淺談現(xiàn)代地圖制圖的發(fā)展和意義

梁小清　譚盛輝

摘 要：地圖是先于文字形成的用圖解語(yǔ)言表達(dá)事物的工具，按照一定的數(shù)學(xué)法則，利用制圖語(yǔ)言通過(guò)制圖在一定的載體上進(jìn)行綜合，對(duì)地球上各事物的空間分布、相互關(guān)系和時(shí)間發(fā)展變化狀態(tài)用圖形進(jìn)行表達(dá)。過(guò)去，人們把地圖看成是“地球表面在平面上的縮寫”；隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，地理信息系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)制圖的發(fā)展，地圖可以當(dāng)成是反映自然現(xiàn)象、社會(huì)現(xiàn)象、經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象的一種載體。該文結(jié)合了傳統(tǒng)地圖制圖和現(xiàn)代地圖制圖的產(chǎn)品和技術(shù)，介紹了地圖制圖理論和方法的發(fā)展和意義。

關(guān)鍵詞：地圖制圖 GIS 電子地圖

中圖分類號(hào)：P283 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）05（b）-0255-02

1 地圖制圖理論的現(xiàn)狀和發(fā)展

1.1 地圖制圖的發(fā)展簡(jiǎn)史

地圖和地圖制圖的發(fā)展歷史悠久，《地理學(xué)指南》就是古希臘地理學(xué)家托勒密關(guān)于地圖制圖的著作。在他看來(lái)，地理學(xué)就是“將地球上所有已知的部分和附屬的東西以線畫的形式進(jìn)行描繪”。他還對(duì)簡(jiǎn)單的圓錐投影有所研究，并繪制了世界地圖。對(duì)中國(guó)古代地圖制圖產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的就是“制圖六體”，這是由中國(guó)西晉地圖制圖學(xué)家裴秀所創(chuàng)立。另外，對(duì)地圖制圖發(fā)展做出很大貢獻(xiàn)的還有元代的朱思本、明代的賈耽、明代的羅洪先等。17世紀(jì)以來(lái)，歐洲進(jìn)行了規(guī)模巨大的地形圖測(cè)繪和三角測(cè)量，使地圖制圖有了進(jìn)一步的發(fā)展。中國(guó)從清朝開始，大規(guī)模地進(jìn)行了地圖測(cè)繪，編制出了《大清一統(tǒng)輿圖》和《皇輿全圖》。興起于20世紀(jì)初的航空攝影測(cè)量法，促使地形圖測(cè)繪生產(chǎn)的過(guò)程發(fā)生了改變，加上采用的照相平板彩色膠印等技術(shù)，形成了地圖制圖學(xué)現(xiàn)代體系。

1.2 現(xiàn)代地圖制圖理論發(fā)展

在地圖制圖發(fā)展方面，與地圖制圖學(xué)有著關(guān)聯(lián)和交叉關(guān)系的社會(huì)科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、自然科學(xué)等的研究成果提供了理論基礎(chǔ)以及技術(shù)支持，并進(jìn)一步研究和發(fā)展了地圖符號(hào)、地圖理論、地圖信息等地圖制圖理論。

1.2.1 地圖信息論

多種色彩的總和及其相互聯(lián)系的差別、圖形幾何特征是地圖信息的具體表現(xiàn)，地圖信息是通過(guò)圖解來(lái)對(duì)制圖個(gè)體以及其性質(zhì)構(gòu)成的信息進(jìn)行表達(dá)的。對(duì)以地圖圖形表達(dá)、傳遞、轉(zhuǎn)換、貯存、處理和利用空間信息進(jìn)行研究的理論，被稱為地圖信息論。其發(fā)展對(duì)認(rèn)識(shí)地圖的實(shí)質(zhì)有利，并使得對(duì)地圖制圖信息的計(jì)量方法的研究更加深入。

1.2.2 地圖傳輸論

對(duì)地圖信息傳輸?shù)脑?、過(guò)程及方法進(jìn)行研究的理論，叫地圖傳輸論。如圖1所示。

制圖者認(rèn)知客觀環(huán)境，并形成知識(shí)概念，將符號(hào)轉(zhuǎn)化成地圖，用圖者再識(shí)別符號(hào)，對(duì)客觀環(huán)境有了一定的認(rèn)知。該過(guò)程就是傳輸?shù)貓D信息的過(guò)程，這個(gè)傳輸過(guò)程包括了地圖的制作和使用，地理信息通過(guò)地圖符號(hào)得到了有效的傳輸，不過(guò)噪聲也會(huì)干擾到信息的傳輸。在地圖最佳制作和有效使用方面，地圖傳輸理論起到了有效的作用。

