地圖學

地圖學是研究有關地圖的理論體系和技術系統，及其應用的學科。它是建立在正確的地理認識基礎上的圖形顯示的技術科學。

地圖學的歷史

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

　　社會的發展、實踐的需要，尤其是源于埃及尼羅河季節泛濫和幾何學的誕生；中國黃河下游平原的農田水利，與筑城工程對勾股弦定理和規矩等測繪儀器的應用，都推動了地圖的發展。

　　中國《管子·地圖》篇，是最早論述地圖地理內容的專篇。馬王堆出土的西漢地圖表明中國古代地圖學理論與技術已達到相當水平。當時，東西方地圖的編繪和地圖學的發展，明顯地反映出海洋與大陸兩種不同的地理環境，以及農業與航海貿易兩種不同的社會生產的需求。

　　公元前四世紀，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，并出現了圓柱地圖投影。公元二世紀，托勒密編著的《地理學指南》，附有27幅世界地圖，翻印達50版，在西方影響達一千年之久。公元三世紀，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”， 這是中國古代關于地圖編制原理的最精辟論述，形成東方獨特的地圖技術途徑，在中國也影響了近千年。

　　托勒密與裴秀兩位古代地圖學家，按照數學法則建立的描述地理位置的經緯線和方里網，至今仍然是地圖數學基礎。通過16世紀東西方的交流，兩種坐標體系同時出現在一幅地圖上。法國的地形圖上出現了中國地圖上的方里網；中國的《大清一統輿圖》采用了西方地圖上的經緯線。

　　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》是中國現存最詳盡的古代航海圖，也在世界上開創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和海上霸權的爭奪而得到迅速發展。

　　1569年，墨卡托設計正軸等角圓柱投影，第一次把東、西半球已知范圍展現在一幅地圖上。這種投影的地圖能為航海者進行直線導航，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。墨卡托的工作被譽為16世紀歐洲地圖學的里程碑，他的地圖集開創了世界全圖的新投影，反映了當時歐洲地圖發展的特點。

　　與墨卡托同時代的、東方地圖集的先驅是中國的羅洪先。他繼承和發展了朱思本的輿地圖，完成了中國現存最早的地圖集《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，這是地圖集設計上的進步。羅洪先和墨卡托都以地圖集的形式，分別總結了16世紀以前東、西方地圖的歷史成就，承前啟后，對后代地圖發展產生的影響延續了數百年。

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

　　17世紀以后，歐洲各國經歷了工業革命，社會經濟有了較大發展。為了探尋海上通商航路、擴大殖民地，既需要航海圖，也需要實測的地形圖，以滿足開發工礦資源和土地資源，以及軍事戰爭的需要。為此，各國所進行的大規模地形圖測繪，成為近代地圖學的主流。

　　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構，形成大規模的專業隊伍和規范化的技術體系，并陸續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致而著稱。

　　歐洲的地圖測繪技術，傳播到了中國后，清朝測繪了《皇輿全覽圖》和《大清一統輿圖》，這些奠定了中國近代地圖的科學基礎。19世紀中葉，中國采用梯形投影，繪制了當時較完善的亞洲地圖。

　　1909年，國際地理大會對地圖分幅、地形表示、城鎮分級、地名拼音等作出了統一規定。以后，又對分層設色、公制單位等標準作了修訂，并擬定了獨特的地圖投影和全球的統一分幅編號。這些措施對地圖的國際化和標準化產生了深遠影響，大部分國家也接受了地圖統一的國際分幅編號。地質圖、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，圖例系統標準化的研究，都取得很大的進展。地圖已進入工業化大生產和社會商品化的階段。

　　隨著自然科學的分化和內陸探險的深入，專題地圖的新領域不斷得到開拓。19世紀末，德國再版的自然地圖集，包括了地質、海洋、氣象、地磁、植物、動物以及人種的分布圖，反映出當時的科學技術水平。中國的楊守敬費時15年，在前人基礎上編制了《歷史輿地圖》，集中反映了中國歷史地理學的豐富遺產，解決了許多有關水道變遷、州郡遷移的爭論。

　　20世紀的地圖學，一方面繼承豐富的歷史傳統；另一方面又出現新的發展，即向綜合制圖方向發展。地圖的內容強調反映自然綜合體和社會經濟環境的相互作用，著重反映人地關系和環境生態效應。航空攝影、衛星遙感及計算機制圖的問世，使綜合制圖得到強有力的技術保障，地圖學發生了歷史性變革。

