地圖學(xué)

地圖學(xué)是研究有關(guān)地圖的理論體系和技術(shù)系統(tǒng)，及其應(yīng)用的學(xué)科。它是建立在正確的地理認(rèn)識基礎(chǔ)上的圖形顯示的技術(shù)科學(xué)。

地圖學(xué)的歷史

　　地圖的起源可追溯到4500年前，那時(shí)人們開始用各種方式，對自己周圍的環(huán)境進(jìn)行空間圖像的原始記述。當(dāng)時(shí)，地圖的制作材料有陶片、紙草，銅版、椰枝、石塊、獸皮等。現(xiàn)保存下來的最為古老的地圖是公元前25～前23世紀(jì)巴比倫人繪制在陶片上的地圖。

　　社會的發(fā)展、實(shí)踐的需要，尤其是源于埃及尼羅河季節(jié)泛濫和幾何學(xué)的誕生；中國黃河下游平原的農(nóng)田水利，與筑城工程對勾股弦定理和規(guī)矩等測繪儀器的應(yīng)用，都推動了地圖的發(fā)展。

　　中國《管子·地圖》篇，是最早論述地圖地理內(nèi)容的專篇。馬王堆出土的西漢地圖表明中國古代地圖學(xué)理論與技術(shù)已達(dá)到相當(dāng)水平。當(dāng)時(shí)，東西方地圖的編繪和地圖學(xué)的發(fā)展，明顯地反映出海洋與大陸兩種不同的地理環(huán)境，以及農(nóng)業(yè)與航海貿(mào)易兩種不同的社會生產(chǎn)的需求。

　　公元前四世紀(jì)，亞里士多德論證了地球是球形。以后有人開始測量地球的周長，并出現(xiàn)了圓柱地圖投影。公元二世紀(jì)，托勒密編著的《地理學(xué)指南》，附有27幅世界地圖，翻印達(dá)50版，在西方影響達(dá)一千年之久。公元三世紀(jì)，中國的裴秀編制了《禹貢地域圖》和《地形方丈圖》，提出了“制圖六體”， 這是中國古代關(guān)于地圖編制原理的最精辟論述，形成東方獨(dú)特的地圖技術(shù)途徑，在中國也影響了近千年。

　　托勒密與裴秀兩位古代地圖學(xué)家，按照數(shù)學(xué)法則建立的描述地理位置的經(jīng)緯線和方里網(wǎng)，至今仍然是地圖數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。通過16世紀(jì)東西方的交流，兩種坐標(biāo)體系同時(shí)出現(xiàn)在一幅地圖上。法國的地形圖上出現(xiàn)了中國地圖上的方里網(wǎng)；中國的《大清一統(tǒng)輿圖》采用了西方地圖上的經(jīng)緯線。

　　1405～1433年中國航海家鄭和七下西洋，反映下西洋情況的《鄭和航海圖》是中國現(xiàn)存最詳盡的古代航海圖，也在世界上開創(chuàng)了使用航海圖的先河。此后，航海圖也隨著葡萄牙、西班牙、荷蘭和英國等各國的航海探險(xiǎn)和海上霸權(quán)的爭奪而得到迅速發(fā)展。

　　1569年，墨卡托設(shè)計(jì)正軸等角圓柱投影，第一次把東、西半球已知范圍展現(xiàn)在一幅地圖上。這種投影的地圖能為航海者進(jìn)行直線導(dǎo)航，為航海圖所普遍采用，被命名為“墨卡托投影”，以后還出版了以他名字命名的地圖集。隨著航空和航天的需要，多種橫軸和斜軸的墨卡托投影相繼出現(xiàn)。墨卡托的工作被譽(yù)為16世紀(jì)歐洲地圖學(xué)的里程碑，他的地圖集開創(chuàng)了世界全圖的新投影，反映了當(dāng)時(shí)歐洲地圖發(fā)展的特點(diǎn)。

