定向越野识图过程与主要技术研究

刘传安 米靖

摘 要：为克服定向越野识图过程隐性化对教学、训练实践的局限，利用录像观察、面质访谈方法收集定向越野识图过程资料，利用扎根理论对访谈文本进行三级编码，使隐性识图过程与主要技术显性化，促进定向越野专项技术系统化与科学化。研究表明，定向越野识图过程分思维入图、路线规划、路线执行3个环节;包含自我参照、自我定位、路线选择、路线简化、按图行进、路线纠错6项主要技术。研究认为，定向越野具有信息先导性，平衡速度是导航过程中的最大跑速，是影响成绩的主要矛盾;识图6项技术分别从规避心理旋转、精减参照信息、提高注意利用率3个角度合理配置注意资源，以维持平衡速度。

关键词：定向越野;识图过程;图地对照;平衡速度

Abstract：To overcome the limitations of the hidden orientation of orienteering map recognition process to the teaching and training practices， video observation and face-to-face interview methods are used to collect the data of the oriented map recognition process. The grounded theory is used to encode the interview text at three levels to make map recognition process and the main technology explicit and promote the systematization and scientific of the orienteering technology. The research shows that the process of map recognition is divided into three steps： mental mapping， route planning， and route execution; including six main techniques： self-referencing， self-positioning， route selection， route simplification， traveling according to the map， and route correction. The research believes that orienteering is information-leading， and the balance speed is the maximum running speed in the navigation process， which is the main contradiction that affects the performance. In order to maintain the equilibrium speed， the six techniques of map recognition reasonably allocate attention resources from three angles： avoiding mental rotation， reducing reference information， and improving attention utilization.

Key words：orienteering; map recognition process; map-ground comparison; equilibrium speed

然而，地圖导航信息处理属心理认知过程，信息加工的时机、内容与步骤并非外显于行为，不利于专项技术的观察、模仿与传播，影响该项目的普及与提高。其次，定向越野通常借助沿途的重要参照物进行导航，随着运动的持续，参照物不断更新[5]，每一次导航都需要面对新的事物，认知对象存在多变性。另外，跑动中运动员的视觉注意需在地图、地物、路面三者之间有序切换，运动员自身疲劳及外界环境的变化均易引起注意瞬脱，认知过程存在脆弱性。定向越野识图过程的隐匿性、多变性与脆弱性增加了专项技术教学与训练的难度。因此，将隐性识图过程显化性解构是定向越野教学与训练过程中必须面对的问题。

近年来，国内外学术界针对定向越野地图认知问题进行了广泛而深入的探索。Robazza等[6]发现，定向越野对参与者的注意、记忆等产生不同程度的影响。Notarnicola等[7]发现，定向越野可有效提升初学者的空间表象能力。大量研究均已证实定向越野独特的心理价值，但前期研究并对价值产生的原因进行充分的解释。德国学者Seiler教授虽将定向越野认知过程分为信息选择、图地对照、再定位、快速错误认知四个过程[8]，但该研究只侧重了影响运动成绩的关键因素，并未对地图认知过程及科学原理进行系统阐述，不能有效回答定向越野地图认知过程“是什么，为什么”的问题。

基于此，本研究拟通过面质访谈使隐性认知过程显性化，利用扎根理论解析高水平运动员地图认知的全程，并探讨其主要技术的科学原理，以期为定向越野系统化教学与训练提供参考。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象的选取

本研究选取初中、高中、大学三个阶段的精英组运动队伍，从教练员、运动员两个角度收集“应然”与“实然”的相关资料。其中，运动员利用2018年湖南桃江、广东潮州2个定向集训营的机会选取初中精英组2支队伍8名运动员，高中精英组3支队伍12名运动员、大学精英组2支队伍8名高水平运动员进行数据采集。运动经历与运动水平均能满足研究的需要。教练员的选取与运动员相统一，选择被访谈队伍的教练，以方便“应然”与“实然”的比对，增加访谈的客观性。

