第一章地圖及地圖學(xué)2

1、1,地圖學(xué),第一章 地圖及地圖學(xué)3,2,地圖的起源和萌芽 地圖起源于上古代，它的產(chǎn)生和發(fā)展是人類活動(dòng)的實(shí)際需要。 最原始的地圖，人們只是試圖在樹皮、沙地、陶片上，用石塊、貝殼等利器，保存和傳遞對(duì)地理環(huán)境的印象。,1.9 地圖學(xué)的歷史與發(fā)展,3,1.9 地圖學(xué)的歷史與發(fā)展,,在國外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的最古老的原始地圖是古巴比倫人在陶片上繪制的美索不達(dá)米亞地區(qū)的巴比倫地圖（ 4500年歷史）。,4,4000年前，中

2、國《左傳》上記載有夏代的《九鼎圖》?！渡胶＝?jīng)》中繪有山、水、動(dòng)植物及礦物的原始地圖等，都是當(dāng)時(shí)史料中眾多關(guān)于地圖的記述的代表。,5,,我們的祖先一直尋找描述和分析地球表面空間事物的工具，從交通運(yùn)輸、農(nóng)田水利、市政建設(shè)管理、疆土區(qū)域的劃分以及行軍打仗，都離不開空間信息，長期以來最普通的工具就是地圖。2200多年前的戰(zhàn)國時(shí)代，地圖在行政管理和軍事作戰(zhàn)中已發(fā)揮重要作用。在《孫子兵法》和《孫臏兵法》中都附有數(shù)卷地圖。 荊軻刺秦王,6

3、,漢代古地圖,古代地圖作品介紹,地形圖——成圖于公元前168年以前。比例尺約為1：180 000 ，相當(dāng)于漢代一寸折十里，地圖幅面為縱96cm、橫96cm。原圖上本無名，因地圖內(nèi)容包含山川、道路、城鎮(zhèn)等要素，故取名“地形圖”。,駐軍圖,7,8,裴秀的《禹貢地域圖十八篇?序》 魏晉時(shí)期裴秀的著作《禹貢地域圖十八篇?序》，標(biāo)志著我國古代地圖學(xué)的輝煌成就，奠定了我國地圖學(xué)的最初基石，裴秀因此被后人稱為中國地圖學(xué)之父。

4、裴秀擔(dān)任過司空、地官，專管國家的戶籍、土地、稅收和地圖，后任宰相。他以當(dāng)時(shí)的《禹貢》為依據(jù)，進(jìn)行了核查，繪制了18幅《禹貢地域圖》，并將《天下大圖》縮制為《方丈圖》。更為重要的是，裴秀總結(jié)了前人和自己的制圖經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)立了新的制圖理論“制圖六體”，即分率、準(zhǔn)望、道里、高下、方邪、迂直。“分率”，即比例尺；“準(zhǔn)望”，即方位；“道里”，即距離；“高下”，即相對(duì)高程；“方邪”，即地面坡度起伏；“迂直”，即實(shí)地的高低起伏距離與平面圖上距離的換算。,

5、9,賈耽， 唐朝人，他以裴秀的制圖六體為指導(dǎo)， 編繪出《關(guān)中隴石及山南九州等圖》與統(tǒng)一全國的大地圖《海內(nèi)華夷圖》等。內(nèi)容豐富、 位置準(zhǔn)確、繪制技術(shù)全面，不僅繼承了裴秀理論，而且還有創(chuàng)新?？s小為“華夷圖”和“禹跡圖”。朱思本系元代地理學(xué)家、地圖制圖學(xué)家。繼承裴秀、賈耽“計(jì)里畫方”法，注重實(shí)地資料的考證，并與地圖對(duì)照，慎重取舍繪成《輿地圖》，刻石于上清之三華院，可惜后來失傳。但其求實(shí)求精的制圖方法則影響了以后二百多年的地圖發(fā)展。裴秀

6、－賈耽－朱思本是元代前杰出的三大著名地圖學(xué)家，前后共約1000年，計(jì)里畫方的基本編圖法一直延用。,10,鄭和航海圖（明，茅元儀）,1. 從方便使用出發(fā)，從起點(diǎn)開始至終點(diǎn)，圖幅呈一字排列展開的連續(xù)拼接。 2. 采用“對(duì)景圖”的畫法，繪制山形形象與有方位意義的地物，可把圖與實(shí)地一一對(duì)景，盡快判斷出自己所處的位置。 3. 繪出平潮時(shí)的淺沙、礁石和港口、海島等航海用的地物要素與居民地、山地等。,11,—— 由清康熙