　　與墨卡托同時(shí)代的、東方地圖集的先驅(qū)是中國的羅洪先。他繼承和發(fā)展了朱思本的輿地圖，完成了中國現(xiàn)存最早的地圖集《廣輿圖》。圖集采用劃一的24種圖例符號，以幾何圖案替代象形圖案，這是地圖集設(shè)計(jì)上的進(jìn)步。羅洪先和墨卡托都以地圖集的形式，分別總結(jié)了16世紀(jì)以前東、西方地圖的歷史成就，承前啟后，對后代地圖發(fā)展產(chǎn)生的影響延續(xù)了數(shù)百年。

　　意大利傳教士利瑪竇在溝通東、西方地圖學(xué)知識方面作出了重要的貢獻(xiàn)。公元1600年以后，在中國學(xué)者的支持和合作下，他利用西方和東方的世界地理知識匯編成《坤輿萬國全圖》。該圖標(biāo)有當(dāng)時(shí)新發(fā)現(xiàn)的大洋和大洲等區(qū)域概念，以及地中海、羅馬、古巴、加拿大等中譯名；同時(shí)把張衡渾天儀上使用的南極、北極、赤道等名詞應(yīng)用于地圖。

　　17世紀(jì)以后，歐洲各國經(jīng)歷了工業(yè)革命，社會經(jīng)濟(jì)有了較大發(fā)展。為了探尋海上通商航路、擴(kuò)大殖民地，既需要航海圖，也需要實(shí)測的地形圖，以滿足開發(fā)工礦資源和土地資源，以及軍事戰(zhàn)爭的需要。為此，各國所進(jìn)行的大規(guī)模地形圖測繪，成為近代地圖學(xué)的主流。

　　1791年，英國成立陸軍測量局。之后，西歐各國相繼建立研究編制地圖的國家機(jī)構(gòu)，形成大規(guī)模的專業(yè)隊(duì)伍和規(guī)范化的技術(shù)體系，并陸續(xù)完成了本土大比例尺地形圖的測繪，其中如瑞士的《都孚》地形圖等就以精美細(xì)致而著稱。

　　歐洲的地圖測繪技術(shù)，傳播到了中國后，清朝測繪了《皇輿全覽圖》和《大清一統(tǒng)輿圖》，這些奠定了中國近代地圖的科學(xué)基礎(chǔ)。19世紀(jì)中葉，中國采用梯形投影，繪制了當(dāng)時(shí)較完善的亞洲地圖。

　　1909年，國際地理大會對地圖分幅、地形表示、城鎮(zhèn)分級、地名拼音等作出了統(tǒng)一規(guī)定。以后，又對分層設(shè)色、公制單位等標(biāo)準(zhǔn)作了修訂，并擬定了獨(dú)特的地圖投影和全球的統(tǒng)一分幅編號。這些措施對地圖的國際化和標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，大部分國家也接受了地圖統(tǒng)一的國際分幅編號。地質(zhì)圖、人口地圖、土地利用圖、森林圖和土壤圖的國際合作編制工作和分類，圖例系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化的研究，都取得很大的進(jìn)展。地圖已進(jìn)入工業(yè)化大生產(chǎn)和社會商品化的階段。

　　隨著自然科學(xué)的分化和內(nèi)陸探險(xiǎn)的深入，專題地圖的新領(lǐng)域不斷得到開拓。19世紀(jì)末，德國再版的自然地圖集，包括了地質(zhì)、海洋、氣象、地磁、植物、動物以及人種的分布圖，反映出當(dāng)時(shí)的科學(xué)技術(shù)水平。中國的楊守敬費(fèi)時(shí)15年，在前人基礎(chǔ)上編制了《歷史輿地圖》，集中反映了中國歷史地理學(xué)的豐富遺產(chǎn)，解決了許多有關(guān)水道變遷、州郡遷移的爭論。

　　20世紀(jì)的地圖學(xué)，一方面繼承豐富的歷史傳統(tǒng)；另一方面又出現(xiàn)新的發(fā)展，即向綜合制圖方向發(fā)展。地圖的內(nèi)容強(qiáng)調(diào)反映自然綜合體和社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境的相互作用，著重反映人地關(guān)系和環(huán)境生態(tài)效應(yīng)。航空攝影、衛(wèi)星遙感及計(jì)算機(jī)制圖的問世，使綜合制圖得到強(qiáng)有力的技術(shù)保障，地圖學(xué)發(fā)生了歷史性變革。

