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言表達事物的工具，按照一定的數學法則，利用制圖語言通過制圖在一定的載體上進行綜合，對地球上各事物的空間分布、相互關系和時間發(fā)展變化狀態(tài)用圖形進行表達。過去，人們把地圖看成是“地球表面在平面上的縮寫”；隨著社會的進步和發(fā)展，地理信息系統(tǒng)和計算機制圖的發(fā)展，地圖可以當成是反映自然現(xiàn)象、社會現(xiàn)象、經濟現(xiàn)象的一種載體。該文結合了傳統(tǒng)地圖制圖和現(xiàn)代地圖制圖的產品和技術，介紹了地圖制圖理論和方法的發(fā)展和意義。

關鍵詞：地圖制圖 GIS 電子地圖

中圖分類號：P283 文獻標識碼：A 文章編號：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)展簡史

地圖和地圖制圖的發(fā)展歷史悠久，《地理學指南》就是古希臘地理學家托勒密關于地圖制圖的著作。在他看來，地理學就是“將地球上所有已知的部分和附屬的東西以線畫的形式進行描繪”。他還對簡單的圓錐投影有所研究，并繪制了世界地圖。對中國古代地圖制圖產生深遠影響的就是“制圖六體”，這是由中國西晉地圖制圖學家裴秀所創(chuàng)立。另外，對地圖制圖發(fā)展做出很大貢獻的還有元代的朱思本、明代的賈耽、明代的羅洪先等。17世紀以來，歐洲進行了規(guī)模巨大的地形圖測繪和三角測量，使地圖制圖有了進一步的發(fā)展。中國從清朝開始，大規(guī)模地進行了地圖測繪，編制出了《大清一統(tǒng)輿圖》和《皇輿全圖》。興起于20世紀初的航空攝影測量法，促使地形圖測繪生產的過程發(fā)生了改變，加上采用的照相平板彩色膠印等技術，形成了地圖制圖學現(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，與地圖制圖學有著關聯(lián)和交叉關系的社會科學、系統(tǒng)科學、自然科學等的研究成果提供了理論基礎以及技術支持，并進一步研究和發(fā)展了地圖符號、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)，地圖信息是通過圖解來對制圖個體以及其性質構成的信息進行表達的。對以地圖圖形表達、傳遞、轉換、貯存、處理和利用空間信息進行研究的理論，被稱為地圖信息論。其發(fā)展對認識地圖的實質有利，并使得對地圖制圖信息的計量方法的研究更加深入。

1.2.2 地圖傳輸論

對地圖信息傳輸的原理、過程及方法進行研究的理論，叫地圖傳輸論。如圖1所示。

制圖者認知客觀環(huán)境，并形成知識概念，將符號轉化成地圖，用圖者再識別符號，對客觀環(huán)境有了一定的認知。該過程就是傳輸地圖信息的過程，這個傳輸過程包括了地圖的制作和使用，地理信息通過地圖符號得到了有效的傳輸，不過噪聲也會干擾到信息的傳輸。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 地圖符號學

作為研究地圖符號系統(tǒng)的構圖基礎，地圖符號是一門地圖表現(xiàn)方式及其設計使用的科學。形狀、色彩、方向、亮度等是地圖符號學提出的視覺變量，同時還提出了組合感受、等級感受和數量感受等感受方式。地圖制圖和地圖符號的設計也受到地圖符號學理論很大的影響。

1.2.4 地圖模型論

對建立怎樣的地圖模型來再現(xiàn)客觀環(huán)境進行研究，并用數學模型來表示的理論成為地圖模型理論。模型理論認為，地圖就是客觀地模擬事件，是制圖者的概念模型，可用數學方法表達，把對象在空間分布的情況進行抽象的概括。該理論有助于深入地認識地圖的實質，和促進數學制圖的發(fā)展。