7、帝主持，中西方測繪人員合作，歷經(jīng)十年測制的中國第一部實(shí)測全國地圖.采用經(jīng)緯差各一度的梯形經(jīng)緯網(wǎng)格，詳細(xì)地表示了地形、水系、居民地及其漢字名稱。,清代的實(shí)測地圖《皇輿全覽圖》,（清內(nèi)府一統(tǒng)輿地秘圖局部，四排二號(hào)：山東半島、遼東半島）,12,清代的實(shí)測地圖《皇輿全覽圖》,該圖具有較高的精度，公元1717年成圖(康熙五十六年)，公元1719年制成銅版(康熙五十八年)，52.5×77cm ，比例尺 1:1 400 000，現(xiàn)藏于北京

8、圖書館。全圖按省分幅，共計(jì)41幅。特點(diǎn)：1. 采用了偽圓柱投影，以經(jīng)緯度制圖法繪制。2. 以漢、滿文共注地名，其中滿文用以邊疆，漢文用以內(nèi)地。3. 第一次實(shí)測了臺(tái)灣省地圖。,13,新中國成立后，地圖制圖得到了迅速的發(fā)展。 1950年組建軍委測繪局（后改為總參測繪局）。 1956年組建國家測繪局，領(lǐng)導(dǎo)全國的地圖測繪和編繪工作。 在完成覆蓋全國的1：5萬和1：10萬地形圖的基礎(chǔ)上，1：5萬地形圖已更新三次，1：10萬

9、地形圖已更新兩次。完成了全國1：20萬、1：25萬、1：50萬和1：100萬地形圖的編繪工作，并已建成了1：25萬、1：50萬和1：100萬數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫。,14,國內(nèi)近現(xiàn)代地圖作品介紹《申報(bào)館中國地圖集》（1934） 53幅 36 200地名《中國地勢(shì)圖》（1958）單幅 《中華人民共和國自然地圖集》（1965）222幅 36萬字《中華人民共和國歷史地圖集》（1999）540幅 30萬字 115《中華人民共和國人口地圖集》（

10、1986）142幅 36萬字《中華人民共和國農(nóng)業(yè)地圖集》（1989）300幅 36萬字《中國城市地圖集》（1992）2冊(cè) 幅 40萬字 779頁 450城市《中國歷史地圖集》（1992）8卷 300幅 40萬字 70 000地名《中華人民共和國國家經(jīng)濟(jì)地圖集》（1993）265幅 25萬字《中華人民共和國國家普通地圖集》（1996）248幅 50 000地名,15,國外地圖學(xué)的發(fā)展 4500多年前巴比倫陶片地圖→公元9

11、0~168年托勒密《地理學(xué)指南》27幅地圖并沿用至16世紀(jì)→中世紀(jì)大倒退宗教占支配地位→16世紀(jì)文藝復(fù)興地理大發(fā)現(xiàn)麥哲倫，哥倫布發(fā)現(xiàn)新大陸，荷蘭墨卡托投影編制海圖→18世紀(jì)出現(xiàn)以軍事為目的大比例尺地形圖→1891年第五屆國際地理會(huì)議上通過了編制100萬之一地圖的決議，出現(xiàn)各種專題圖→20世紀(jì)出現(xiàn)飛機(jī)探測制圖,16,古埃及繪在葦草上的金礦圖,陶片上的比倫地圖,17,,古希臘及托勒密時(shí)代的地圖： 托勒密：西方地圖學(xué)奠基人圓錐

12、投影法，是世界上最早的地圖制圖的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。托勒密著寫了8部地圖學(xué)著作《地理學(xué)指南》是對(duì)地圖學(xué)發(fā)展的極大貢獻(xiàn)。所附27幅地圖，是世界最早的地圖集。所繪的地圖在西方地圖史上具有劃時(shí)代的意義，一直使用到十六世紀(jì)。,18,托勒密世界地圖,19,,,20,古代歐洲人繪制的地圖,21,近代地圖測繪與傳統(tǒng)地圖學(xué)的形成 近代地圖學(xué)的發(fā)展是14世紀(jì)以后歐洲新興資本主義時(shí)代的產(chǎn)物。 這個(gè)時(shí)期地圖