为进一步增加识图过程的观察视角，选取中国国家队退役且现从事定向越野绘图工作的制图员4名进行深度访谈，从“命题人”的角度分析识图过程及主要技术间的逻辑关系。

1.2 研究方法的选择

地图导航信息处理属心理认知过程，导航信息处理的时机、内容与步骤并非外显于行为;将隐性思维显性化的唯一方式就是参与者“口述”思维活动的过程。因此，质性研究是将参与者思维活动内容显性化处理的理想方法。本研究通过面质与访谈的研究方法收集识图过程的经验性资料。然后利用扎根理论将经验性资料由下向上，层层抽象，最终形成理论框架。

1.2.1 资料收集的过程

第一阶段：为捕捉运动过程中导航信息处理的过程，应用Foream X1头戴式录像机采集运动员训练中的识图行为，赛后结合录像对运动员的信息处理过程进行面质访谈，运动员回忆运动全程注意、表象、比较、决策、执行等心理活动，回答“信息处理过程是什么”这一问题。

第二阶：通过对第一阶段被访谈队伍的教练员进行访谈，定向越野识图主要环节与技术发表自己的看法，主要回答“为什么”这一问题。

第三阶段：在2018年全国定向锦标赛期间，选取制图员4名进行访谈，从“命题人”的角度分析比赛路线对识图专项能力的系统性考察。

1.2.2 资料分析的过程

访谈结束后，将全部音频资料转化为文本，总计8.5万余字。利用Nvivo 11.0对文本进行分析。根据扎根理论对资料进行开放式编码、主轴编码与选择性编码。

2 定向越野识图过程分析

利用扎根理论将识图实践经验上升为理论框架需经历3个过程：首先将经验资料概念化，并将意义相同的概念进行归类;其次确定不同概念间的关系，建立概念关系链;最后将关系链进一步抽象，形成主题，统领全局。

2.1 开放式编码

通过开放式编码将经验性总结概念化。在文本分析的初始阶段，剔除无关语句，合并重复语句，选定与定向越野识图直接或间接相关的原始语句，将每一个意义单元逐一赋于标签，最后形成一级编码212个，通过不断比较与类属分析，最终获取范畴22个。编码过程以胡老师访谈内容为例，如表1所示。

2.2 轴心编码

在开放式编码的基础上，遵循原因—现象—干预条件—行动策略—结果的逻辑范式，建立不同范畴间的逻辑关系（见表2），得到自我参照化、自我定位、路线选择、路线简化、按图行进、路线纠错6个主范畴。

2.3 选择性编码

依据定向越野导航信息处理的逻辑顺序，进一步合并提炼主范畴，最终形成思维入图、路线规划、路线执行3个核心范畴，并梳理核心范畴、主范畴及范畴化的关系，结果如图1所示。

故事线一：规避心理旋转。思维入图是方向感由地理参照系向自我参照系转化的心理过程。在地图标北的基础上，利用人体“上”与“前”心理等价的机制，将外在的地图参照系转化为以自我为中心的参照系，从而规避心理旋转的额外负担。当运动员成功确立自身站立点以后，自我参照进一步细化，从站立点处思维“潜入”地图;当方向变化时，通过人绕图转不断变换识图视角，使变换后地图的“上”与变换后实地的“前”始终一致，从而保证自我参照系的持续性。

故事线二：精减参照信息。路线规划包括最优决策与路线简化两个过程。最优决策目的在于从多个方案中选择适合自身特点的行进方案。路线简化是在已选定方案的基础上，对方案沿途的导航信息进行优选，将有限的注意资源分配至关键导航信息。

2.4 理论饱合度验证

在2018年全国定向冠军赛期间，选取3名国家队运动员进行访谈，对初步形成的理论框架进行验证。访谈资料三级编码后提取的概念、范畴均被前期结果所覆盖，没有出现新的概念，达到理论饱和。

