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1、认知地图,认知地图,概念：在过去经验的基础上产生与头脑中的某些类似于现场图的模型，最早见于美国心理学家TC托尔曼所著的白鼠和人的认知地图。他根据动物实验的结果认为，动物并不是通过尝试错误的行为习得一系列刺激与反应的联结，而是通过脑对环境加工，在获得达到目的的手段和途径中建立起一个完整的“符号格式塔”模式，这就是认知地图。它是一种局部环境的综合表象，不仅包括事件的简单顺序，还包括方向、距离和时间关系等。此外，林奇（Lynch）在1960年研究了城市的意象，罗文森（Lowenthal）在1961年研究了环境的意象，沃尔波特（Wolpert）在1964年研究了空间选择产生的过程。实际上正是这些研究在
2、20世纪60年代后期、70年代前期建立了行为地理学和空间认知概念的基础。,认知地图概念的发展,到目前为止，认知地图还没有一个统一的定义，一直以来心理学家和地理学家们持有两种不同的观点： 1.模拟观点(Kosslyn&shePard，1975)认为，认知地图是真实环境中的复制品，它与物质环境大致一点点对应，似乎是一幅贮存在头脑中的环境的图像。 2.命题观点(Pylyshyn，1973)更加强调通过对信息赋予加以贮存。也就是说客观环境被再现为很多互相联系的概念，每一种概念都会引起很多联想，如颜色、名称、相应的声音、高度等，人们借助于这种命题网从记忆中寻找有关的各种联想，并由所画的草图体现出来。,认
3、知地图概念的发展,1、早期阶段(19301950年代)，格式塔心理学派 2、中期阶段(19601970年代)，地理学家的加入 3、当代阶段(1980年代至今)，信息加工理论的加入,认知地图概念的发展,1、早期阶段(19301950年代)，格式塔心理学派 小白鼠走迷宫实验 结论：老鼠不是根据盲目的习惯，也不是依据途径的次序而形成的机械的奔走习惯来行动的，托尔曼认为白鼠走过迷津之后，获得了迷津通路的整体概念，从而托尔曼第一次提出了“认知地图”这个术语。托尔曼最原始的关于“认知地图”的概念是对现场地图在头脑中的模拟，但是托尔曼在后来的研究中把认知地图的概念泛化了，内涵得到了延伸，头脑不仅对空间事物的
4、位置距离可以形成认知地图，而且对抽象的符号也可以形成认知地图，比如对书本上的字、图片也可以形成认知地图，对几个概念的相互关系也可以形成认知地图。,认知地图概念的发展,2、中期阶段(19601970年代)，地理学家的加入 地理学者主要从认知地图整体结构、类型、构成要素以及认知地图与实际地图关系回答了认知地图是什么。研究者先后提出网络结构理论、等级理论和局部等级理论假设解释认知地图整体结构。 图安(Than，1975)认为，认知地图就是一个人给朋友指路时，脑子里所呈现的道路格局。阿普兰德(Appleyard， 1970)通过研究发现存在顺序型和空间型两种认知地图类型，其中顺序型认知地图以道路导向为
5、主，而空间型认知草图则以区位导向为主。每个大的类别又可划分为4个子类，即顺序型结构的段(fragmented)、链(ehain)、支/环(braneh)、网(network)和空间型结构的散点(seat一tered)、马赛克(mosaie)、连接(linked)、空间格局(patterned)。认为随着人们对某区域熟悉程度的增加，随着对区域特征把握得更加深入，认知地图呈顺序型向空间型发展的趋势。,认知地图概念的发展,3、当代阶段(1980年代至今)，信息加工理论的加入 20世纪80年代以来认知地图概念体系经历了由静态向动态转变的过程。心理学家们从信息加工角度重新审视了认知地图本质，提出认知地图