13、學(xué)發(fā)展的主要?dú)v史事件是：（1）地理大發(fā)現(xiàn)奠定了世界地圖的地理輪廓 地理大發(fā)現(xiàn)為地圖制圖學(xué)家提供的資料和數(shù)據(jù)，被迅速吸收和反映在地圖集和地球儀上。從我國鄭和揭開15世紀(jì)海上探險(xiǎn)的序幕，到哥倫布、達(dá)·伽馬和麥哲倫等的地理大發(fā)現(xiàn)，基本上奠定了世界地圖的地理輪廓。,22,（2）16世紀(jì)地圖集的興起和盛行，總結(jié)了16世紀(jì)以前東方和西方地圖學(xué)的歷史性成就以荷蘭墨卡托的《世界地圖集》和中國羅洪先的《廣輿圖》為代表，總結(jié)了16世

14、紀(jì)以前東方和西方地圖學(xué)的歷史性成就。,23,墨卡托世界地圖 —— 探險(xiǎn)時(shí)代最著名的地圖學(xué)家荷蘭的墨卡托（Gerardus Mercator 1512－1594）于1538年繪制了第一張世界地圖，這是從北極的角度俯視繪制而成。貼在他擁有的托勒密地圖集內(nèi)。,24,,,25,（3）17世紀(jì)后大規(guī)模三角測量與地形圖測繪，奠定了近代地圖測繪的基礎(chǔ) 隨著資本主義的發(fā)展，航海、貿(mào)易、軍事及工程建設(shè)越來越需要精確、詳細(xì)的更大比例尺地圖。

15、加之工業(yè)革命后，科學(xué)技術(shù)水平得到了提高，新的、高精度的測繪儀器相繼發(fā)明，如平板儀及其它測量儀器，使測繪精度大為提高，三角測量成為大地測量的基本方法，很多國家進(jìn)行了大規(guī)模全國性三角測量，為大比例尺地形測圖奠定了基礎(chǔ)。清《皇輿全覽圖》《中華民國地圖集》英《泰晤士地圖集》……,26,（4）專題地圖的興起與發(fā)展 從19世紀(jì)開始，由于自然科學(xué)的進(jìn)步與深化，普通地圖已不能滿足需要，于是產(chǎn)生了地質(zhì)、氣候、水文、地貌、土壤、植被等各

16、種專題地圖。 我國專題地圖的編制主要表現(xiàn)在歷史地圖方面。楊守敬(公元1839～1915年)集前人之大成，經(jīng)過15年的努力，編制了《歷代輿地沿革險(xiǎn)要圖》70幅，是我國歷史沿革地圖史上曠世絕學(xué)的一部歷史沿革地圖集。,27,《國際百萬分之一世界地圖》800余幅《世界地圖集》蘇聯(lián)， 1954, 1967 (2th) 283頁 19萬地名《泰晤士世界地圖集》（ The Times Atlas of the World ）

17、 英國 1895 — 1985(7th) 520頁 21萬地名《新國際地圖集》（ The New International Atlas ）美國 1982 568頁(地圖320頁) 16萬地名《新牛津地圖集》（ The New Oxford Atlas ）英國 1975, 1978 (2th) 202頁(地圖107頁) 《世界國家地理圖集》（ National Geographic Atlas of the

18、 World ）美國 1963，300頁(地圖116頁) 12萬7千地名…………,國外近現(xiàn)代地圖主要作品,28,《泰晤士世界地圖集》英國 1895 — 1985(7th Ed.) 第十一版地圖集于2003年出版，對(duì)于這部有百多年歷史、但只曾改版11次的地圖集而言，相隔4年后的2007就要發(fā)行新版，顯示地球面貌正急劇改變。,29,傳統(tǒng)地圖學(xué)“封閉體系”的揚(yáng)棄 傳統(tǒng)地圖學(xué)是地圖生產(chǎn)之本，長期以來它成功地指導(dǎo)著地圖的生

19、產(chǎn)，今后也還會(huì)發(fā)揮重要作用。 傳統(tǒng)地圖學(xué)的特點(diǎn)：,地圖學(xué)的現(xiàn)代革命,? 個(gè)人技術(shù)對(duì)地圖質(zhì)量起決定作用? 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累是獲取知識(shí)的主要渠道? 傳統(tǒng)的師徒傳授技藝起主導(dǎo)作用,,30,地圖學(xué)的現(xiàn)代革命,1. 現(xiàn)代地圖及其制作的發(fā)展手工制圖方法；光學(xué)和機(jī)械學(xué)的引進(jìn)，是地圖學(xué)的第二次技術(shù)變革；光化學(xué)技術(shù)的應(yīng)用是地圖學(xué)的第三次技術(shù)變革。地圖制作的照相技術(shù)，對(duì)地圖學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大影響；計(jì)算機(jī)的應(yīng)用是

