可視為傳統意義上的地圖(表征地理現實一定特色和特征的一種符號化圖像，國際地圖學協會1995 年定義)的一種繼承和發展。知識地圖和地圖的核心思想都可被抽象地表述為：以圖像的形式來反映我們關心的環境，用以改進我們在這一環境中的行為決策；前者關注的是存在于人類大腦中的精神世界，后者描述的對象一般是現實地理空間。基于這樣的認識，有學者認為知識地圖是一種“舊的思想貼上了新的標簽”，生動地說明了兩者之間的關聯[4]。將地圖作為研究對象的學科是地圖制圖學(Cartography，又稱地圖學)，一門研究地圖的理論實質、制作技術和使用方法的綜合性科學[5]。隨著地圖學的不斷發展，地圖成為了現代社會中人們常用的工具，其應用早已超越了以地理科學為代表的傳統范圍，而延伸到了眾多人文社科領域，知識地圖就是地圖學基本理論在信息管理領域中的一種應用。然而，國內圖書情報界對知識地圖的探討基本上都是從本學科角度出發，研究方法和研究內容也都限于本學科范圍之內，鮮有文獻涉及地圖學的相關內容。其結果就是，現有研究主要是圍繞著知識地圖中的“知識”這一當前熱點問題展開和深入，而大多忽視了“地圖”這個更加樸實的主題。在此背景下，以地圖制圖學為視角來考察知識地圖，是有必要的。

基于這一思路，不妨將知識地圖作為一種地圖來考慮，借助地圖學中的經典理論來重新審視其研究進展與發展趨勢。針對知識地圖，傳統的以“知識”為視角的研究自20 世紀90年代后期以來已經取得了一定的成果，但仍然是有局限的。人們對知識地圖概念的理解仍然存在分歧，一方面是由于知識以及知識管理本身存在復雜性和多樣性；另一方面則來自于對“地圖”概念的模糊認識。因此，明確什么是地圖、如何制作和使用地圖，能夠更加完整、更加透徹地把握知識地圖的內涵以及制圖用圖規律。

1 地圖傳輸理論視角下的知識地圖

在現代地圖學的發展歷程中，地圖傳輸理論占據著非常重要的地位，它使人們對地圖的本質、制圖和用圖規律的理解達到了前所未有的高度，極大地豐富了地圖學理論的內容。

1.1 地圖傳輸理論與地圖傳輸模型

20 世紀50 年代，美國學者A.Robinson 的著作The Look of Maps 奠定了現代地圖學的理論基石，地圖的功能發揮由此成為制圖的首要原則[6]。隨后，Robinson 進一步地將地圖作為一種信息傳輸的工具來考慮。學者們在此基礎上提出了各式各樣的地圖傳輸模型(Map Communication Model)，地圖傳輸理論(Cartographic Communication)由此確立，并成為地圖學中的重要基礎理論。圖1 所示的就是地圖傳輸模型的一種基本形式。

圖1 地圖傳輸模型的基本形式

地圖傳輸理論將地圖制作與使用過程中的各種復雜行為決策簡化為地理信息在通信系統中的輸入、傳遞與輸出。在圖1 所示地圖傳輸模型的發送端，制圖者將自身所掌握的地理信息符號化(編碼)并繪制成地圖；位于接收端的地圖用戶從地圖里譯出符號(解碼)解讀地圖，接收地圖中包含的地理信息，從而形成一個完整的信息傳輸過程。地圖是發送端和接收端之間信息傳輸的載體和通道，而編碼和解碼則分別是繪制地圖和使用地圖的核心任務。一方面，為了盡可能地消除通信系統中信號失真帶來的不良影響，制圖者在地圖的設計和繪制過程中以如實反映現實世界為原則，盡量減少誤差，力求實現制圖的準確、清晰和規范；另一方面，用戶對地圖的解讀也是信息傳輸系統中的一個關鍵因素。越來越多的心理學、生理學、行為學等學科的相關理論被地圖學文獻引用，以揭示用戶解讀地圖過程中的科學規律，由此產生了地圖感受論、地圖符號論等一系列新的課題[7]。這些研究表明，用戶知識結構決定了其認知能力，而后者則是地圖發揮功能的基礎。

1.2 布魯克斯的知識地圖設想

上世紀70 年代末期，歐美國家已經基本完成了由工業時代向信息時代的過渡，各種科技文獻被大量的生產和儲存起來。然而，受制于當時題錄式的文獻組織方式，用戶們不得不首先投入巨大的時間和精力發現自己所需的情報。為了改變這種狀況，英國情報學家布魯克斯提出了知識地圖的設想：“就所選定的緊密相連的若干學科中的固有聯系，將各概念連接成網絡圖。每個這樣的網絡都是表示科學認識結構的一張地圖，而每一情報片段都是位于這一網絡的經脈之上。”[8]

