| 作者：Tsyganov V. A. |
地理信息技术在地质问题研究中的广泛发展，除产生显而易见的积极成效外，在一些已知案例中，也因不加审视地使用所提供的软件而造成了十分严重、代价高昂的错误和误解。此类错误最常见于将实际地质数据（地球物理、地球化学、矿物学等）视为脱离具体研究对象的抽象数字场或图像进行处理的情形；在同时处理多种数据时，问题尤其突出。
在正在发展的新学科——地质心理学中，除其他问题外，特别关注地质行业专家如何在意识中形成恰当反映所研究地质现象的形象概念模型，并专门研究感知和表征错误（4）。
下文以简单及多因素地图信息的视觉感知和分析的心理特征为例，探讨专家形成错觉、错误定型观念及误解的若干机制。
1. 错觉
让我们做一个小型心理学实验。《数理统计表》（3）第366–370页列有0至99的均匀分布随机数表。根据定义，这些数彼此完全无关，任何巧合都是随机的。翻到第367页，抄录前二十行、二十列的数值，便得到一张20×20的单元格表（图1.а.）。保留全部数值中的5%，选取其中最小的数（0至5），再保留5%的最大数（94至99）。这些数在表中的位置见图1.б.。观察图示可见，正方形内所标出的单元格没有形成任何清晰、可辨认的图形，这证实了这些数的随机性质。然而，仍可在图中标记单元格的分布上辨出某些模糊的“规律”。
将点数减至2%，便会出现易于辨认的图式。如果将这些图中的每个圆圈视为某一地质体，例如金伯利岩筒，就可以清楚地辨认出金伯利岩田，并在其中划分岩筒群（由线相连的圆圈）。初步看来，这些点群与雅库特西部的米尔内及阿拉基特—马尔哈金伯利岩田相似。
这一实例已经足够直观。当实际资料极为有限、对其性质缺乏先验认识，而头脑中又储备了足够多的基本空间模板时，几乎总能有意识地或更常见地无意识地提出一个十分简单的“解释”，或发现一些与现实毫无关系的“规律”。
继续上述实验，仍使用同一组随机数。将数组按每两列分组，可得到一组随机数对。将一个数作为某点的X坐标，另一个作为Y坐标。共得到200个点，各轴坐标均在0至99之间变化。此时，点占图面面积的2%（图2.а）。该图显示随机坐标点在平面上的分布。容易看出，其分布并不均匀，点形成了某些“可辨认”的聚集。有的呈线状，有的呈弧状。相邻图（图2.б.）给出了将点群组合成图形的实例，即解释过程。有人可能按自己的方式重复这一步骤，并得到不同结果。但可以确信，解释图中的某些图形或其局部会重复出现，即部分图形将被再现。
上述实例具有这种可重复性，说明存在某种规律。然而，这种规律不在于图中点的排列方式（根据定义，这种排列是随机的），而在于人类感知的特点。
众所周知（2），人类对外部世界的感知具有以下特征：结构性（将感知内容组合成完整且相对简单结构的倾向）、识别性（将感知对象归入已知类别）、完整性（通过感官和思维将若干感知到的基本对象补全为整体形象），以及对象性（以完整形象而非孤立感觉来呈现世界的性质）。在本例中，这些特征表现为：我们从图中“认出”了最简单的“结构”——直线片段和弧形片段，并无意识地将其“补全”为直线、弧线，甚至局部的“环形构造”。
这些定义充分解释了结果的可重复性，并使我们能够将上述图中绘出的所有图形归为错觉，即仅存在于人脑之中、不对应任何真实现象或对象的感知、想象和记忆现象（2）。在所讨论的情形中，我们面对的是视觉错觉，更确切地说，是视觉几何错觉。
将情况进一步复杂化：利用随机数设置线性构造（坐标和方位角），只固定其总数（N）和长度（L）。随着所设参数不同，便可观察到对所得图形进行感知和解释的一些一般机制。在线条密度较低时（N=100–300），近等轴状结构最容易被“识别”（图3）；当线条数量足够多时（N=1000–3000），便容易“识别”出“复杂”的线性结构，乃至这些结构的完整组合与配置（图4）。
有趣的是，通过考察所得结果，可以设计特定的定量算法来“解译”线性和弧形结构，从形式上识别、组合并绘制图中的线状和弧状要素。然而，从图示线性构造的生成方式可知，它们之间不存在任何空间联系，将其组合成线状、弧状和同心状构造，仍属于同样的视觉几何错觉；而对其识别的伪形式化则发生在算法和软件开发阶段。