1.2.3 地圖符號(hào)學(xué)

作為研究地圖符號(hào)系統(tǒng)的構(gòu)圖基礎(chǔ)，地圖符號(hào)是一門地圖表現(xiàn)方式及其設(shè)計(jì)使用的科學(xué)。形狀、色彩、方向、亮度等是地圖符號(hào)學(xué)提出的視覺(jué)變量，同時(shí)還提出了組合感受、等級(jí)感受和數(shù)量感受等感受方式。地圖制圖和地圖符號(hào)的設(shè)計(jì)也受到地圖符號(hào)學(xué)理論很大的影響。

1.2.4 地圖模型論

對(duì)建立怎樣的地圖模型來(lái)再現(xiàn)客觀環(huán)境進(jìn)行研究，并用數(shù)學(xué)模型來(lái)表示的理論成為地圖模型理論。模型理論認(rèn)為，地圖就是客觀地模擬事件，是制圖者的概念模型，可用數(shù)學(xué)方法表達(dá)，把對(duì)象在空間分布的情況進(jìn)行抽象的概括。該理論有助于深入地認(rèn)識(shí)地圖的實(shí)質(zhì)，和促進(jìn)數(shù)學(xué)制圖的發(fā)展。

1.2.5 地圖認(rèn)知論

研究人類認(rèn)知地圖并獲取信息的手段、原理和過(guò)程的理論就叫地圖認(rèn)知論。有兩項(xiàng)認(rèn)知論的研究成果，一是認(rèn)為圖像地圖客體首先被用圖者所接受，再在腦中進(jìn)行信息處理，然后根據(jù)已有信息加工所獲信息，在頭腦中形成信息圖，進(jìn)而進(jìn)一步研究實(shí)地地理現(xiàn)象，最終獲得認(rèn)知的地理實(shí)體；二是“多模式感知和認(rèn)知理論”。該理論是指通過(guò)虛擬地圖環(huán)境，用多種認(rèn)知方式分別對(duì)信息進(jìn)行獲取，并加工比較處理，進(jìn)而形成相應(yīng)的知識(shí)庫(kù)，再融合各自的知識(shí)庫(kù)，這樣綜合認(rèn)知庫(kù)就生成了。地圖認(rèn)知論對(duì)于地圖制圖手段、多媒體技術(shù)的結(jié)合起到了重要的作用。

1.2.6 地圖感受論

研究地圖視覺(jué)感受過(guò)程的生理、心理以及物理學(xué)方法，討論用圖者是如何被有效感受地圖的理論即感受論。包括分級(jí)符號(hào)、灰度、色彩設(shè)計(jì)的客觀性，以及視覺(jué)感受與圖形構(gòu)成的規(guī)律和特點(diǎn)等研究?jī)?nèi)容，對(duì)地圖的設(shè)計(jì)意義重大。

2 現(xiàn)代地圖制圖方法和產(chǎn)品

2.1 傳統(tǒng)地圖制圖

編繪地圖、實(shí)測(cè)地圖是地圖制作成圖的兩種途徑；航測(cè)法成圖和野外實(shí)測(cè)地圖是實(shí)測(cè)地圖的兩種類型。航測(cè)法成圖是利用航空影像來(lái)測(cè)制地圖。野外實(shí)測(cè)地圖是采用測(cè)量?jī)x器測(cè)定地球表面的局部區(qū)域地物、地貌的空間位置和幾何形狀，并按照一定的比例尺繪制成地圖。

傳統(tǒng)編繪地圖是用根據(jù)多種制圖資料，如實(shí)測(cè)地形圖、統(tǒng)計(jì)資料、遙感影像等編制成為用戶所需的各類型的地圖。傳統(tǒng)的方法是地圖內(nèi)容通過(guò)光學(xué)轉(zhuǎn)繪技術(shù)轉(zhuǎn)繪到由地圖投影構(gòu)成的經(jīng)緯線或直接坐標(biāo)網(wǎng)格中，處理和描繪圖形時(shí)再采用手工的方法。傳統(tǒng)地圖制圖流程如圖2所示。