如果以地圖傳輸理論的視角來考察布魯克斯的設想，能夠發現情報工作者、知識地圖和用戶已經組成了一個情報通信系統，三者分別扮演著情報發送端、信道和情報接收端的角色，該系統的任務是向各類用戶提供所需的情報。在這一系統中，首先由發送端進行編碼：情報工作者對采集的文獻進行整理加工，提取和記錄其中包含的知識點(概念)，以及由這些知識點基于一定的邏輯關系聯接組成的知識單元。然后將這些元素以圖形的形式表示出來繪制成知識地圖。通過這種方式，展現給用戶的就是知識的有機結構而不再是龐雜無序的文獻主題和目錄。接下來由接收端進行解碼：用戶以自身的知識結構和認知能力為參照，查閱知識地圖中與之相匹配的部分，以此來發現自己所需的知識點和知識單元，進而定位需要學習的相應文獻獲取所需情報，一個完整的信息傳輸過程就此形成。

在布魯克斯的這一設想被提出以前，情報工作者與情報用戶之間的信息傳輸同樣也存在，然而卻是低效的。其原因在于情報服務工作與用戶需求之間缺乏一個有效的信息傳輸通道，大量的噪音(與用戶認知結構不相符、用戶難以接受的科技情報)一直存在于兩者之間的信息傳輸過程中，造成了海量信息與用戶具體需求之間的矛盾。布魯克斯的知識地圖設想，使不同的用戶能夠依據自己的認知能力和思維方式來全面審視知識的有機結構，進而在復雜的知識環境中迅速、準確地發現自己所需要的那部分。這樣，一個高效穩定的信息傳輸通道就被建立起來，使得情報能夠切實滿足用戶的需求，從而在根本上解決了上述矛盾。

1.3 知識地圖的基本工作原理

由于技術水平和物質條件的限制，布魯克斯的設想在當時并未完全實現。然而隨著科技的進步，繪制知識地圖所需的客觀條件在上世紀90 年代后期已經具備，知識地圖的實踐工作首先在一些大型企業中出現。國內已有文獻對知識地圖的一些早期定義進行了總結歸納[9]，如“知識指南與目錄說”“知識管理工具說”“知識導航系統說”等，都具有一定的代表性。以地圖傳輸理論為依據，綜合考慮布魯克斯的設想和以上學術觀點，下文給出的知識地圖工作模型(如圖2 所示，見第32 頁)，旨在說明知識地圖的基本工作原理。

圖2 基于地圖傳輸理論的知識地圖工作模型

本模型以捷克地圖學家A.Konacny 提出的地圖傳輸模型為基礎[10]，將知識資源、制圖者、知識地圖和地圖用戶統一在一個通信系統中，并進一步將知識信息的編碼、解碼、傳輸過程細化為4 個主要階段：(1)資源加工。針對特定的知識組織與服務目標，地圖制作者對所擁有的不同來源、不同形式的知識資源進行整理，識別其中包含的知識點，明確知識點的屬性并根據屬性確定知識點之間的邏輯關系，進而依據這些邏輯關系將知識點連接起來，組織成知識網絡；(2)地圖繪制。制圖者確定知識地圖的載體、形式、制圖語言和技術輔助工具，將知識網絡繪制在圖表上形成一種直觀的表達并展現給用戶；(3)地圖解讀。用戶查閱知識地圖，“用戶需求”的知識以知識網絡的形式被映射到知識地圖上，并被用戶所感知，這里的“用戶需求”是指知識資源集合中，與用戶認知結構和思維方式相匹配的、或是與其在知識管理目標中所處地位相符合的那一部分；(4)資源獲取。用戶根據知識地圖的指示，獲取所需的知識資源，完成知識信息傳輸。

由此可見，前面提到的幾種知識地圖定義實際上是重點突出了圖2 所示的知識地圖工作流程中的不同環節與階段。“知識指南與目錄說”認為知識地圖是知識資源的指南而不包含知識的具體內容，是從地圖繪制階段出發展開的探討，旨在強調知識資源與知識地圖之間的關聯和相互作用；“知識管理工具說”著重于闡明知識地圖對企業知識資源的整合功能，目的在于突出資源加工這一階段的重要性。在實踐中，概念型、流程型和能力型知識地圖已經被廣泛地應用于企業知識管理，它們分別具有反應知識門類、凸顯業務流程、整合全局資源的功能[11]，也都能夠很好地被這一基本工作原理所解釋：以知識地圖為信息傳輸通道向組織內部成員傳遞所需知識，區別在于采用了不同的編碼解碼方式，傳遞的分別是知識本身的主題、知識所在流程以及知識貢獻者。