3 定向越野识图主要技术分析

3.1 参照系转化

定向越野地图是以北磁极为参照，以“东西南北”为基准进行测绘，然而在日常生活中人们通常以自我为参照，以“前后左右”为基准进行空间定位[9-10]， 如“沿此路前行50米左侧是邮局”。在利用地图进行空间定位时，两大参照系交互频繁，当且仅当运动员的“前方”与地图的“此路”二者方向恰巧一致时，运动员才能正确抵达目的地。当两大参照系方向不一致时，人们需要将地图或实地的位置关系形成表象并加以旋转[10]，在实现两个参照系方向统一之后才能进行空间定位[11]。1971年美国认知心理学家Shepard与Metzle在《Science》撰文将该表象处理过程界定为心理旋转（Mental rotation），并揭示了认知消耗时间与心理旋转角度之间的线性关系[12]，即心理旋转角越大，空间认知耗时越长。

为规避心理旋转给空间定位所带来的额外时间消耗，地理、航空、认知领域专家根據人体“上方”与“前方”存在心理等价（psychological equivalence）的原理[13]，相继提出了地图调整（Map alignment）的策略。根据人行进方向的变化来旋转地图，使地图上端（而非仅磁北端）、人的前进方向二者统一[10，13]，即通过地图调整，实现地图上端与前进方向（forward-up equivalence）的心理等价，进而实现地图磁极参照系与自我参照系的统一。研究表明，地图调整可以避免空间定位过程中的表象加工，从而简化心理活动过程[14]，减少运动员额外的心理旋转，提高方向感知效率。

在定向越野的教学与训练中，定向越野初学者多依靠心理旋转进行空间定位，普遍采用读图视角与地图北端相统一，即“面北识图”的方法读取导航信息。该方法虽将心理旋转角度减为零，但因识图视角未能指向人的前进方向，故运动员仍需经历地图表象形成与推理两个过程;从根本上讲，该方法仍处地磁参照系，未能实现向自我参照系的转化。为有效解决运动过程中频繁的地图调整问题，定向越野主要依靠“转人”来调整读图视角，在消解因人体方向变更而随带地图产生偏角的同时，也实现读图视角、地图上端与前进方向三者的统一，最终实现参照系的自我转化。该方法与车载电子导航系统原理相同，但实现方法各异，定向越野通过“定图转化”，电子导航系统则借助地图的自动旋转（定人转图）来纠正因车辆行进方向变更而随带地图产生的偏角。

地图调整是定向越野的全程性问题。每一次运动员前进方向的变更均伴随着地图方向的调整，使运动员全程处于自我参照系。但当前国内对标定地图的表述只界定为一种静态的标定，影响了定向越野地图认知水平的提高。

3.2 自我定位

端点决定路线的方向与距离，故明确导航任务的起点与终点是进行路线规划的前提[3]。终点即目的地，在定向地图中一般有明确标注。起点即自身站立点，它随着人的移动而不断变化[15]。

美国实验心理学家Levine在研究YAH Map（you are here map）过程中运用几何变换原理提出“两点法则”[13]，即在图形几何变换过程中，最少需要两对点的对应方可实现地图与地形的匹配。如图2所示，当A点与A点时重合，两幅图不一定重合，有可能存在一定夹角，但当B点与B点也重合时，同样两幅图的N（地磁的北极）也实现统一，两幅图实现完全重合。

运动员H：跑动中应全程清晰自身站立点，当站立点模糊时，应停止运动，第一时间重新定位。

3.3 路线选择

由站立点前往目标点通常会有多条路径，不同的路径会有不同的距离、爬高量、通行性及可视性[19-20]，对运动员会有不同的考验。路线选择是影响运动员竞赛成绩的重要因素[21]。运动员需根据自身特点，全面考察路线的经济性、可跑性、操作性并作出最优化选择。