6、实质是认知映射 (cognitive mapping)，即一个包括获取、编码、存储、内部操作、解码和使用外部环境信息的动态过程。 在几十年来多位心理学家和地理学家对认知地图的研究上，总结了认知地图包括三个方面的内容:认知地图是一种空间表象:是对地理事物形状和分布的主体反映，也能在头脑中保持和再现，既有顺序型结构，也有空间型构;认知地图是对某个区域多方面特征的印象:认知地图不仅包括上述第一点对某地位置和轮廓这些几何特征的记忆，也包括该地的自然人文特征，可以用语言来描述出来;认知地图具有动态性:个体形成的认知地图一直在变化，从某种意义上讲，所有认知地图研究都只是对动态认知地图某一阶段的研究。,国外
7、相关文献综述,(一)林奇对认知地图组成要素的研究 美国城市规划教授林奇在1960年出版的城市意象一书中，详细介绍了美国三个城市波士顿、洛杉矶和泽西市市民的认知地图，其理论和方法很快在美国及世界其他地区被推广应用 他在城市意象理论中提出构成认知地图的5要素(标志物、节点、区域、边界、道路） (二)加德纳等人对发展“视觉一空间”智力的研究 美国心理学家、哈佛大学教授加德纳认为，智力的内涵是多元的，它有9种相对独立的智力成分所构成。每种智力都是一个单独的功能系统，这些系统可以相互作用，产生外显的智力行为。这9种智力为:,国外相关文献综述,认知地图能力是一种“视觉一空间”智力，加德纳认为视觉一空间智力
8、是在脑中形成一个外部空间世界的模式并能够运用和操作这种模式的能力。它的核心能力是准确的知觉到视觉世界的能力，是对一个人所知觉到的东西进行加工和改造的能力，是即使在刺激不在时重现视觉经验的能力。 (三)Thorndyke等人关于认知地图在头脑中如何表征的研究 美国心理学家安德森(JRAnderson)对知识在人的头脑中的表征性质做了两种最基本的划分:陈述性知识和程序性知识。 陈述性知识是有关事实、定义、程序以及规则是什么的知识，其表征形式主要是四种:命题、表象、线性序列和图式。其解释如下:,国外相关文献综述,程序性知识是指导如何行动的知识，其在头脑中的表征是通过产生式来完成。一个产生式就是一个“
9、如果那么”规则。当“如果”得到满足，“那么”就得以执行。 当然很多产生式构成了一个产生式系统，产生式系统通过许多子目标，控制产生式的流向。程序性知识分为自动化的程序性知识和有意识的程序性知识。构建认知地图的目标就是经过系统的训练，由有意识的认知地图成为自动化的认知地图。,国外相关文献综述,Timosaarinen(1987)找到证据证明命题性表征对世界地图的表象性表征有强大的影响。具体说来，要求41个国家71个地点的学生画一幅世界的草图。大部分人(甚至是亚洲人)所绘的地图显示的是一个以欧洲为中心的世界，多数美洲人是以美洲为中心，而少数其他人显示的观点则以自己的国家为中心或者突出了自己的国家(比
10、如很多澳大利亚学生画出的世界地图就是上南下北的地图)。此外，大部分学生表现了中度的失真，即夸大了更著名的、家喻户晓的国家面积而减少了不太出名国家的大小(如非洲国家)。 StephenHirtle及其同事考察了语义集群对距离估计的影响，他们向被试出示一幅由许多建筑组成的地图，接着要求他们估计各组建筑之间的距离。被试倾向于就熟悉的地界标猜测其距离更近而不太熟悉的地界标猜测其距离更远，以这种方式扭曲距离估计，他们发现学生们对自己居住的城市(密歇根州的安阿白市)的认知地图也有着类似的变形。,国外相关文献综述,Thomdye认为人类在形成和使用认知地图时用到了三类知识:(1)地界标知识，这是关于位置的特