1.2.5 地圖認知論

研究人類認知地圖并獲取信息的手段、原理和過程的理論就叫地圖認知論。有兩項認知論的研究成果，一是認為圖像地圖客體首先被用圖者所接受，再在腦中進行信息處理，然后根據已有信息加工所獲信息，在頭腦中形成信息圖，進而進一步研究實地地理現(xiàn)象，最終獲得認知的地理實體；二是“多模式感知和認知理論”。該理論是指通過虛擬地圖環(huán)境，用多種認知方式分別對信息進行獲取，并加工比較處理，進而形成相應的知識庫，再融合各自的知識庫，這樣綜合認知庫就生成了。地圖認知論對于地圖制圖手段、多媒體技術的結合起到了重要的作用。

1.2.6 地圖感受論

研究地圖視覺感受過程的生理、心理以及物理學方法，討論用圖者是如何被有效感受地圖的理論即感受論。包括分級符號、灰度、色彩設計的客觀性，以及視覺感受與圖形構成的規(guī)律和特點等研究內容，對地圖的設計意義重大。

2 現(xiàn)代地圖制圖方法和產品

2.1 傳統(tǒng)地圖制圖

編繪地圖、實測地圖是地圖制作成圖的兩種途徑；航測法成圖和野外實測地圖是實測地圖的兩種類型。航測法成圖是利用航空影像來測制地圖。野外實測地圖是采用測量儀器測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)編繪地圖是用根據多種制圖資料，如實測地形圖、統(tǒng)計資料、遙感影像等編制成為用戶所需的各類型的地圖。傳統(tǒng)的方法是地圖內容通過光學轉繪技術轉繪到由地圖投影構成的經緯線或直接坐標網格中，處理和描繪圖形時再采用手工的方法。傳統(tǒng)地圖制圖流程如圖2所示。

地圖編制的四個階段中的地圖設計和原圖編繪階段，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屬性。

2.2 現(xiàn)代地圖制圖

計算機制圖已經取代傳統(tǒng)的地圖制圖，成為現(xiàn)代地圖制圖的主要方式。以計算機及由計算機控制的輸入、輸出設備為主要工具，計算機制圖是通過數據庫技術和數字處理方法來制圖的。在制圖的過程中，以數字形式在系統(tǒng)內部傳遞地理信息，通過數據的處理對圖形進行轉換，因此計算機制圖又被稱為全數字制圖。制圖技術的變革就是計算機地圖制圖，也改變了制圖工藝的流程，不過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)的制圖并沒有實質性的區(qū)別。計算機制圖的流程如圖3所示。

有了計算機制圖以來，地圖制圖的技術有了突飛猛進的發(fā)展，產品也越來越多元化。數字地圖易于存貯，復制和遠程傳輸；而計算機地圖制圖成圖周期短，地圖數據的編輯、更新更方便，精度更高，提高了地圖產品的適應性、現(xiàn)勢性和用戶的廣泛性。計算機制圖技術大大的減輕了制圖人員的勞動強度，減少了主管隨意性，這為地圖制圖的進一步標準規(guī)范化奠定了基礎。

2.3 現(xiàn)代地圖制圖產品

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

2.3.1 地圖集

地圖集具有統(tǒng)一的設計原則和編制體系、協(xié)調的地圖內容、規(guī)定的比例尺和分幅系統(tǒng)。地圖集根據一定的主題和要求將一定數量、有機聯(lián)系的、完整的地圖經過統(tǒng)一設計匯編成冊。隨著我國經濟建設、國防建設、科學研究的發(fā)展和實際生活的需要，地圖集的用途越來越廣泛，地圖集的類型也越來越多，題材范圍也越來越專題化。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。可以按照表征內容分類，如：普通地圖集、專題地圖集等。還可以按照用途分類，如：教學地圖集、參考地圖集。其中應用比較廣泛的是專題地圖集。專題地圖集的種類多種多樣，它們是以重點表示某項專題要素為主要內容的。專題地圖集又可以分為自然地圖集、社會經濟圖集和其他專題地圖集。