　　1932年第一次運用航空攝影制圖，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過程。航空攝影測量幾乎完全取代了經典的平板測繪，廣泛應用于國家基本地形圖以及城市、農田水利、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、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的分布和相互聯系。系列制圖從根本上解決了部門專題制圖統一協調的困難。如1969～ 1979年間，墨西哥采用分區彩色航空攝影，完成了全國1:50萬地形、地質、土地利用、土壤和土地潛力的系列制圖，建立了系統的國家土地檔案。

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

　　20世紀70年代，以計算機的引進為標志，地圖學進入信息時代，為適應計算機及信息傳輸工具的需要，便于輸出、輸入、處理、存儲和更新，地圖開始出現數字信息的新形式。地圖概括理論和定量化研究，從本質上解決了地圖容量和清晰度問題。借助地理數量方法的成果，為計算機輔助地圖制圖開辟了道路。計算機輔助制圖的迅速發展，從試驗階段過渡到了應用階段，它利用軟件系統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，實現了地圖編輯的自動化。許多國家陸續建立了地圖數據庫。

　　在地形圖數據庫基礎上，歐美和日本等國又進一步發展了地理信息系統。這類系統具備多維信息復合功能，包括社會經濟統計、地面觀測站網記錄、地球物理場數據、多時相的遙感數據、以及多種專業的數學分析模型或地圖專家系統，具有進行數學模擬試驗和預測預報的功能。至此，地圖已不僅是描述和表達地理現象分布規律的信息載體，還是區域綜合分析研究的成果，即地理信息系統輸出的智能化產品。地理信息系統為地圖學的區域性與綜合性研究，提供了現代化的技術保證。

地圖學的內容

　　地圖學的研究對象是地球表層各種自然與社會現象的結構與特性的空間信息，包括宏觀與微觀、具體與抽象、現實與歷史的所有空間信息。涉及地球科學、生物科學、環境科學的許多領域，而且隨著人類認識范圍的擴大，地圖學的研究對象正向外層空間和地殼深部延伸。

　　地圖學的研究內容是：探討以地圖作為空間信息的載體與傳輸工具，依據數學法則，按照比例建立空間模型，運用符號系統和最佳感受效果表達人類對地理環境的科學認識；綜合分析自然與社會現象的空間分布、內在聯系及其時間變化；研究地圖編制與應用原理、方法與工藝、技術。

　　在地圖學的發展歷史中，逐步形成了地圖學史、地圖投影學、地圖美學以及地圖制圖學等若干分支學科和領域。19世紀后，又區分為普通地圖和專題地圖兩大領域，逐步發展為普通地圖學和專題地圖學。專題地圖學則更進—步發展，分化為多層次的各分支學科和領域。按用途劃分，則區分為通用地圖和專用地圖兩大領域。

　　由于地圖應用領域的不斷開拓，使地圖分析與應用的研究更加深入。地圖方法已成為地學研究的重要手段。20世紀50年代以后，隨著航空攝影、衛星遙感、計算機技術等的應用和進步，地圖學出現了系列地圖、遙感地圖、機助制圖和地理信息系統等新的方法和形式。信息論、傳輸論、模式論、感受論等的引進，推動了地圖學的理論研究。現代地圖學逐漸從地理學和測量學中脫穎而出，其研究手段兼收并容空間科學和信息科學的最新成就，研究內容跨越著自然科學和社會科學的范疇。它越來越明顯地顯示出橫斷科學的性質。

　　現代地圖學是從信息論的觀點來研究地圖，地圖被認為是人類認識自然的信息載體，客觀存在的地理環境的概念模型。地圖作為一種信息載體，是指通過地圖的制作和應用過程，聚集大量有關自然和經濟現象的位置、形態、動態和內部聯系的信息，進而加以濃縮、復制、存貯、傳遞，使讀者能感受、量測、理解和利用。

　　地圖學的任務，不能僅滿足于對地理圈各種原始測繪數據的粗加工；而是要注意開發高層次的知識密集型的產品設計。為宏觀規劃決策與工程設計、施工和效益評價，提供預測圖或預報圖。

　　進入21世紀后，現代地圖學的研究對象仍將繼續擴大。由于人類的認識正在從陸地表層向海洋、地殼深部和外層空間擴延。因此，今后則是建立適用于整個人類智慧圈的統一的空間坐標體系，作為海、陸、空以至天文的動態信息載體。目前我們已能看到多維動態地圖的曙光。

　　地圖作為一種文化工具，在人類的知識寶庫中，將與語言、藝術并存。從這個意義上說，對青少年加強地圖學的教育，培養他們空間圖像思維的能力，這對造就認識自然、改善環境的專業人材是必不可少的；對于增強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。