2 地圖可視化理論視角下的知識地圖

新世紀以來，知識地圖的構建和使用方式更加豐富多樣，以知識圖譜、思維導圖、概念地圖等為代表的各種類型的視圖工具也逐漸在實踐中興起，而這些概念卻無法用地圖傳輸理論加以解釋，它們是否也能被視為一種知識地圖？有何依據？為了回答這些問題，進一步梳理知識地圖理論與實踐的最新進展，還需要引入一個更加先進的地圖學理論——地圖可視化(Cartographic Visualization)。

2.1 地圖可視化理論的產生及其影響

上世紀80 年代中期，計算機的普及大大降低了數據處理的難度，各類地理信息能夠通過遙感裝置以數字化的形式被方便地獲取、存儲和利用，數字化技術改變了傳統的地圖繪制與發布方式，地圖傳輸理論的影響力已經開始減弱。與此同時，作為當代科技飛速發展的一項重要成果，科學可視化(Scientific Visualization)的概念被提出，它指的是運用計算機圖形圖像處理技術，將復雜的科學現象、自然景觀、抽象概念圖形化，便于理解現象和發現規律[12]。地圖學家和地理學家們開始將可視化作為一種先進的技術手段和研究工具，將規模龐大的、復雜的地理空間數據轉化為可視的圖形加以分析和處理，用動態直觀的方式表現那些通常難以設想和接近的環境與事物，以揭示自然和社會的發展規律[13]，地圖可視化理論由此產生。

1990 年，美國學者DiBiase 將地圖在人類學習和科學研究活動中所具有的功能概括為探索(Exploration)、 確 認(Confirmation)、 綜 合(Synthesis)以及表示(Presentation)，分別與制圖和用圖活動的不同階段相對應，形成一個由個人制圖到公眾用圖的序列，并將此確定為地圖可視化理論的主要研究內容[14]。在地圖可視化理論產生之前，探查數據、確認或否定推理與假設、綜合所得結論這些制圖活動都被隱藏在了制圖過程中，用戶查閱出版的地圖獲取地理信息，實際上只是運用了“表示”這最后一項功能而并未獲得前三項重要功能。地圖可視化的出現打破了繪圖和用圖之間的界限，一份地圖的用戶同時也可以是該地圖的制作者，人們不僅能夠通過查閱地圖接收信息，還能夠主動參與制圖活動，從而充分利用地圖的全部功能來開展對未知領域的探索。地圖不再只是向公眾傳遞信息的產品，同時也能作為一種供個人學習和科研使用的工具。因此，地圖可視化理論的產生，是地圖制圖學發展歷程中的又一次重大突破。作為地圖傳輸理論的替代者，這一理論在地圖學中的主流地位于上世紀90 年代中期得以確立[15]。

2.2 知識地圖內涵的拓展

地圖可視化理論讓人們對地圖的本質有了全新的認識，同時也拓展了知識地圖這一概念的內涵。以地圖可視化理論為依據，知識地圖不僅能夠用來有效地傳遞知識信息，而且也能作為個人在特定知識環境中進行學習和創造的有力工具，作為地圖的一種特殊形式，其功能理應包括探索、確認、綜合和表示。其中的表示指的就是由制圖者向用戶傳遞信息，此功能是知識地圖早期研究中的核心內容，體現了地圖傳輸理論對知識地圖內涵的解讀。如布魯克斯的知識地圖設想、概念型、流程型和能力型知識地圖等，都是以地圖的表示功能為工作原理，可以理解為知識地圖的基本形式，稱之為信息傳輸知識地圖。除此以外，建立在科學可視化概念基礎之上的信息可視化已經發展成為一個備受矚目的科學領域，并逐漸滲透到了情報學研究中的各個主要方面[16]，以信息可視化為工作原理的視圖工具由此產生并開始發揮重要作用，這就是我們前面所說的知識圖譜、思維導圖、概念地圖等。這些視圖工具可供個人使用，集合了知識地圖的所有功能，體現了地圖可視化理論對知識地圖內涵的解讀，可以將其視為知識地圖的高級形式，稱之為可視化知識地圖。表1 列出了這兩類知識地圖的一些主要特征。

