地圖學是研究有關(guān)地圖的理論體系和技術(shù)系統(tǒng)，及其應用的學科。它是建立在正確的地理認識基礎(chǔ)上的圖形顯示的技術(shù)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(huán)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(xiàn)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(fā)展、實踐的需要，尤其是源于埃及尼羅河季節(jié)泛濫和幾何學的誕生；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理論與技術(shù)已達到相當水平。當時，東西方地圖的編繪和地圖學的發(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，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，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(guān)于地圖編制原理的最精辟論述，形成東方獨特的地圖技術(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家，按照數(shù)學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)學基礎(chǔ)。通過16世紀東西方的交流，兩種坐標體系同時出現(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(xiàn)。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(chuàng)了世界全圖的新投影，反映了當時歐洲地圖發(fā)展的特點。

　　與墨卡托同時代的、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)計上的進步。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(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(jīng)歷了工業(yè)革命，社會經(jīng)濟有了較大發(fā)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(fā)工礦資源和土地資源，以及軍事戰(zhàn)爭的需要。為此，各國所進行的大規(guī)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(gòu)，形成大規(guī)模的專業(yè)隊伍和規(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基礎(chǔ)。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(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、公制單位等標準作了修訂，并擬定了獨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準化產(chǎn)生了深遠影響，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)標準化的研究，都取得很大的進展。地圖已進入工業(yè)化大生產(chǎn)和社會商品化的階段。

　　隨著自然科學的分化和內(nèi)陸探險的深入，專題地圖的新領(lǐng)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(zhì)、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(shù)水平。中國的楊守敬費時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世紀的地圖學，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)容強調(diào)反映自然綜合體和社會經(jīng)濟環(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。航空攝影、衛(wèi)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(shù)保障，地圖學發(fā)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(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(xiàn)新的發(fā)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(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，為計算機輔助地圖制圖開辟了道路。計算機輔助制圖的迅速發(fā)展，從試驗階段過渡到了應用階段，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)具備多維信息復合功能，包括社會經(jīng)濟統(tǒng)計、地面觀測站網(wǎng)記錄、地球物理場數(shù)據(jù)、多時相的遙感數(shù)據(jù)、以及多種專業(yè)的數(shù)學分析模型或地圖專家系統(tǒng)，具有進行數(shù)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(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。

地圖學的內(nèi)容

　　地圖學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)實與歷史的所有空間信息。涉及地球科學、生物科學、環(huán)境科學的許多領(lǐng)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(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)學法則，按照比例建立空間模型，運用符號系統(tǒng)和最佳感受效果表達人類對地理環(huán)境的科學認識；綜合分析自然與社會現(xiàn)象的空間分布、內(nèi)在聯(lián)系及其時間變化；研究地圖編制與應用原理、方法與工藝、技術(shù)。

　　在地圖學的發(fā)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(lǐng)域。19世紀后，又區(qū)分為普通地圖和專題地圖兩大領(lǐng)域，逐步發(fā)展為普通地圖學和專題地圖學。專題地圖學則更進—步發(fā)展，分化為多層次的各分支學科和領(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。

　　由于地圖應用領(lǐng)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(wèi)星遙感、計算機技術(shù)等的應用和進步，地圖學出現(xiàn)了系列地圖、遙感地圖、機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，推動了地圖學的理論研究。現(xiàn)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(nèi)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(zhì)。

　　現(xiàn)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(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用過程，聚集大量有關(guān)自然和經(jīng)濟現(xiàn)象的位置、形態(tài)、動態(tài)和內(nèi)部聯(lián)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(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。為宏觀規(guī)劃決策與工程設(shè)計、施工和效益評價，提供預測圖或預報圖。

　　進入21世紀后，現(xiàn)代地圖學的研究對象仍將繼續(xù)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(tǒng)一的空間坐標體系，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。從這個意義上說，對青少年加強地圖學的教育，培養(yǎng)他們空間圖像思維的能力，這對造就認識自然、改善環(huán)境的專業(yè)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。