从马斯洛人生需求层次理论看地图学的进展

李志林，蓝 天，遆 鹏，徐 柱

1. 西南交通大学地球科学与环境工程学院，四川 成都 611756； 2. 高速铁路运营安全空间信息技术国家地方联合工程实验室，四川 成都 611756

1 为什么能从马斯洛人生需求层次理论看地图学的进展

地图是人类最古老的3大交流工具之一，其历史几乎和世界文明同样悠久。地图载负了丰富的自然、人文、社会、经济等信息[1]，是空间信息传输的主要工具。地图学是一门古老而又不断注入新活力的学科[2]，其发展伴随着人类文明从原始社会向农业社会、工业社会及信息社会的转变。地图科学、地图文化和地图哲学都与地图发展的历史息息相关[3]，研究地图学的发展历程不仅有助于更好地认识人类文明的演变，也对地图学未来的发展具有指导意义。

现有对地图学发展历程的划分方法大多基于时间准则，如王家耀院士把地图学进展划分了3个时期：约公元16世纪前(古代地图学)、约公元16世纪至20世纪中叶(近代地图学)和20世纪中叶以来(现代地图学)[4]。也有些根据时间与地图制图的特征结合来划分，如文献[5]中的划分：先秦时期的原始地图、秦汉时期军事地图的兴盛、魏晋时期的地图与裴秀在地图学上的建树、隋唐时期图志图记的繁荣、裴秀制图在唐代的复苏和发展、宋代地图的大发展与雕版印刷地图的出现、元明两代的传统制图学高峰、明末西洋制图学的输入与清初全国地图的测绘、清末地图集的编制，这种从时间的角度看问题能够清晰地把握地图学进展的脉络，然而难以全面反映地图学与人类文明进程的密切关系及地图发展的本质驱动因素。

事实上，人类日常生活、社会经济建设、科学研究等许多方面都需要地图。随着人类社会发展的进步，也必然需要地图进展与时俱进。因此，需要从人类需求的角度将整个地图学发展过程进行解析，以便能够更为深刻地理解地图演变的本质和原因。马斯洛人生需求层次理论恰好反映了人们需求随社会发展的变化，因此，本文旨在从马斯洛人生需求层次理论的角度看地图学的进展，并对地图学未来的进展进行展望。

2 基于马斯洛人生需求层次理论解读地图学进展需求

2.1 马斯洛人生需求层次理论

马斯洛人生需求层次理论(Maslow 's hierarchy of needs)最早由Abraham Maslow于1943年提出[6]，随后在1954年出版的《动机与人格》(Motivation and Personality)中完整阐述[7]。该理论认为人类的需求是以层次的形式出现的，由低级的需求开始，逐级向上发展到高级层次的需求。具体来说，共包含5个层次(图1)。

图1 马斯洛人生需求层次理论

(1) 生理需求(physiological needs)。生理需求是级别最低的基本需求，如呼吸、水和食物。

(2) 安全需求(safety needs)。安全需求同属基本需求，包括对人身安全、生活稳定，以及免遭痛苦、威胁或疾病、身体健康及私有财产等与自身安全感有关的事情。

(3) 社交需求(social needs)，也称爱和归属的需求(Love/belonging needs)。社交需求属较高层的心理需求，如对于友谊、爱情及隶属关系的需求。

(4) 尊严需求(esteem needs)。尊严需求也属心理需求，既包括对成就或自我价值的个人感觉，也包括他人对自己的认可与尊重，如成就、名声、地位和晋升机会等。

(5) 自我实现需求(need for self-actualization)。自我实现需求是最高层次的需求，包括针对真善美至高人生境界获得的需求，如自我实现，发挥潜能等。

目前，马斯洛人生需求层次理论已经被应用于多个领域，如企业管理[8]、医疗护理[9]、社会发展[10]、文学解读[11]、思政教育[12]等。

2.2 马斯洛人生需求层次与地图学进展需求的类比解读

地图进展是由不同层次需求驱动。本节将类比马斯洛人生需求的层次，对地图需求进行不同层次的划分。

马斯洛人生需求的第1层次是生理需求，这关乎人的生存与否。类似的，地图生存与否关乎“是不是地图”的问题。地图最基本特性是符号表达，没有符号表达就没有地图。因此，地图学的第1层次需求为符号化。