表1 地圖學視角下的知識地圖及其主要特征

可視化知識地圖是信息可視化的一種表現形式。具體而言，我們可以這樣描述可視化知識地圖的工作原理和制圖用圖過程：在計算機技術的支持下，研究人員將采集到的數據(主要指非物理數據)轉化為圖像，根據圖像效果展開歸納推理，提出新猜想、得出新觀點并加以驗證，最后對所得結論進行總結并以圖像的形式表示出來；采用這種方法，研究人員能夠發現并不明顯的知識屬性、高度復雜的知識結構和知識關聯，從而達到知識發現的目的。在技術應用上，此類知識地圖強調動態、多維的計算機繪圖效果以及人與地圖之間的互操作，使人類的視覺思維能夠充分發揮作用。在制圖用圖理念上，它支持制圖者的歸納推理，并鼓勵猜想和假設，將制圖理解為一種提問或是求解的行為。知識圖譜就是一種典型的可視化知識地圖，它將可視化技術與科學計量方法相融合，以圖像的形式反映特定科學領域，通過挖掘、分析和構建知識及知識之間的邏輯關系來揭示這一領域內核心知識結構、發展歷史和學科前沿[17]，從工作原理、制圖方式與用圖目的上來看，它都符合可視化地圖的標準。

3 知識地圖理論與實踐的未來發展趨勢

既然信息傳輸和可視化分別對應著知識地圖的基本形式和高級形式，那么可以預見，由基本向高級，由信息傳輸向可視化的進化也將會成為知識地圖的一個主要發展趨勢。為了對這一趨勢加以說明，我們將美國地理學家Mac-Eachren 提出的Cartography Cube 模型[18](圖3所示)作為參考。

圖3 Cartography Cube 模型[20]

Cartography Cube 模型采用以下三項指標來衡量人們對地圖本質的理解：地圖中的數據使用(Data)、人與地圖之間的互動程度(Interactivity)、地圖的受眾范圍(Map User)。立方體中的一個坐標軸描述的是地圖中的數據使用，即DiBiase的從揭示未知規律到展示已知事實的地圖功能序列，也可解釋為人們的用圖目的；另一個坐標軸反映了人與地圖之間的互動程度，代表了互動程度較高的計算機制圖環境和互動程度較低的紙質地圖；第三個坐標軸表示地圖的受眾范圍，決定了地圖是面向公眾或是個人使用。立方體中的三維空間代表著人們如何理解地圖和使用地圖，理想中的信息傳輸和可視化理論分別位于一條對角線的兩個端點，前者并未考慮人與地圖之間的互動，認為地圖的作用在于向公眾傳遞已知事實；后者高度重視人與地圖之間的互動，將地圖理解為個人探索未知領域的工具。

這一模型形象地展示了兩種地圖學理論的具體含義，顯示了由信息傳輸到可視化的地圖進化軌跡，我們也可以用此模型來描述知識地圖的進化過程。在地圖學視角下，所有的知識地圖都位于此立方體中，分布于不同的位置，都在不斷向“可視化”這一端點靠近，向“揭示未知、高互動、個人使用”的方向發展。以此為依據，可以從以下三個方面來概括知識地圖的未來發展趨勢。

(1)知識地圖將會被越來越多地運用于知識發現和知識創新。由展示已知擴展為揭示未知是地圖功能和用圖目的的進化，地圖不只是信息載體，而是科學深加工之后的創新知識[19]。知識地圖的功能和使用目的也將由有效利用現有知識資源進化為知識發現。近幾年來，“隱性知識地圖”、“專家知識地圖”等命題不斷被提出[20]，通過隱性知識的開發利用來促進知識共享與創造成為了一個熱點問題；以知識圖譜為代表的可視化知識地圖已經被引入到眾多科研領域，用以提出新的學術觀點。這些都表明，知識地圖的知識發現功能將會受到更多的關注，以知識發現為目的的應用也會更加普及。

(2)人與知識地圖之間的互動程度將會不斷提高。人與地圖之間互動程度的提高是制圖用圖技術手段進步的主要表現，“可視化”的關鍵就在于實現計算機制圖環境下人與地圖之間的高度互動，包括對圖像的平移、縮放、旋轉、疊加比較等操作。目前看來，基本形式和高級形式的知識地圖在這方面都有待加強，前者主要是在完成繪圖以后，根據使用效果對地圖內容進行修改，互動程度較低；后者已經實現了人對地圖的實時操作，互動程度較高，但仍未實現完全利用圖像效果來思考。采用更加先進的技術手段促進人與地圖之間的互動，將成為知識地圖研究的一個發展方向。