目前已知（1），遥感摄影信息约有十类实际应用方向，包括农业、气候学、土地利用、林业、水体与水资源监测、突发事件监测、地质调查等。各类应用均根据目标选择最适宜的成像、图像处理及专题解释技术。其中，每一种解释方法都是一种算法，将区域摄影图像的数字模型转化为与专题目标相符的逻辑语义模型。
遥感数据的地质解译本身也具有多种用途：严格意义上的地质解译（使用地质图的术语和逻辑）、地貌解译（相应采用地貌图的术语和逻辑）、第四纪沉积物填图、找矿工作条件制图等。因此，每一种解译都只能依据特定的专题图例，以该地区已积累的实际专题资料及相关方法或学科的理论为基础进行。
“环形构造”和“线性构造”并非地质术语，因此，使用这些模型解译影像也不属于地质解译。如果在照片上识别出这类构造的个别组成部分，就应依据该地区此前积累的真实地质资料，对每一部分单独进行地质解释，而不是先将其组合成组。
限于期刊论文篇幅，本文不展开论证，而列出地质研究系统中错觉的主要征兆，以供分析预测找矿决策的可靠性时参考：
1. 在从全部事实中进行选择时，基于简单认识或感觉，存在有意识或无意识的先验偏向；
2. 在处理原始实测资料、对比不同方法的数据及进行后续插值和外推时，存在地质不可知论或脱离地质的做法（这里包括系统性、成因性及历史性的完整含义）；
3. 缺乏对解答的形式化，仅凭直觉提出结果，而不尝试进行形式化；
4. 即使完全适用，也缺乏数学证明。
必须强调，上述征兆不能直接、明确地将地质研究系统中的某个要素判定为虚幻要素。不过，我们认为，这份清单有助于识别那些应优先审查是否具有虚幻性质的要素。
2. 错误的定型模式
错误的定型模式通常指以固定、同一方式执行某种通常由多个环节组成的程序，而其中某些环节与所研究现象的性质不符。如果一项技术首次建立时，没有专门检验其各环节是否符合所研究现象的性质，就会形成原生错误定型模式。如果将此前有效的技术方案不恰当地移用于其他情形，则会形成次生错误定型模式。
以下实例说明原生错误定型模式在实践中的应用。图5展示了一个“经计算机处理的影像”实例，其“重点突出控制含金刚石地区的构造中的环状要素”。某研究小组试图从航天照片中寻找金伯利岩田预测找矿模型要素的影像表现，由此得到了该结果。作者没有公开处理算法，但根据现有算法的一般原理，可以推测，这里对图像频谱进行了多种组合，直到出现令人满意的“环形构造要素”。文中没有提及对每种组合进行地质解释的尝试，也没有提及在算法中采用地质依据来追踪地质性质已知的构造。关键在于，作者将产生某种图像频谱分量组合、从而使“含金刚石地区”由所标出的“环形构造”体现出来的技术流程，视为利用遥感资料预测“地区”的技术流程，即一种特定的定型模式。
再补充一个心理学实验。问题设定如下：假设已知某一区域中心有一处矿床。那么，需要多少次“投放”一组由一百个随机坐标点组成的点集，才能在矿床周围得到可辨认的“环形构造要素”？
图6给出了为回答上述问题而开展的随机数模拟结果。大圆表示“矿床”的固定位置，其余点的坐标均由随机数确定。“а”部分展示某次模拟的完整结果，“б”部分给出一种可能的解释。右侧小插图显示各次模拟结果的中心部分，其编号对应模型的顺序编号。在共300个模型中，平均每十个就有一个得到满意结果，即出现“环形构造要素”。
该实验表明，即使空间要素完全随机、彼此毫无关联且不具任何实际意义，在反复生成后，也会相当频繁地在某个预先固定的点周围或附近形成简单、可辨认的组合。
因此，上文所述依据航天照片中的“环形构造”圈定金刚石远景区的定型模式，是一种原生错误定型模式。称其为原生，是因为整个过程是利用某一参照实例建立预测找矿模型。
为说明次生错误定型模式，我们再次使用基于随机数的模型。
一些关于地质、地球物理和地球化学场形式分析的文献，给出了按单位面积统计某类要素密度的实例。这类统计最常采用正方形单元作为面积单元，随后通常依据相应要素密度的等值线图作出结论。
图7а显示一个网格，每个节点均赋予前述数据集中的随机数。利用Microsoft Excel的“图表向导”，我们绘制了等值线图，将整个“地段”分为数值小于50和大于50的区域。观察结果，容易发现等值线明显突出显示了两个“构造”方向：东北向和西北向。如有需要，还可在解释时绘出正负异常的轴线、轴线中断部位等，最终形成该地段的“构造图”。