11、定特征的信息，以及那些既源于表象性表征又基于命题性表征的信息;(2)路线道路知识，这涉及从一个位置移动到另一个位置的具体路径，以及那些既基于程序性知识又基于陈述性知识的信息;(3)测量性知识，这涉及对地界标间距离的估计，正如它们可能出现在测量地图上的那样，而且这些可以用表象性和命题性的方式表征。 (四)西格尔等人对儿童认知地图的形成阶段的研究 皮亚杰是20世纪杰出的认知发展心理学家，发生认识论专家。他提出，人的认知发展依次经过四个主要阶段，每个阶段都大致的对应一定的年龄范围，每个阶段是前一阶段的自然延伸，也是后一阶段的必然前提，发展阶段不能逾越，也不能逆转，认知总是朝着必经的途径向前发展。这四
12、个阶段是: 1.感知运动阶段(0岁2岁) 2.前运算阶段(2岁7岁) 3.具体运算阶段(7岁11岁) 4.形式运算阶段(1116岁),国外相关文献综述,根据皮亚杰的发展理论，西格尔和怀特(A.Siegel，5.White，1975)在实验的基础上提出，在大尺度的环境中，儿童认知成图能力经历四个连续的发展阶段: 1.首先注意和记住空间标志物 2.识别和熟悉特定标志物之间的路径 3.将彼此临近的标志和路径结合成子群 4.将各种环境要素综合组织为统一的环境整体 随着认知成图能力的发展，儿童依次建立起三种不同类型的参照系: 1.自我中心定向系统，认为外部世界以自己为中心，月亮跟着自己走，认知地图中的环
13、境要素彼此分离。 2.固定点定向系统，认知地图围绕环境中熟悉的固定场所发展，最早以家为中心，随后扩展到少数路径、标志和熟悉的地点，这阶段儿童只能注意到一维空间，只能将相邻的标志用路径联系在一起。 3.直角坐标系，认知地图能反映有机的整体空间环境，能根据坐标网想象出环境的空间透视关系。,国外相关文献综述,(五)Drumheller等人对认知地图的影响因素研究 结论： 认知地图的影响因素很多，包括: 1.年龄。手绘简图的能力会随着年龄的增大而提高，但这并不是普遍适用的。 2.性别。性别是个很重要的影响因素，总体来说，男生比女生在这方面的能力要强。 3.国籍。被试者所在的国家通常会出现在手绘的简图上
14、。 4.临近性。学生对离自己家较近的地方通常会形成较详细、较精确的认知地图。 5.媒体。经常阅读新闻报纸或观看电视新闻的学生所形成的认知地图较详细、较精确的认知地图。 6.地区形状。如果一个地区形状比较特别，学生就会比较容易记住，所以笔者在后文中有把某区域几何形状比喻成某种事物的理念。 7.文化。如果一个国家曾经被占领过，那么学生的认知地图会受占领国的影响。 8.投影形式。如果一种投影的形式经常出现在课本上或日常生活中，那么学生所绘的世界简图也通常会采用这种投影形式。 9.地理教育水平。地理教育水平较高的国家，其学生的认知地图较好，反之，地理教育水平较差的国家，其学生的认知地图较差。,获得认知
15、地图的方法,1自由描画法 2限定描画法 3圈域图示法 4空间要素图示法,获得认知地图的方法,1自由描画法 自由描画法最著名的经典案例莫过于凯文林奇对城市意象的研究了。该研究选取美国各具特色的3个城市中心区作为调查对象地，范围在1.5英里2.5英里（2.4km4.0km）左右：波士顿的中心区特色鲜明，新泽西城的杂乱无章，洛杉矶的方格网布局新城。该研究主要运用了2种调查方法，一种是在市民中抽样访谈，获取他们对环境的意象；另一种是在实地，对受过训练的观察者形成的环境意象进行检验。抽取市民访谈样本的要求是在该调查对象地长久居住或工作，居住或工作地点散布在调查对象地的不同地方，并排除城市规划、工程师、建
