随着计算机技术的发展，产生了人的认识空间与使用工具处理问题的方法空间不一致的矛盾。“可视化”的方法被认为是解决这一矛盾的一条有实际意义的途径。自从可视化的概念在美国自然科学基金会1987年的报告中提出后，很快在各相关领域得到积极响应。可视化同样引起了许多地理学家、地图学家的高度重视，地理信息可视化成为国内外整个地学界的优先研究领域之一。目前，地理信息可视化以计算机技术方向上的研究占主导地位，而地理应用理论方面的研究还很薄弱，出现了因理论研究滞后而导致的技术应用偏向的局面。与其它领域的可视化相比，地理信息可视化具有地图学的理论与方法基础。但是，现代可视化显然不能等同于传统的地图制图。传统地图以地理信息传递为目的，用图者与制图者往往是分离的。而地理信息可视化更偏重过程，人们在可视化的过程中进行探索未知、激发创造。因此，从本质上来说，可视化是没有制图者与用图者之分的。而且，随着计算机应用的普及，GIS也逐步进入面向大众发展的行列，人们不再依赖于地图专业人员生产地图。不仅是整个地学领域，社会上许多涉及地理空间参考信息的领域均存在着大量已有的和潜在的地图作者。他们缺少地图学的基本知识，而现有的制图软件又往往使他们认为可视化是一件简单的事情，因此出现了大量缺乏科学性、没有艺术性的地图作品。这种现象显然是违背科学可视化原则的。作者认为，这一问题的产生体现了目前地理信息可视化在地理信息机理、空间信息表达理论、表达方法等方面研究的缺乏，而地理学者有责任发展一套理论方法体系来指导地理信息可视化实践。 本文选择地理信息可视化为研究对象，以二元分析为基本方法，探讨和形成了地理信息可视化二元概念模型，从理论上为地理信息可视化构建了一个框架，并以中国海岸带为例，从实践上论证了这个模型的具体实现方法。首先从认知科学、符号语言学、格式塔心理学等方面阐述了地理可视化二元的理论基础；然后以符号语言学为范式，从地理信息可视化的所指与能指两个方面展开论述，并以视觉语言的能指——符号空间的视觉设计为重点，围绕空间基准框架设计、个体符号设计两个方面详细阐述了地理信息可视化的理论与方法；最后，综合应用上述理论与方法，选择若干典型的海岸带专题信息进行了可视化应用研究。作为本文核心的地理信息可视化二元分析模式思想源自于作者对认知学的思维规律、心理学的格式塔原理、语言学之父索绪尔的符号二分法的深层理解。作为本文研究的理论基础，论文首先阐明了以下思想认识：①从认识论观点出发，复杂的世界需要简单地去理解，而二元性的理解既是最简单的，也是具有最广泛应用基础的。②语言是一切认知和思维的基础。自然语言所支持的逻辑思维是线性的，而图解语言所支持的形象思维则是多维的，有利于创造性的产生。地理认知天然地与形象思维联系在一起，现代信息时代的地理可视化同样离不开地图语言。③地理可视化的核心是地图设计。格式塔作为一种视觉认知心理学为一切图形设计提供了基本的准则，地图设计也不例外。作为可视化的对象、符号的所指—地理信息，人们对它的认知方式必然直接影响其可视化的结果。通过对地理信息的一系列特征分析，作者提出了关于地理信息认知的二元概念模型。其核心思想可表达为：①地理信息是以空间数据为骨干的，同时也具有时间性。这就构成了地理信息的时空二元。②从时间上讲，我们研究一切物体都需要从它的瞬时性和历时性两个方面来考虑，即分析研究对象的静止态和运动态；③从空间上讲，我们同时关注地理要素的空间分布及其属性特征。因此，时间信息与空间信息本身又分别具有二元性。基于这一思想，本文从地理科学的性质出发，运用二元分析模式分别对地理研究对象、研究内容及地理信息本身进行了认知分析，并以海岸带应用为例，系统地提出了海岸带信息二元分类体系。 本文结合中国海岸带应用需求，重点探讨了建立统一的可视化空间框架的方法，落实到GIS具体实现上就是投影与坐标变换模式的设计。在对我国海岸带地理位置及空间分布特征的分析的基础上，作者设计并实现了中国海岸带专用地图投影——中国海岸带斜轴等角圆锥投影，并进行了必要的精度分析。通过与海岸带常用的高斯—克吕格投影、正轴等角圆锥投影、墨卡托投影等进行比较分析，结果表明：本文设计的海岸带专用投影在保持我国整个海岸带完整的前提下实现了变形最小，有利于GIS环境下的无缝漫游，并且可以在很大程度上满足海岸带信息可视化中比例尺无级变化的需要。在建立了精确空间框架的基础上，地理信息可视化的重点便是视觉符号的设计。地图专家已发展了一整套符号体系和设计原则，并成为GIS中可视化的模板与参数选择实现的基础。然而，对于许多用户来说，地图学基础的缺乏使他们面对复杂的选择时往往无所适从。本着“易则易知，简则易从”的观点，作者以二元方法论为指导，在归纳总结符号设计基本原则的基础上，提出了地理信息符号化的二元模式体系。本文从整体式样和个体符号两方面入手，重点构建了个体符号设计的二元特征体系。其中，外观与内质构成符号的本体二元、形状与尺寸构成符号外观的子二元、色彩与纹理构成符号内质二元，而形状、尺寸、色彩、纹理又可以从性质、应用等方面分解出各自的二元特性。