20、地圖學(xué)新的技術(shù)變革?，F(xiàn)在從地圖的編繪直到印刷版的制作，從數(shù)據(jù)的輸入到圖形的輸出，能做到基本擺脫手工操作，全部實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)化，地圖生產(chǎn)周期大大縮短。,當(dāng)?shù)貓D學(xué)走出傳統(tǒng)的“封閉體系”后，伴隨而來的是地圖制圖技術(shù)上的革命。,31,2．現(xiàn)代地圖學(xué)理論研究 發(fā)展了地圖學(xué)理論：地圖信息論、地圖信息傳遞論、地圖感受論、地圖符號(hào)論、地圖模型論、地圖認(rèn)知理論、制圖綜合理論等。 現(xiàn)代地圖學(xué)形成起重要作用的事件：,? 前蘇聯(lián)30?40年代提出的

21、一整套的制圖綜合理論、 基于光化學(xué)的制圖工藝、地圖和地圖集設(shè)計(jì)的方法? 法國貝爾廷（J.Bertin)的圖形變量理論? 英國博德（ Board)的地圖模式理論? 美國莫里斯(Morris)的形式語言學(xué)? 捷克的科拉斯尼(Kolacny)的地圖信息傳輸模型,32,1.10 現(xiàn)代地圖學(xué)理論,① 地圖信息論地圖信息論 研究地理環(huán)境信息的變換、表達(dá)和利用的理論。它著重研究地圖圖形的表示、轉(zhuǎn)換、傳遞、存貯、處理、利用等方面的技

22、術(shù)與理論問題。② 地圖信息傳遞論研究地圖信息傳遞過程和方法的理論。地圖信息傳遞理論在國際地圖學(xué)界曾進(jìn)行過熱烈的討論，提出了十多種地圖信息傳遞的模型。目前為大多數(shù)地圖學(xué)家所接受的是捷克的柯拉斯尼(A.Kolacny)所提出的地圖信息傳遞模型 。,（一）理論地圖學(xué),33,,,34,,③ 地圖感受論研究地圖視覺感受的基本過程和特點(diǎn)，分析用圖者對(duì)圖像感受的心理、物理因素和地圖感受效果的理論。,35,④地圖模型論 用模型方法去研究系

23、統(tǒng)，可大大減少認(rèn)識(shí)系統(tǒng)所花費(fèi)的代價(jià)。地圖模型論就是將地圖作為客觀世界的空間模型，用模型方法研究地圖，對(duì)深刻認(rèn)識(shí)地圖的功能及其在地理學(xué)科中的作用有重要意義。,36,⑤地圖空間認(rèn)知理論 認(rèn)知科學(xué)是由計(jì)算機(jī)科學(xué)、哲學(xué)、心理學(xué)、語言學(xué)、人類學(xué)、神經(jīng)科學(xué)交叉于20世紀(jì)70年代末才形成的關(guān)于心智、智能、思維、知識(shí)的描述和應(yīng)用的學(xué)科，研究智能和認(rèn)知行為的原理和對(duì)認(rèn)知的理解，探索心智的表達(dá)和計(jì)算能力及其在人腦中的結(jié)構(gòu)、功能和表示。,37,⑥地圖信息

24、可視化理論 可視化在西方多稱為視覺化，解釋為“不可直接察覺的某種事物的直觀表示”。 是一個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)中的概念，它是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖形，以便于研究人員觀察計(jì)算過程。在數(shù)字地圖條件下，地圖信息的可視化已經(jīng)成為當(dāng)代地圖學(xué)研究中的一個(gè)重要領(lǐng)域。,38,⑦地圖符號(hào)論 地圖符號(hào)論又稱地圖語言學(xué)，是20世紀(jì)末才提出的地圖學(xué)新理論。它是在20世紀(jì)60年代提出的地圖符號(hào)系統(tǒng)(前蘇聯(lián))和視覺變量(法國)理論的基礎(chǔ)

25、上，結(jié)合形式語言學(xué)逐步形成的。 地圖符號(hào)論研究作為地圖語言的地圖符號(hào)系統(tǒng)及其視覺特征的理論，探討地圖符號(hào)和圖形的構(gòu)圖規(guī)律、地圖符號(hào)及其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。,39,,,40,⑧地圖綜合理論 綜合制圖理論是研究制作綜合地圖的理論與方法。⑨地學(xué)信息圖譜理論 陳述彭院士等提出?！皥D”主要指空間信息圖形表現(xiàn)形式的地圖，也包括圖像、圖解等其他圖形表現(xiàn)形式；“譜”是眾多同類事物或現(xiàn)象的系統(tǒng)排列，是按事物特征或時(shí)間序列建立的體系。地學(xué)