16、筑师等专业人士。市民访谈在波士顿调查了30人，在泽西城和洛杉矶分别是15人。每个样本的访谈通常需要1.5h。,获得认知地图的方法,获得认知地图的方法,2限定描画法 限定描画法选取了一个关于自然公园空间意象的研究为案例，以揭示该方法在风景园林领域的具体应用。该研究目的是明确使用者对自然公园的空间意象，弄清空间意象与景观资源条件的关系，为公园的空间规划获取基础资料。研究选取东京周边可以当日往返的，使用程度相近的，箱根、奥日光、奥多摩等5个自然公园作为调查对象地。调查的对象样本是尽量熟悉环境的、与林学专业相关的专业人士和学生共94名。 调查在每个自然公园事先选择10个代表当地景观资源的风景点，一共5
17、0个风景点，向被调查者展示。随后要求被调查者画出包含有这10个地方在各自公园的位置关系和当地的道路、河流等内容的草图。也即是，并非描画自然公园全体空间的意象，而是限定内容的空间意象。在进行限定描画法的同时，调查记录下来在全部50个风景点当中，被调查者选择指出的自己留有印象的风景点,获得认知地图的方法,获得认知地图的方法,3圈域图示法 圈域图示法选取了一个市民对地方环境的认知与意象的研究为案例，以揭示该方法具体的操作和分析过程。作为案例研究，调查旨在探索在街区的改造中促进市民公众参与的规划决策方法。其中关键而基础的一环，就是掌握市民对街区持有的空间认知和意象。 调查要求市民圈画出认为是该市中心地
18、区的范围。调查对象样本选择日常生活中，与当地环境设施接触机会较多的群体。考虑区位条件和居住社区的形成年代，调查随机选择了4个不同地方的大约50名样本。调查方法为入户访问，并综合使用访谈和问卷2种方式。调查市民关于城市中心区范围的意向时，使用了标记有主要公共服务设施名称的1:10 000地形图，并请他们在图上用线圈出各自认为的繁华地区的范围。 分析过程将这些地区的范围线叠加，在此基础上依据不同等级将指认率图形化，如(图7、8)所示。结果显示，市民认为的城市中心区的范围很小，只有10%的指认区域与商业区重合。所以调查表明，在市民心目中该市是中心性欠缺的城市。,获得认知地图的方法,获得认知地图的方法
19、,4空间要素图示法 尽管空间要素图示法的调查对象可以是建筑、道路、座椅等多种形式的空间要素，但是结合风景园林的专业特色，选取了以树木为空间要素调查对象的案例。该研究调查在更新改造的居住社区里保留原有树木的情形下，居民在改造前后对社区空间喜好的变化。 分析统计居民喜爱场所空间和喜爱树木的累积度，如(图9)所示，得出如下结论：关于空间，改造前居民喜爱的空间广泛分布于社区各处，改造后集中于中央广场。改造时对原有树木的积极保留有利于社区意象的延续。关于树木，改造前社区内广泛种植的建构社区意象的群植树和树形独特的若干孤植树，以前就被居民所喜爱，改造时被原地保留。它们从视觉和感觉上有助于居民对原来场所的记
20、忆延续。而且，即使是同样种类的树木，保留树比移植树、新栽树更容易赢得居民喜爱。,分析认知地图及其变形的方法,在基于手绘草图的北京居民认知地图变形及因素分析一文中，采用二维回归(BR)与标准偏差椭圆方法定量测度认知地图整体和局部的变形。对于二维回归计算出的变形系数(DI)进一步采用蒙特卡罗模拟计算其变形半径,得出北京居民的认知地图平均变形在2-3 km,整体变形以二环为界,内小外大,并呈西南东北斜向拉伸,东西收缩的趋势,局部变形北部大于南部。个体的变形系数与对地标的熟悉程度负相关,男性小于女性,驾车者小于不驾车者,日常活动范围越广、出行频率越高、居住时间越久、距离锚点越近的被试认知变形越小。,分