地圖編制的四個(gè)階段中的地圖設(shè)計(jì)和原圖編繪階段，制圖工作者都付出了大量的心血，得到的地圖具有特定的科學(xué)屬性。

2.2 現(xiàn)代地圖制圖

計(jì)算機(jī)制圖已經(jīng)取代傳統(tǒng)的地圖制圖，成為現(xiàn)代地圖制圖的主要方式。以計(jì)算機(jī)及由計(jì)算機(jī)控制的輸入、輸出設(shè)備為主要工具，計(jì)算機(jī)制圖是通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和數(shù)字處理方法來(lái)制圖的。在制圖的過(guò)程中，以數(shù)字形式在系統(tǒng)內(nèi)部傳遞地理信息，通過(guò)數(shù)據(jù)的處理對(duì)圖形進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因此計(jì)算機(jī)制圖又被稱為全數(shù)字制圖。制圖技術(shù)的變革就是計(jì)算機(jī)地圖制圖，也改變了制圖工藝的流程，不過(guò)在確定地圖投影和比例尺、地圖表示方法、制圖綜合原則等制圖理論方面，和傳統(tǒng)的制圖并沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的區(qū)別。計(jì)算機(jī)制圖的流程如圖3所示。

有了計(jì)算機(jī)制圖以來(lái)，地圖制圖的技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，產(chǎn)品也越來(lái)越多元化。數(shù)字地圖易于存貯，復(fù)制和遠(yuǎn)程傳輸；而計(jì)算機(jī)地圖制圖成圖周期短，地圖數(shù)據(jù)的編輯、更新更方便，精度更高，提高了地圖產(chǎn)品的適應(yīng)性、現(xiàn)勢(shì)性和用戶的廣泛性。計(jì)算機(jī)制圖技術(shù)大大的減輕了制圖人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了主管隨意性，這為地圖制圖的進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化奠定了基礎(chǔ)。

2.3 現(xiàn)代地圖制圖產(chǎn)品

計(jì)算機(jī)制圖的發(fā)展讓地圖產(chǎn)品的種類越來(lái)越多，從傳統(tǒng)的普通地圖到專題地圖集，從紙質(zhì)地圖到電子地圖，從平面地圖到三維地圖，不同的地圖產(chǎn)品可以為各類人群服務(wù)，為政府、軍事、國(guó)土、建設(shè)、旅游、規(guī)劃等部門開展工作提供了極大的便利?，F(xiàn)代地圖制圖的產(chǎn)品有地圖集，影像地圖，GIS地圖等。

2.3.1 地圖集

地圖集具有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)原則和編制體系、協(xié)調(diào)的地圖內(nèi)容、規(guī)定的比例尺和分幅系統(tǒng)。地圖集根據(jù)一定的主題和要求將一定數(shù)量、有機(jī)聯(lián)系的、完整的地圖經(jīng)過(guò)統(tǒng)一設(shè)計(jì)匯編成冊(cè)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)、科學(xué)研究的發(fā)展和實(shí)際生活的需要，地圖集的用途越來(lái)越廣泛，地圖集的類型也越來(lái)越多，題材范圍也越來(lái)越專題化。地圖集可以按照區(qū)域范圍分類，有世界地圖集、各省市地圖集等?？梢园凑毡碚鲀?nèi)容分類，如：普通地圖集、專題地圖集等。還可以按照用途分類，如：教學(xué)地圖集、參考地圖集。其中應(yīng)用比較廣泛的是專題地圖集。專題地圖集的種類多種多樣，它們是以重點(diǎn)表示某項(xiàng)專題要素為主要內(nèi)容的。專題地圖集又可以分為自然地圖集、社會(huì)經(jīng)濟(jì)圖集和其他專題地圖集。

2.3.2 影像地圖

隨著“3S”技術(shù)的發(fā)展，遙感影像地圖（圖5）作為一種新興的地圖產(chǎn)品出現(xiàn)在我們的生活中。影像地圖是利用衛(wèi)星遙感影像或航空像片，通過(guò)投影變換、幾何糾正的比例尺縮放，運(yùn)用一定的地圖注記、符號(hào)，制圖對(duì)象地理特征及空間分布的地圖進(jìn)行直接反映。受千差萬(wàn)別地表自然地理特征的影響，目前還在探索和試驗(yàn)影像地圖的制作技術(shù)、表現(xiàn)形式、規(guī)范化等。隨著計(jì)算機(jī)地圖制圖的發(fā)展和航天攝影測(cè)量的實(shí)用化，影像地圖作為一種制圖產(chǎn)品，勢(shì)必也得到迅速的發(fā)展和廣泛利用。影響地圖的特點(diǎn)有以下方面：（1）影像信息豐富，能達(dá)到一定的地圖精度，影像和地圖的雙重作用都有。（2）豐富的地面信息，層次分明的內(nèi)容，清晰易懂的圖面。（3）簡(jiǎn)化和革新了地圖制圖的工藝，改善了制圖條件，加快了成圖速度，縮短了成圖周期，是現(xiàn)代地圖制圖的新途徑。（4）遙感資料更新周期快，現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)，是開展多時(shí)像和多信息源遙感數(shù)據(jù)研究，建立遙感影像數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)。由于以上特點(diǎn)，影像地圖的應(yīng)用得到了快速普及，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代國(guó)防軍事、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、農(nóng)業(yè)估產(chǎn)、防災(zāi)減災(zāi)，城鄉(xiāng)建設(shè)與環(huán)境保護(hù)、重大基本建設(shè)工程、交通指揮、林業(yè)防護(hù)、國(guó)土資源勘查等領(lǐng)域。