　　1932年第一次運(yùn)用航空攝影制圖，它使人類可以脫離地面利用高空平臺來測繪地圖，從根本上改變了近300年來形成的地形圖測繪生產(chǎn)過程。航空攝影測量幾乎完全取代了經(jīng)典的平板測繪，廣泛應(yīng)用于國家基本地形圖以及城市、農(nóng)田水利、森林礦山的各種大比例尺地圖的測繪。

　　航空像片信息豐富，可利用紅外、天然色、假彩色紅外、微波等獲取多譜段圖像。通過判讀或圖像處理，用于編制地質(zhì)、土壤、土地利用、森林資源等多種專題地圖。航空攝影還超越地理環(huán)境的障礙，特別是人類難以活動的海洋灘涂。沼澤、湖泊、高山和荒漠，從而獲得了原來地形圖尚未覆蓋的空白地區(qū)的地理資料。

　　航空攝影作為地理景觀的客觀圖像記錄，為系列地圖編制提供了統(tǒng)一的信息源，并反映了各種自然和人文地理要素在同一空間內(nèi)的分布和相互聯(lián)系。系列制圖從根本上解決了部門專題制圖統(tǒng)一協(xié)調(diào)的困難。如1969～ 1979年間，墨西哥采用分區(qū)彩色航空攝影，完成了全國1:50萬地形、地質(zhì)、土地利用、土壤和土地潛力的系列制圖，建立了系統(tǒng)的國家土地檔案。

　　1972年，世界上第一顆地球資源勘測衛(wèi)星發(fā)射成功，人類得以從外層空間來觀測整個(gè)地球。陸地衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星和海洋衛(wèi)星作為新型的地圖信息源，具有快速、準(zhǔn)同步和大面積覆蓋的顯著特點(diǎn)，可提供空前巨大的信息量，使地圖學(xué)呈現(xiàn)新的發(fā)展。

　　20世紀(jì)70年代，以計(jì)算機(jī)的引進(jìn)為標(biāo)志，地圖學(xué)進(jìn)入信息時(shí)代，為適應(yīng)計(jì)算機(jī)及信息傳輸工具的需要，便于輸出、輸入、處理、存儲和更新，地圖開始出現(xiàn)數(shù)字信息的新形式。地圖概括理論和定量化研究，從本質(zhì)上解決了地圖容量和清晰度問題。借助地理數(shù)量方法的成果，為計(jì)算機(jī)輔助地圖制圖開辟了道路。計(jì)算機(jī)輔助制圖的迅速發(fā)展，從試驗(yàn)階段過渡到了應(yīng)用階段，它利用軟件系統(tǒng)解決了地圖投影變換、比例尺縮放和地圖地理要素的選取與概括，實(shí)現(xiàn)了地圖編輯的自動化。許多國家陸續(xù)建立了地圖數(shù)據(jù)庫。

　　在地形圖數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，歐美和日本等國又進(jìn)一步發(fā)展了地理信息系統(tǒng)。這類系統(tǒng)具備多維信息復(fù)合功能，包括社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)、地面觀測站網(wǎng)記錄、地球物理場數(shù)據(jù)、多時(shí)相的遙感數(shù)據(jù)、以及多種專業(yè)的數(shù)學(xué)分析模型或地圖專家系統(tǒng)，具有進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬試驗(yàn)和預(yù)測預(yù)報(bào)的功能。至此，地圖已不僅是描述和表達(dá)地理現(xiàn)象分布規(guī)律的信息載體，還是區(qū)域綜合分析研究的成果，即地理信息系統(tǒng)輸出的智能化產(chǎn)品。地理信息系統(tǒng)為地圖學(xué)的區(qū)域性與綜合性研究，提供了現(xiàn)代化的技術(shù)保證。

地圖學(xué)的內(nèi)容

　　地圖學(xué)的研究對象是地球表層各種自然與社會現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)與特性的空間信息，包括宏觀與微觀、具體與抽象、現(xiàn)實(shí)與歷史的所有空間信息。涉及地球科學(xué)、生物科學(xué)、環(huán)境科學(xué)的許多領(lǐng)域，而且隨著人類認(rèn)識范圍的擴(kuò)大，地圖學(xué)的研究對象正向外層空間和地殼深部延伸。