21、析认知地图及其变形的方法,二维回归：该方法的核心是将两组对应的二维数据(手绘草图的坐标和实际地图的坐标)经过标准化、中心化以及旋转,达到最接近的可能匹配,从而把认知地图与实际地图相互对应起来。两者的一致性程度以二元相关系数R2表示23。这里,我们定义变形系数DI(distortion index)为: 式中:xi,yi是实际地图的坐标值,x是手绘草图做BR回归后的坐标值。R2越大,表示个人认知地图与实际地图的匹配度越高,相应地变形系数DI越小。,分析认知地图及其变形的方法,标准偏差椭圆 变形系数反映了认知地图的总体变形情况,而不能定量反映每个地标的变形情况。各地标点的标准偏差椭圆可以用来反映局
22、部(该地标点)的变形情况,它是全体被试在这一地区变形大小、方向的集中体现。标准偏差椭圆用于对各向异性的散点给出二维的分散特征,一倍标准偏差椭圆大约覆盖60%的散点,平均中心就是输入点的地理中心。 式中:是互相垂直的x,y方向的标准偏差,任意点到这两个坐标轴的距离平方和最小。,分析认知地图及其变形的方法,变形因素分析 方差分析方法 方差分析(Analysis of Variance,ANOVA)检验的目的是推断两组或多组数据总体均值是否相同。建立检验假设Ho:多个样本总体均值相等,检验水平为0.1。计算统计量F=MS组间/MS组内,并确定sig值。如果sig大于0.1,假设成立,各组均值相等,可
23、认为各样本均值间的差异是由于抽样误差所致。理论上,此时统计量F应接近于1;如果sig小于0.1,拒绝原假设H0,可认为各样本均值间的差异,不仅是由抽样误差所致,还有其他内在因素的作用。此时的组间变异远大于组内变异,两者的比值F明显大于1。对因素分组的DI值用此方法检验,均值显著不同则意味着该因素是影响认知变形的主要因素。,得到的一般性结论,城市空间结构认知 若干城市环境要素的有机组合形成城市空间结构, 影响到居民的空间认知能力和认知地图的形成 , Kitchin 和Blades指出城市空间结构差异和居住表示方式的不同直接影响居民的认知地图。Zannarae考察了美国俄亥俄州扇形结构的纽瓦克市
24、( Newark)、同心圆结构的马里恩市和多核心的哥伦布市的中学生从城市边缘至城市中心的路径选择及对沿途显著地物的重要度评价, 发现信号灯等交通要素在同心圆结构城市、土地利用方式在多核心结构城市的认知中具有导向作用。岡本也表明单中心的城市空间结构特征在认知距离上也有体现。Davies 和 Pederson指出, 在与出生的城市结构不同的城市中, 不同民族集团的认知地图明显不同。,得到的一般性结论,由于城市空间结构作为自变量难以简化, 城市空间结构与居民认知地图之间的关系研究明显少于认知地图的意象要素研究, 已有研究主要集中于讨论城市路网结构对认知地图的影响方面。第一, 地形及交通条件明显影响到
25、认知地图的形状。若林发现格子状路网、环形城铁分别在札幌、东京的认知地图形状、歪曲中得到了充分的体现。第二, 路网结构直接影响到认知地图的准确性。青木, 浜本讨论了不同地段的认知距离和认知方向, 发现棋盘状道路网容易形成准确的认知, 确认了 Do Jonge的规则网格状路网城市易于形成准确认知地图的论断。Evans 等对道路形状和地标有无对空间认知形成影响的虚拟试验进一步说明, 格子状路网和地标分别影响到道路和空间拓扑关系的理解, 将研究推进了一步。但 Freundschuh比较了 40 名不同居住时间的高中生在规则网格状道路网、非规则道路网环境下的认知地图,发现规则路网对居民空间认知的影响主要