运动员H：路线选择需考虑五个方面的因素：长度、高度、可跑性、可执行性、个人特点，最佳路线选择具有省时间、省体力、方案执行比较稳妥的特点。

运动的距离与爬高量影响经济性的重要因素。1896年英国学者Naismith教授提出著名的奈史密斯定律[22]（Naismiths rule），即在山地环境中运动员每小时可水平行进4.5千米或爬高600米，这一定律被广泛传播并应用至今。1998年英国学者Scarf教授通过数据回归分析进一步验证并发展了这一理论，提出了运动时间与路线距离、爬高量间的函数关系，山地每前进1千米平均花费12.5分钟，每爬高1单位所花费的时间是水平跑动相同距离花费时间的7.92倍。该方法后被广泛应用于山地马拉松、山地自行车、越野跑等户外运动的路线评估与决策[22-23]。该方法虽没有将定向越野林地、沼泽区域的可视性与可跑性考虑其中，但在很大程度上促进了定向越野运动员的理性决策。

路线的可跑性与操作性直接或间接影响跑动的速度[18]。植被越密通行性与通视性越差，通行性差运动员跑动速度下降，可视性低参照物不易被发现，站立点易丢失，运动员通常遵从“有路不越野”的原则。路线操作性指导航策略执行的难易程度，导航点的数量与可见性是影响操作性的重要因素，导航点越多，信息切换越频繁，执行出错的几率越大;导航点越明显，图地对照决策越果断，执行出错的几率越小。

教练员D：古村落定向制胜的关键在于路线选择，很多运动员倾向于距离近但拐点多的方案，看似距离近节约时间，实则拐点多限制跑动速度，占小便宜吃大亏。

3.4 路线简化

英国学者Eccles利用扎根理论研究高水平定向越野运动员的认知过程发现，运动员在行进过程中需关注地图、地物与奔跑三个方面的信息[19]，注意需在三者之间有序切换。但由于人体注意资源的有限性，运动中同时处理三种信息必然导致顾此失彼问题的出现。运动中对地图的聚焦会减少视觉注意对跑动的关注，从而导致奔跑降速甚至停止，影响运动成绩[5]。另一方面，将注意力转向路面时，必然减少对地图与参照物的关注，从而增加导航错误的风险[19]。为提升运动成绩，高水平运动员通常采用简化地图信息的方法减少导航信息处理的数量[19，24]，从而增加注意对路面的分配以提高跑速。

3.4.1 概略导航

在山地野越导航过程中“化零为整”是简化地图信息的常用策略。通常山谷或山脊中常伴有多个细小分支，但多个细小分支又汇集成一个大的山谷或山脊。运动员在导航过程中需要“化零为整”，将细小特征概括为一个整体，从而减少对多个细节的关注，以节约视觉注意资源，如图3所示。

制图员Y：在制图过程中，我一般遵循“简单场地复杂画，复杂场地简单画”的原则选择性绘制地物，为运动员提供便捷导航点。

3.4.2 近点攻击

概括定向通过简化地图将运动员快速、便捷引导至最后个一导航点（也称攻击点）而接近点位，但导航点至点位之间的赛段是完成任务的最后且最重要一环[26-27]，准确抵达点位是第一要务，导航信息需精确处理。当点位相对隐蔽时，运动员通常在攻击点处借助指北针瞄准方向，通过目测或步测距离到达点位。有证据显示，高水平运动员通常将攻击点至点位的路程看作最难赛段，且在路線规化时，首先将注意聚焦目标点，并寻找出安全、经济、简单的路径，以此类推，逆向完成路线分段简化[20]。

制图员Y：在进行路线设计的时候，设计者一般会为运动员预先选择好攻击点，以考察运动员近点攻击的能力。

运动员L：进行路线简化时，并不是先看点位，而是优先寻找点位附近的攻击点，然后从攻击点开始逆向寻找导航点，直至站立点;优先选择明显的攻击点，可以降低近点攻击的难度，提高方案的可操作性。

3.5 按图行进

理论上，按图行进是路线简化的具体落实，集中表现为跑动中完成导航点的图地对照;实践中，为保证运动的连贯性，运动员需在到达当前导航点之前，在地图中提前完成下一导航点的提取[2]，以保证导航信息的持续供给，按图行进主要表现为导航信息提取与信息执行的动态平衡[28]。