马斯洛人生需求的第2层次为安全需求，这关乎身体健康和财产安全。地图的安全问题是指地图使用的安全，即可靠性。地图的可靠与否与地图是否精确有关。要制作精确的地图就必须有严密的数学基础(地图投影和比例尺)。只有这样才能达到可量测性(地图的第2特性)，即可以从地图上量测各种空间要素的坐标、方位、远近等信息。因此，地图学的第2层需求为数学化。

马斯洛人生需求的第3层次为社交需求，这关乎有否关爱，有否情感互动，有否关联。而理论就是将1组概念(或变量)关联起来，建立起每种关系或模型。因此，地图学的关联问题就是将一些概念(或变量)关联起来，以形成各种地图学理论。因此，地图学的第3层次需求为理论化。

马斯洛人生需求的第4层为尊严需求，这关乎是否得到认可、是否有威望、是否受到尊重。有些地图事关一个国家主权和领土完整，具有特别明显的严肃性和权威性。为此，地图的表达必须按照标准，地图设计和制作需要遵循规范。因此，地图学的第4层次需求为规范化。

马斯洛人生需求的第5层次为自我实现，与人自身潜能是否发挥相关，反映了人对至高人生境界的追求，是个性化的表现。在信息时代，地图表达不断泛化，各种泛地图形式(似地图、类地图)不断涌现，这些都是个性化的体现。因此，地图学的第五层次需求为个性化。

通过以上类比，发现地图学发展过程中不同的需求与马斯洛人生需求层次有着极为相似的内涵，地图不同层次的需求可和马斯洛人生需求层次基本对应(图2)。

图2 马斯洛人生需求层次与地图学需求层次的类比

3 基于需求层次描述地图进展历程

综上所述，根据人们对地图的不同需求，本文基于马斯洛人生需求层次理论提出了地图的需求层次理论，共包含5个层次：符号化、数学化、理论化、规范化和个性化。

3.1 地图符号化

对地物的抽象表达(符号化)是地图基本的特征之一，也是地图最基本的需求。制作于公元前6世纪的古巴比伦世界地图是已知最为久远的古地图(图3)，反映了当时巴比伦人对世界的认识。在该地图上，世界被绘制为一个圆盘，古巴比伦位于中心，其余地物围绕其进行表达，其中以古巴比伦为圆心的内圈大圆代表陆地，其内部较小的椭圆符号代表大小不一的城市，矩形符号则代表沼泽、山川、河流等地物，外圈大圆与内圈大圆之间的部分为海洋，将陆地紧紧包围，而外圈以外的部分则代表荒远之地，与陆地隔海相望。除古巴比伦地图外，当前已发现的古地图均是针对地理对象的不同抽象程度的符号化表达。

图3 古巴比伦地图(https:∥en.wikipedia.org/wiki/Babylonian_Map_of_the_World)

3.2 地图数学化

仅有地图符号化并不能准确反映地物之间的距离、方位等空间关系。对于船只远航等任务，地图上地物间的空间距离和方向显得尤为重要，能够有效引导船只按照最佳航线航行。地图数学化提升了地图的可靠性，最主要的体现是经纬度和地图投影的引入。

经纬度是一种利用三维球面定义地球空间的球面坐标系统，能够标示地球上任何一个位置。它最早由古希腊地理学家埃拉托斯特尼(公元前275年—公元前193年)约于公元前240年提出，并据此测量了地球周长(图4(a))[13]。希腊地理学家托勒密(公元前305—公元前30年)于公元约140年在其著作《地理学指南》中不仅详细介绍如何采用经纬度将地球绘制到平面上，还标注了世界上多个地点的经纬度坐标(https:∥en.wikipedia.org/wiki/Ptolemy)。