然而，网格节点数值的随机性质，迫使我们从“图表向导”将正方形网格数值转换成地图的过程寻找原因，而不是从空间规律寻找原因，因为根据定义，后者并不存在。结果发现，地图上看似存在的“结构性”，一方面源于原始数值的正方形网格，另一方面源于沿方形单元边线对数值进行插值的方式。图7б也证实了这一结论：网格单元交错排列，“构造”主要沿近东西向和近南北向延伸。
观察、理解并解释所得结果后，我们遇到了一个矛盾。一方面，我们知道图中呈现的内容毫无意义；另一方面，我们几乎总是将某场的正方形网格数值插值为等值线图，再为地质目的解释这些图件。在本例中，矛盾的原因很明显：节点上的随机数，即自相关半径为零的数值，原则上并不允许我们从地图上的离散点推及这些数值的面状插值。然而，我们仍进行了这一操作。为什么？
我们未经思考，就将日常地质实践中利用等值线图分析空间数值分布的方法，移用于随机数情形；而在日常地质实践中，通常接触的是自相关半径不为零的场参数。
因此，我们把以往问题的固定求解算法用于新问题，却未评估该算法是否符合新数值的性质。由此，我们的定型模式被证明是错误的。
3. 简单与复杂的误解
在结束这一心理学实验之前，考察最后一幅图（图8）中的一组对比。这里的“等值线图”是对随机数网格进行插值得到的图式，既包括前文结果，也包括新的变体；再将这些图式与此前得到的“对象点”分布图叠合。
观察这些组合，容易发现，几乎每一种情形都能在“场等值线”结构中“对象点”的位置上辨出某些“规律”。有趣的是，视觉上所“确认的规律”，往往比实际工作中遇到的规律还要清晰。
从图形的生成方式可知，该结论具有明显的虚幻性。但设想所讨论的“等值线图”实际上是某种物理场，例如磁场的图件。这会改变我们认为视觉所见“规律”是错觉的结论吗？
不会，因为“对象点”在地面上的位置按定义是随机的，彼此毫无关联。
再假设这些点的位置由某种算法确定，其中包含定量规律，使各点之间具有规定的相对方向及空间间距；同时，正方形网格节点上的“场”值是实际数据，但其自相关半径仍为零。
这些假设会提高结论的客观性吗？仍然不会，因为按固定方式对离散数据插值，已经产生了所谓“等值线图”这一错觉。
最后这个实例表明，即使客观数据在整个推理体系中占有一定比重，甚至贡献很大，只要引入少量虚幻的“信息”、结论或错误定型模式，就会使整个体系的结论发生错误。得到的并非部分真实、部分虚假的相对真理，而是完全的误解。
据此，有必要区分原生错觉——除人类感知外部世界的心理特征外，几乎完全没有客观基础；原生错误定型模式；以及次生虚幻现象（数据、假说、方法等），即误解。
误解源于将原生错觉或原生错误定型模式与具有明确客观性质的数据相结合。使用这些概念很有价值，因为可以据此检查任何数据、假说、方法等是否包含虚幻要素及错误的定型要素。
结论
我们认为，上述实例有力表明，若脱离具体研究对象来处理所研究现象，即：
脱离相应研究方法（地质、地球物理、矿物学等）的理论，而该理论既包括描述实际观测及其初步处理方式的理论依据（始终针对具体方法，甚至针对其特定变体），也包括基于适合该方法的模型概念对所得数据进行解释的方式；
脱离对工作区的先验地质及其他专业知识，脱离其地质结构特征，以及这些特征在所研究具体场中的表现（同样需要通过与方法相适应的模型概念来理解）；
仅将观测结果视为由最简单的地图信息感知所形成的视觉形象，
那么，我们将不可避免地大量产生关于现象、技术和解答的形象概念模型，其中广泛存在原生错觉、错误定型模式及误解。
上述情况表明，应在面向地下资源利用的现代GIS中，更深入地集成专门的数据研究模块，其基础应是地质、矿物学、地球化学和地球物理方法的分析解释理论。研究空间相关关系的方法也应成为GIS的重要组成部分。
参考文献
Garbuk S.V., Gershenzon V.E.《地球遥感航天系统》。莫斯科：A i B出版社，1997年，共296页，附插图。
Nemov R.S.《心理学：高等师范院校学生教材》，共2册。莫斯科：Posveshcheniye出版社；Vlados出版社，1994年，分别为576页及496页。
Bolshev L.N., Smirnov N.V.《数理统计表》。莫斯科：Nauka出版社，物理数学文献总编辑部，1983年，共416页。
Tsyganov V.A.《地质找矿系统的可靠性》。莫斯科：Nedra出版社，1994年，共299页，附插图。