2.3.2 影像地圖

隨著“3S”技術的發(fā)展，遙感影像地圖（圖5）作為一種新興的地圖產品出現(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，通過投影變換、幾何糾正的比例尺縮放，運用一定的地圖注記、符號，制圖對象地理特征及空間分布的地圖進行直接反映。受千差萬別地表自然地理特征的影響，目前還在探索和試驗影像地圖的制作技術、表現(xiàn)形式、規(guī)范化等。隨著計算機地圖制圖的發(fā)展和航天攝影測量的實用化，影像地圖作為一種制圖產品，勢必也得到迅速的發(fā)展和廣泛利用。影響地圖的特點有以下方面：（1）影像信息豐富，能達到一定的地圖精度，影像和地圖的雙重作用都有。（2）豐富的地面信息，層次分明的內容，清晰易懂的圖面。（3）簡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)勢性強，是開展多時像和多信息源遙感數據研究，建立遙感影像數據庫的基礎。由于以上特點，影像地圖的應用得到了快速普及，廣泛應用于現(xiàn)代國防軍事、農業(yè)可持續(xù)發(fā)展、農業(yè)估產、防災減災，城鄉(xiāng)建設與環(huán)境保護、重大基本建設工程、交通指揮、林業(yè)防護、國土資源勘查等領域。

2.3.3 GIS地圖制圖

GIS地圖是在計算機技術支持下發(fā)展起來的一種新型地圖。它以地圖數據庫為基礎、計算機為處理工具、電子屏幕為載體，在地圖數據庫中存放地圖空間數據與屬性數據，通過一定的軟硬件支持，將地圖信息顯示在電子屏幕上。GIS地圖可以借助計算機信息傳輸技術在網絡上進行交流轉換，具有滾動、漫游、動態(tài)顯示等功能，更重要的是它可以結合其他各種專題數據進行統(tǒng)計、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地圖制圖操作的對象是地圖數據，以各類專業(yè)測繪方式獲得的資料為基礎，如：野外測量、航空攝影測量、遙感影像、統(tǒng)計資料等，并進行圖形加工并賦予相關屬性。地圖數據以結構化的形式存儲在計算機內的，稱為地圖數據庫。成果數據描述了地理實體的空間特征、屬性特征、時間特征和實體間的相互聯(lián)系。

3 結語

在現(xiàn)代科學技術發(fā)展的同時，地圖制圖也進入了全新的、飛速的發(fā)展階段。在先進技術應用飛速發(fā)展的年代，地圖制圖學先進的理論及其對實踐的指導必須跟上時代發(fā)展的步伐。人性化應該是地圖產品生產的發(fā)展方向，以及對新技術工作流程的適應也是其發(fā)展方向之一。數據采集應該更具多樣化，結合傳統(tǒng)方法和現(xiàn)代方法，更新和豐富地圖數據庫。地圖生產技術應該對現(xiàn)代地圖生產技術和先進方法進行綜合運用，以增大地圖的功能。隨著制圖學的技術和理論的發(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、測繪技術一體化、全球信息一體化等發(fā)展趨勢。數字城市、數字地球等項目的出現(xiàn)，體現(xiàn)了現(xiàn)代地圖制圖是一門綜合性、科學性很強的學科。現(xiàn)代地圖制圖呈現(xiàn)以下主要特點和趨勢：（1）作為區(qū)域性學科，地圖制圖的重點已由普通地圖制圖轉為專題地圖制圖，并逐漸發(fā)展為綜合制圖、實用制圖和系統(tǒng)制圖。（2）作為技術性學科，地圖制圖正在向計算機輔助制圖方向發(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）其他學科和地圖制圖學間越來越多的相互滲透，許多新的理論和概念也由此產生。如以地圖圖形顯示、傳遞、轉換、存儲、處理和利用空間信息為內容的地圖信息論；研究經過地圖圖形模式建立數學和數字模型的地圖模式論；還有研究和建立地圖語言的地圖符號學等。

參考文獻

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