26、信息圖譜是地學(xué)更高層次的表現(xiàn)形式與分析研究手段。,41,,（二）地圖制圖學(xué) 地圖制圖學(xué)包含實(shí)際制作地圖的工藝方法和應(yīng)用理論的學(xué)科。 普通地圖制圖學(xué) 專題地圖制圖學(xué) 遙感制圖學(xué) 計(jì)算機(jī)制圖學(xué) 地圖制印學(xué),42,自動(dòng)地圖制圖綜合的發(fā)展趨勢(shì) 自動(dòng)地圖制圖綜合是世界地圖科學(xué)研究難題之一，其研究重點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）地圖制圖綜合的智能化（2）基于現(xiàn)代數(shù)學(xué)理論和方法的空間數(shù)

27、據(jù)的多尺度表達(dá)（3）集模型、算法、規(guī)則于一體的自動(dòng)制圖綜合系統(tǒng),43,,（三）應(yīng)用地圖學(xué) 應(yīng)用地圖學(xué)研究地圖應(yīng)用的原理和方法。在應(yīng)用地圖學(xué)體系中，實(shí)際建立的學(xué)科有地圖分析、地圖解釋和應(yīng)用。,44,具有特殊的數(shù)學(xué)法則－－可量測性使用地圖語言－－直觀性實(shí)施制圖綜合－－一覽性,? 地圖特性及其現(xiàn)代拓展,,1.11 地圖學(xué)發(fā)展趨勢(shì),45,數(shù)學(xué)法則特性的現(xiàn)代拓展符號(hào)系統(tǒng)特性的現(xiàn)代拓展制圖綜合特性的現(xiàn)代拓展,由經(jīng)典

28、投影到新型投影；從球面到平面發(fā)展到從空間到平面；從地球投影發(fā)展到其他星球投影；由固定比例尺到不固定比例尺。,由手工制作修改難到機(jī)器生成圖形符號(hào)庫、色彩庫、地名庫調(diào)用易；由單一平面靜態(tài)符號(hào)到多維動(dòng)態(tài)符號(hào)；由視覺符號(hào)到聽覺、觸覺等多感覺符號(hào)。,地圖內(nèi)容由手工綜合到半自動(dòng)/自動(dòng)綜合；,,,,46,? 地圖內(nèi)容的構(gòu)成要素及其現(xiàn)代拓展,數(shù)學(xué)要素地學(xué)要素（內(nèi)容要素）輔助要素,,47,地形圖,數(shù)學(xué)要素,地學(xué)要素（內(nèi)容要素）,輔助要素,大

29、地控制（控制點(diǎn)）縮小程度（比例尺）地圖投影（經(jīng)緯網(wǎng)、方里網(wǎng)）,圖名圖號(hào)圖例圖表文字說明,自然要素社會(huì)人文要素,,,,,地形圖的組成要素,48,數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的拓展地學(xué)基礎(chǔ)的拓展,大地控制網(wǎng)拓展到全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)控制網(wǎng)。地圖比例尺由固定到不固定，由不變到可變。地圖投影：由經(jīng)典投影到新型投影，由地球投影到星球投影。,基礎(chǔ)地理：特大比例尺的地圖內(nèi)容越來越詳細(xì)，已拓展到無所不包的地步。地球科學(xué)：拓展到了地球系統(tǒng)科學(xué)下面其他許多

30、相關(guān)學(xué)科與領(lǐng)域。與地學(xué)相關(guān)的科學(xué)：已拓展的學(xué)科領(lǐng)域有空間科學(xué)、資源環(huán)境學(xué)、生命科學(xué)等。,,,49,地圖功能時(shí)代漂移的方面和重點(diǎn)（陳述彭）,50,1.11 地圖學(xué)發(fā)展趨勢(shì),創(chuàng)新的地圖學(xué)理論體系創(chuàng)新的地圖學(xué)技術(shù)體系例如：模擬地圖向數(shù)字地圖轉(zhuǎn)移；制圖向制圖、用圖并重轉(zhuǎn)移；品種單一向品種多樣化轉(zhuǎn)移：模型地圖、燈箱地圖、路標(biāo)地圖等；信息傳輸向地理信息深加工轉(zhuǎn)移；二維靜態(tài)地圖向三維動(dòng)態(tài)地圖轉(zhuǎn)移等。創(chuàng)新的地圖學(xué)應(yīng)用服務(wù)體系 地圖