地图投影能够将地球的表面展平到二维平面，在不同的投影方式下展平地球表面会有不同程度的变形，因而衍生出多种投影方法(如圆锥投影和圆柱投影)以满足不同的地图应用需求。托勒密在《地理学指南》第8卷中收录了多幅地图，其中一幅世界地图(图4(b))被认为是最早在全球尺度上采用投影方式表达的地图(https:∥en.wikipedia.org/wiki/Ptolemy)。由荷兰地理学家墨卡托在1569年提出的正轴等角圆柱投影(即“墨卡托投影”)可以保持投影后的角度(即等角)，从而保证了地图上任意两点间的正确方位，对之后制作海图、航路图发挥了巨大作用(https:∥en.wikipedia.org/wiki/Mercator_projection)。

此外，地图格网也是实现地图数学化的一种方式。刻绘于宋代的禹迹图(一块在西安碑林，刻于1136年；另一块在镇江焦山碑林，刻于1100年)采用了方格网的绘制方法(图4(c))，是中国现存最早的石刻地图之一。我国东汉时期的地理学家张衡曾于公元116年绘制的地形图并流传至唐代，文献[14]推测张衡曾运用计里画方的网格绘图。

图4 地图学的数学化

3.3 地图理论化

随着经纬度和地图投影等数学知识的引入，地图逐步演变成为一门学问，同时在向科学进展的过程中，因而需要理论化的支撑。制图六体是最早的地图制图理论，共包含6条制图准则[5]。

(1) “分率”，用于反映面积、长宽之比例，即今之比例尺。

(2) “准望”，用于确定地貌、地物彼此间的相互方位关系。

(3) “道里”，用于确定两地之间道路的距离。

(4) “高下”，即相对高程。

(5) “方邪”，即地面坡度的起伏。

(6) “迂直”，即实地高低起伏与图上距离的换算。

制图六体由西晋时期地图学家裴秀(224-271年)在其《禹贡地域图》序中明确提出，该理论正确地阐明了地图比例尺、方位和距离的关系，可以说是当时世界上最科学最完善的制图理论，对中国乃至世界地图制作技术产生了深远的影响。

地图学发展至今，新理论也在不断涌现。地图综合是地图学中最重要的理论之一，它指在地图编制过程中，根据编图目的，可对制图对象进行选取和概括。20世纪60年代，有学者发现地图符号的数目与比例尺之间存在关系，可用于地图综合[15]。之后，一些学者提出了客观化综合的自然法则[16]，构建了基于自然法则的“尺度驱动、空间优先”的客观综合范式[17]，并依据这一范式研发了整套基于栅格代数的算法[18]。

在地图符号设计中，需要量化表达地理现象间的差异。法国制图学家Jacques Bertin于1964年提出视觉变量(图5(a))，共包含5种基本变量，即形状、方向、尺寸、颜色和纹理[19]。美国制图学家Arthur H. Robinson在此基础上进一步完善，认为视觉变量由基本视觉变量(形状、尺寸、方向、色相、亮度、纯度)和从属视觉变量(网纹排列、网纹纹理、网纹方向)两部分组成[20]。针对动态地图的出现和发展，视觉变量进一步扩展到动态视觉变量[21]，包括持续时间(duration)、顺序(order)、变化率(rate of change)、频率(frequency)、瞬间(moment)和同步(synchronisation)。此外，地图符号的形式化表达能够推进地图符号学走向数学化，有学者已验证了中文单词结构可以用于表达地图复合符号结构[22]，部分不能直接用中文单词结构表达的可以通过数学运算来实现，如加框、叠置、融合、合并等[23]。

信息化地图学是信息化测绘体系的重要组成部分[24]，地图信息传输被认为是地图学的理论框架[25]。从20世纪50年代，地图信息传输理论已经被关注和研究[26]，包括各种地图信息传输模型(图5(b))被提出[27]，度量地图信息的指标也从以香农熵为代表的统计信息[28-31]扩展到了空间格局信息[32-33]。