2.3.3 GIS地圖制圖

GIS地圖是在計(jì)算機(jī)技術(shù)支持下發(fā)展起來(lái)的一種新型地圖。它以地圖數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)為處理工具、電子屏幕為載體，在地圖數(shù)據(jù)庫(kù)中存放地圖空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)，通過(guò)一定的軟硬件支持，將地圖信息顯示在電子屏幕上。GIS地圖可以借助計(jì)算機(jī)信息傳輸技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行交流轉(zhuǎn)換，具有滾動(dòng)、漫游、動(dòng)態(tài)顯示等功能，更重要的是它可以結(jié)合其他各種專題數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、疊加比較等多種功能，提供各種行業(yè)需要的地理信息。

GIS地圖制圖操作的對(duì)象是地圖數(shù)據(jù)，以各類專業(yè)測(cè)繪方式獲得的資料為基礎(chǔ)，如：野外測(cè)量、航空攝影測(cè)量、遙感影像、統(tǒng)計(jì)資料等，并進(jìn)行圖形加工并賦予相關(guān)屬性。地圖數(shù)據(jù)以結(jié)構(gòu)化的形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的，稱為地圖數(shù)據(jù)庫(kù)。成果數(shù)據(jù)描述了地理實(shí)體的空間特征、屬性特征、時(shí)間特征和實(shí)體間的相互聯(lián)系。

3 結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，地圖制圖也進(jìn)入了全新的、飛速的發(fā)展階段。在先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用飛速發(fā)展的年代，地圖制圖學(xué)先進(jìn)的理論及其對(duì)實(shí)踐的指導(dǎo)必須跟上時(shí)代發(fā)展的步伐。人性化應(yīng)該是地圖產(chǎn)品生產(chǎn)的發(fā)展方向，以及對(duì)新技術(shù)工作流程的適應(yīng)也是其發(fā)展方向之一。數(shù)據(jù)采集應(yīng)該更具多樣化，結(jié)合傳統(tǒng)方法和現(xiàn)代方法，更新和豐富地圖數(shù)據(jù)庫(kù)。地圖生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)該對(duì)現(xiàn)代地圖生產(chǎn)技術(shù)和先進(jìn)方法進(jìn)行綜合運(yùn)用，以增大地圖的功能。隨著制圖學(xué)的技術(shù)和理論的發(fā)展，現(xiàn)代地圖制圖也呈現(xiàn)出了智能化、虛擬化、多功能化、測(cè)繪技術(shù)一體化、全球信息一體化等發(fā)展趨勢(shì)。數(shù)字城市、數(shù)字地球等項(xiàng)目的出現(xiàn)，體現(xiàn)了現(xiàn)代地圖制圖是一門綜合性、科學(xué)性很強(qiáng)的學(xué)科?，F(xiàn)代地圖制圖呈現(xiàn)以下主要特點(diǎn)和趨勢(shì)：（1）作為區(qū)域性學(xué)科，地圖制圖的重點(diǎn)已由普通地圖制圖轉(zhuǎn)為專題地圖制圖，并逐漸發(fā)展為綜合制圖、實(shí)用制圖和系統(tǒng)制圖。（2）作為技術(shù)性學(xué)科，地圖制圖正在向計(jì)算機(jī)輔助制圖方向發(fā)展，而發(fā)展了幾千年的手工編圖的作業(yè)方法或被其逐步取代。（3）其他學(xué)科和地圖制圖學(xué)間越來(lái)越多的相互滲透，許多新的理論和概念也由此產(chǎn)生。如以地圖圖形顯示、傳遞、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、處理和利用空間信息為內(nèi)容的地圖信息論；研究經(jīng)過(guò)地圖圖形模式建立數(shù)學(xué)和數(shù)字模型的地圖模式論；還有研究和建立地圖語(yǔ)言的地圖符號(hào)學(xué)等。

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