26、体现在空间拓扑的准确性方面。,得到的一般性结论,年龄： Coshall讨论了不同年龄间认知距离, 发现机动性降低延长了移动时间导致 50 岁以上的老年人易于夸大与市中心部距离。而 Burnet发现, 2555 岁间认知距离并没有显著性差异。 性别： 其中, Spencer 和 Weetman强调认知地图形态存在明显性别差异, 男性、女性认知地图空间形态分别为空间型、连续型, 但 Self等认为这种差异随经验积累而减少。Ward 等认为男性比女性更为经常利用基本方位和距离, 错误相对较少。Antes 等分析了城市的交通铁路架桥前后男女间认知距离的变化, 发现架桥以后女性实际距离与认知距离的偏差显
27、著减小, 男性几乎没有变化, 表现出男性对城市空间的理解较少受到环境条件变化的影响。陈基纯研究则发现在 6km 内女大学生对距离认知的准确明显高于男大学生。另外, Golledge 等基于空间位移和地图学习获得的空间认知分析和 Kitchin108基于不同外在方法的认知地图分析也发现, 空间认知能力的性别差异并不明显。Self 和 Golledge则强调认为女性在空间可视化的准确性方面优于男性, 空间定位不如男性, 空间拓扑关系差异性不显著。,得到的一般性结论,社会经济文化属性： 大量研究证实, 城市手绘地图的意象因素因社会经济属性而异, 城市手绘地图的空间结构因阶级而异, 认知距离因收入而异
28、。 Spector指出收入、就业状况、学历等社会经济属性通过居住地、教育水平、可利用交通工具等间接影响居民的认知地图。Orleans认为城市内部不同地区居民的认知地图是职业、收入、学历、私家车有无、社区规模和活动空间规模共同作用的结果。Lowrey发现驾驶机动车的人和不驾驶机动车的人在直线距离与认知距离的回归系数之间存在显著性差异。若林分析了土耳其安卡拉语言历史地理系和政治系大学生的认知地图, 发现伊斯兰教礼拜的麦加方向成为安卡拉人的空间定位线索, 致使认知地图与实际地图中的南北方向逆转, 认知距离准确性和个人差异受到大学生社会经济属性的影响。村越在讨论旅日外国人空间移动困难时发现, 外国人难
29、以理解日本的城市结构和获取相关的空间信息。高井寿文指出地标是旅日巴西人认知日本城市的主要线索, 其认知地图空间范围小于日本本土人, 且不随居住年限延长而延展, 其原因在于不同的语言、居住表示方式等文化背景。,得到的一般性结论,出行手段 不同出行手段对认知距离的影响十分显著, Freundschuh指出认知主体是否发生位移, 是否借用机动车等直接影响到认知地图的正确性。驾驶员的认知地图比乘客准确性高已经为大量研究证实。另外, 出行手段与认知空间尺度密切相关。志村分析了同一被试市区、省、世界的认知地图, 发现认知地图的正确性与空间尺度没有相关关系; 而 Freundschuh对校园、市区内商业设施
30、、州内城市、国内城市不同空间尺度的的距离认知发现, 随空间尺度的增大认知距离由高估转向低估, 并在这一过程中提高了认知地图的准确性。,The end,Thank you！,参考文献,【1】初中学生认知地图的构建和训练，华东师范大学，王科，2009 【2】大学校园空间认知地图案例研究，大连理工大学，范娟娟，2009 【3】东湖风景区认知地图研究，新建筑，林玉莲，1995， 【4】合肥九溪江南园与绿地国际花都认知地图研究，山西建筑，潘超，2009， 【5】基于认知地图的旅游者决策影响因素分析_以西安入境旅游者为例，资源科学，白凯; 孙天宇; 郑鹏;2008 【6】基于认知地图的中国国际游客旅游空间
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