3.5.1 超前记图

超前记图指运动员在到达导航点之前，提前将导航点的特征从图中提取并形成记忆，当运动员到达导航点时将大脑中的表象提取并与实地特征物进行印证，完成图地对照，以更新自身确立点。超前完成导航信息提取的可以减少导航点处的时间延迟，以保证运动的连贯性。另一方面地图记忆可以减少运动员识图的次数，将更多的注意资源分配给路面，以提前跑速。超前记图有限注意资源的合理分配，是保证运动员连贯、快速奔跑的必备技术。

实践中，运动员在不需要过多关注地物的平坦路面[19，29]完成超前记图，且需要根据自身能力与路线难度，合理决定超前的程度[19]。超前程度过低易致导航信息供应不及时，迫使奔跑停顿，从而影响奔跑速度与技术连贯性。超前程度过高，易导致导航信息记忆过多出现混淆，影响导航准确性。超前的程度取决于跑速与识图速度间的动态平衡。

3.5.2 拇指辅助

在超前识图过程中，运动员需要通过对特征符号的搜索方可将注意集中于地图中的相应位置。搜索的过程在一定程度上挤占了注意资源，延迟了导航信息的提取。研究表明，高水平运动员通常借助折图与拇指辅助策略来提高有限注意资源的使用效率，减小搜索过程对信息提取的不利影响。

高水平运动员通常通过折叠地图来保留当前任务导航信息，隐藏不必要的地图信息，以缩小运动员视觉搜索范围，提高运动员注意效率[5， 30]。拇指辅助指运动员在完成特征信息的提取之后，将持图手的拇指置于特征物符号一侧，以帮助运动员再次识图时快速锁定位置，为下一导航点信息的提取做好衔接[31]。

3.5.3 平衡速度

与田径径赛项目不同，定向越野运动员需自主选择地图信息为前进提供导航，具有信息先导性，识图速度限制运动员的跑动速度，地图信息越复杂，跑动速度受制越明显。当两种速度相等时，运动员的跑速达到最佳状态，此时称为平衡速度。当跑速大于平衡速度时，导航信息供应不足，运动员随即出现站立点丢失，运动员需降速，重新定位。在训练实践中，平衡速度是专项技术的重点，此时运动员视觉注意在地图、地物、路线三者之前有序切换，形成合理的识图节凑。

3.6 路线纠错

地图认知过程是参照系转化、确立站立点、路线选择、路线简化、按图行进五个环节的单向串联，每个环节又涉及空间感知觉、注意、记忆、表象、决策等多种心理活动，认知过程的复杂性增加了错误发生的机率。另外，在定向越野竞赛过程中，时间与身体疲劳的双重压力将对认知的正确性与稳定性产生重大影响[4]。定向越野认知过程错误的多发性要求运动员必须具备一定的错误监控与纠正能力。

错误监控（ error monitoring） 是执行功能的核心之一[32]，该过程包括错误觉察和错误调节两个部分[33]。错误检测理论认为，人对错误的觉察始于沿途导航信息的图地对照，当地图符号与地物特征出现不匹配时，应持怀疑态度，通过后退至已知点，或思路返回至上一个导航点在小区域内推理自身站立點。错误发生后运动员出现自信心受挫、路线选择保守、图地地照迟缓等错误后效应。有研究认为，该现象是一种补偿机制，后效应的出现说明运动员已监控到错误并作出相应的调整，以改善后续表现[34]。

4 结论

定向越野识图过程包含思维入图、路线规划、路线执行3个环节;涉及参照系转化、确定站立点、路线选择、路线简化、路线执行、路线纠错6项主要技术。

定向越野具有信息先导性，平衡速度是导航过程中的最大跑速，是影响成绩的主要因素;识图6项技术分别从规避心理旋转、精减参照信息、提高注意利用率三个角度合理配置注意资源，以维持平衡速度。

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