图5 制图学的理论化：视觉变量和地图信息传输理论

3.4 地图规范化

针对众多科学与工程领域中不同的应用目的，地图的精度、比例尺、符号化等也有不同的需求。例如工程选址往往需要高精度的地图进行规划，而地铁路线导航则不需要较高的地图精度。地图的规范标准(规范化)能够为不同应用要求的地图制图提供标准化指导。1941年，美国预算局建立了一套国家地图精度标准(national map accuracy standards)，包含水平精度、垂直精度、精度测试、图例、经纬度等内容[34]。世界各国也都有各自的标准与规范。我国测绘部门建立了《中华人民共和国测绘行业标准》[35]，包含数字栅格地图、数字正射影像图、数字高程模型、数字线划图等产品的规范。在多尺度数字高程模型生产规范中，对空间单元及编号、格网间距、有效高程数据范围、高程精度、元数据、数据格式等方面均有详细的标准化要求。

3.5 地图个性化

在当今信息化的时代，地图突破了传统显示模式和展示介质限制，地图展示环境从二维静态向多维多样化动态表达跨越，实现了制图者和用图者双向互动的地图编制，极大增强了用户对地图的参与性和交互性，个性化订制地图的需求日益增加。个性化订制可以包括几个方面，如用户本身的个性化订制、任务的个性化订制、场景的个性化订制等。得益于互联网地图交互技术的发展，能够订制个性化地图的平台也开始出现并发展迅速(图7)，如PixelMap[36]、百度地图个性化地图编辑平台[37]，以及商业化制作的Red Thread Maps(http:∥www.redthreadmaps.com/personal.html)。

个性化地图体现了“我的地图我做主”的思想，其质量好坏取决于“我是否喜欢”和“我是否能用”。这种评价标准从本质上体现的是地图的可用性(usability)，即产品在特定使用环境下，面向特定用户用于特定用途时所具有的有效性(effectiveness)、效率(efficiency)和满意度(satisfaction)[38](ISO 9241—11国际标准)。之后，强调地图可用性优先于位置精度的泛地图概念被提出，并得到了越来越多人的认可(如示意性网络地图[39-40]、变比例尺地图[41-42]和Cartogram[43-44]，见图6)。然而，对于当前大量涌现的个性化地图表达形式和方式，现有地图学理论和制图规范难以对其进行有效支撑和指导，因此对于相关理论和规范的发展和拓展亟须关注。

图6 地图学的个性化：个性化地图编辑平台

4 根据马斯洛人生需求层次理论的地图学展望

根据马斯洛人生需求层次理论，对地图学的进展划分为5个层次的需求(图7)，即符号化(自古以来)、数学化(自220BC以来)、理论化(自200 AD以来)、规范化(自1940以来)，以及个性化(2000以来)。

图7 从马斯洛人生需求层次理论看到的地图学进展

人生需求是随着生活条件的不断改善和社会的发展进步不断提升的，同样，地图需求伴随着制图条件的不断提高也在不断发展。马斯洛于1969年对需求层次理论进行了补充改善(图8)，认为人类还应具有一种潜在的更高层的自我超越性(self-transcendence)，即人们在自我实现需要满足后，需要去寻找更高层次的精神超越[46-47]。因此，马斯洛把原有的自我实现需求进行了重新诠释，将其划分为了健康型自我实现需求和超越型自我实现需求。健康型自我实现专注于自身，致力于达到个人内部的统一，即成就小我；超越型自我实现需求超脱于个人而更加注重他人、社会及自然的统一，即实现“升华自我”提升至“无我”状态[48]。

图8 从扩展后的马斯洛人生需求层次看地图学进展

地图学中的自我超越指的是什么？笔者认为地图的自我超越可能有两种：①地图制图理论与方法的超越；②地图使用对象的超越。

信息作为世界存在的3大要素之一(另外两种为物质和能量)，对应着信息传递的过程。近几十年来相关研究越来越受到重视，关于地图信息度量与传输的理论方法研究也在不断推进。因此，基于信息化的个性地图、知识地图及增强现实地图或许是地图学理论与方法的自我超越方向之一。

传统地图的使用对象是人，然而随着人工智能技术的不断发展，机器也逐步具备了阅读和解译地图的能力。在当前自动驾驶实践研究中，由LiDAR等传感器实时获取的空间信息能够被计算机快速构建成机器可以理解的地图，从而实现无人驾驶。或许在不久的未来，机器地图的表达和制作会受到越来越多学者和行业的关注，这也是地图实现自我超越的方向之一。