　　地圖學(xué)的研究內(nèi)容是：探討以地圖作為空間信息的載體與傳輸工具，依據(jù)數(shù)學(xué)法則，按照比例建立空間模型，運(yùn)用符號系統(tǒng)和最佳感受效果表達(dá)人類對地理環(huán)境的科學(xué)認(rèn)識；綜合分析自然與社會現(xiàn)象的空間分布、內(nèi)在聯(lián)系及其時(shí)間變化；研究地圖編制與應(yīng)用原理、方法與工藝、技術(shù)。

　　在地圖學(xué)的發(fā)展歷史中，逐步形成了地圖學(xué)史、地圖投影學(xué)、地圖美學(xué)以及地圖制圖學(xué)等若干分支學(xué)科和領(lǐng)域。19世紀(jì)后，又區(qū)分為普通地圖和專題地圖兩大領(lǐng)域，逐步發(fā)展為普通地圖學(xué)和專題地圖學(xué)。專題地圖學(xué)則更進(jìn)—步發(fā)展，分化為多層次的各分支學(xué)科和領(lǐng)域。按用途劃分，則區(qū)分為通用地圖和專用地圖兩大領(lǐng)域。

　　由于地圖應(yīng)用領(lǐng)域的不斷開拓，使地圖分析與應(yīng)用的研究更加深入。地圖方法已成為地學(xué)研究的重要手段。20世紀(jì)50年代以后，隨著航空攝影、衛(wèi)星遙感、計(jì)算機(jī)技術(shù)等的應(yīng)用和進(jìn)步，地圖學(xué)出現(xiàn)了系列地圖、遙感地圖、機(jī)助制圖和地理信息系統(tǒng)等新的方法和形式。信息論、傳輸論、模式論、感受論等的引進(jìn)，推動了地圖學(xué)的理論研究。現(xiàn)代地圖學(xué)逐漸從地理學(xué)和測量學(xué)中脫穎而出，其研究手段兼收并容空間科學(xué)和信息科學(xué)的最新成就，研究內(nèi)容跨越著自然科學(xué)和社會科學(xué)的范疇。它越來越明顯地顯示出橫斷科學(xué)的性質(zhì)。

　　現(xiàn)代地圖學(xué)是從信息論的觀點(diǎn)來研究地圖，地圖被認(rèn)為是人類認(rèn)識自然的信息載體，客觀存在的地理環(huán)境的概念模型。地圖作為一種信息載體，是指通過地圖的制作和應(yīng)用過程，聚集大量有關(guān)自然和經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象的位置、形態(tài)、動態(tài)和內(nèi)部聯(lián)系的信息，進(jìn)而加以濃縮、復(fù)制、存貯、傳遞，使讀者能感受、量測、理解和利用。

　　地圖學(xué)的任務(wù)，不能僅滿足于對地理圈各種原始測繪數(shù)據(jù)的粗加工；而是要注意開發(fā)高層次的知識密集型的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。為宏觀規(guī)劃決策與工程設(shè)計(jì)、施工和效益評價(jià)，提供預(yù)測圖或預(yù)報(bào)圖。

　　進(jìn)入21世紀(jì)后，現(xiàn)代地圖學(xué)的研究對象仍將繼續(xù)擴(kuò)大。由于人類的認(rèn)識正在從陸地表層向海洋、地殼深部和外層空間擴(kuò)延。因此，今后則是建立適用于整個(gè)人類智慧圈的統(tǒng)一的空間坐標(biāo)體系，作為海、陸、空以至天文的動態(tài)信息載體。目前我們已能看到多維動態(tài)地圖的曙光。

　　地圖作為一種文化工具，在人類的知識寶庫中，將與語言、藝術(shù)并存。從這個(gè)意義上說，對青少年加強(qiáng)地圖學(xué)的教育，培養(yǎng)他們空間圖像思維的能力，這對造就認(rèn)識自然、改善環(huán)境的專業(yè)人材是必不可少的；對于增強(qiáng)青少年的愛國主義思想和樹立正確的宇宙觀也將是受益不淺的。