(3)個人知識地圖將會成為知識地圖的主流應用。從面向公眾的產品到個人使用的工具，從被動接受信息到制圖與用圖的統一，地圖受眾范圍的變化直接體現人們對地圖本質的理解。可供個人使用是可視化知識地圖的一個基本特征，隨著此類知識地圖在學術界的迅速普及，由面向特定用戶群體進化為供個人使用是一個必然趨勢，這里的個人知識地圖就是指供個人使用的知識地圖。個人知識地圖這一概念事實上早已產生，但卻并未受到足夠的重視[21]，可見目前的研究只是發現了個人使用的可行性，但并未強調其必要性，說明受眾范圍方面的進化將是一個較為漫長的過程。

4 結語

以地圖可視化與地圖傳輸理論為依據，將知識地圖劃分為信息傳輸知識地圖和可視化知識地圖兩種類型，并給出了其工作原理、制圖方式和用圖目的，統一了對知識地圖概念的認識。前者是信息管理與知識管理的重要手段，已經為學界和業界所接受，被用來適應更加多元化的應用環境；后者是學習和科研的有效工具，正在被越來越多的研究人員所采用，它們共同推動著知識地圖理論研究的不斷發展。在此基礎上，筆者認為由信息傳輸到可視化，由基本形式到高級形式的進化將會是知識地圖的一個主要發展趨勢。

[1] 唐曉波，胡勝勇. 企業信息資源集成中的知識地圖構建與工作模型研究[J]. 圖書情報工作，2010（24）：117- 121.

[2] 唐欽能，高峰，王金平. 知識地圖相關概念辨析及其研究進展[J].情報理論與實踐，2011 （1）：121- 125.

[3] 葉六奇，石晶. 知識地圖的構建方法論研究[J]. 圖書情報工作，2012 （10）：30- 34.

[4] Eppler， M. J. Making Knowledge Visible Through Intranet Knowledge Maps： Concepts， Elements，Cases[C]/ / Proceedings of the 34th Hawaii International Conf on System Sciences，2001.

[5] 袁勘省，張榮群，王英杰，等.現代地圖與地圖學概念認知及學科體系探討[J]. 地球信息科學，2007（4）：100- 108.

[6] Robinson，A.H. The Look of Maps[M]. Madison：University of Wisconsin Press，1952：13.

[7] Crampton，J.W. Maps as Social Constructions：Power，Communication and Visualization[J].Progress in Human Geography，2001，25 （2）：235- 252.

[8] Brooks，B.C.情報學的基礎（四） ———第四篇情報學：變化中的范式[J]. 王崇德，鄧亞橋，劉繼剛，譯. 情報科學，1984 （1）：66- 77.

[9] 司莉，陳歡歡. 國內外知識地圖研究進展[J].圖書館雜志，2008 （8）：13- 17.

[10] Konacny，A. Cartographic Information：a Fundamental Concept and Term in Modern Cartography[J].The Cartographic Journal，1969，6 （1）：47- 49.

[11] 褚芳芳，高文俊，項欽之，等.制造企業知識地圖及其本體實現[J]. 情報科學，2008 （10）：1507- 1512.

[12] 中國測繪學會地圖學與GIS 專業委員會. 地圖學與地理信息系統的現狀與趨勢[J]. 測繪通報，1997（6）：26- 31.

[13] 秦建新，張青年，王全科，等. 地圖可視化研究[J].地理研究，2000，19 （1）：15- 21.

[14] DiBiase，D.W.Scientific Visualization in the Earth Sciences[J]. Earth and Mineral Sciences，1990 （19）：201- 214，265- 266.

[15] Dodge，M.&Kitchin，R.Rethinking Maps[J].Progress in Human Geography，2007，31（3）：331- 344.

[16] 劉波，馬紅妹，徐學文.20 年可視化發展歷程對情報學的影響[J]. 情報理論與實踐，2008（1）：15-17，3.

[17] 秦長江，侯漢清.知識圖譜——信息管理與知識管理的新領域[J].大學圖書館學報，2009（1）：30-37，96.

[18] MacEachren，A.M.&Fraser，Taylor，D.R. （eds.） .Visualization in Modern Cartography [M]. Oxford：Pergamon Press，1994：2- 9.

[19] 廖克.現代地圖學[M].北京：科學出版社，2003.

[20] 吳才喚.知識地圖研究進展：從顯性知識地圖到隱性知識地圖[J].圖書情報知識，2012（6）：94- 100.

[21] 宋博，徐躍權.個人知識地圖的構建[J].情報資料工作，2008（6）：50- 53.