现代地图学发展评述——地图制图技术的发展

尹超 高光明 中南大学地学与环境工程学院，湖南长沙 410083

现代地图学发展评述
——地图制图技术的发展

尹超 高光明 中南大学地学与环境工程学院，湖南长沙 410083

现代地图学以地理信息传输为中心，以研究地图的本质、地图的设计和制作技术以及使用方法为基本任务。随着科技的发展,传统的地图制图科学发生了深刻的变化,地图制图技术得到了大幅度的发展。地图制图数据源朝着多元化方向发展，地图生产技术科技含量越来越高，功能更加强大。

现代地图学；制图技术的发展；地图制图数据源；地图生产技术

1 现代地图学概述

地图学是研究有关地图的理论体系和技术系统及其应用的学科, 是一门研究以地图图形反映与揭示各种自然和社会现象空间分布、相互联系及动态变化的、技术与艺术相结合的科学。其研究对象是地球表层各种自然与社会现象的结构与特性的空间信息,集中表达了人类对地理环境的科学认识,展示了自然与社会现象的空间分布、内在联系及其时间变化等，也成为区域创新与科技地理研究的新工具。

现代地图学以地理信息传输为中心，以研究地图的本质、地图的设计和制作技术以及使用方法为基本任务。其中，地理信息系统是地图、机助地图制图系统和地图数据库的发展和延伸,是地图学发展的新阶段。地图学与地理信息系统的融合,充实了地图学的理论体系,丰富了地图学的研究内容,也拓宽了地图学的应用范围,赋予了现代地图学新的发展空间。现代地图学已经不是一般的应用科学,而是可以作为表现事物空间分布的科学了。而数字制图系统的应用,以及将人工智能、专家系统的概念和技术用于地图设计过程,也使得计算机系统具有模拟地图制作者的思维和推理能力，实现真正意义上的地图生产的自动化和智能化。

2 地图制图技术的发展

由于“3S”技术的发展以及计算机图形学、图像处理等技术的引入，地图制图的数据源、地图的生产过程都发生了很大的变化。传统的地图制图数据源主要是外业测量以及航空射影测量的数据或直接利用现有地图资料，经过制图人员编绘成新的地图。而目前地图生产的数据源却远远不止这些。GPS测量是地图生产的重要数据源。随着遥感技术的不断发展，高分辨率、多波段、多时相的遥感图像成为制图重要数据之一。

传统的地图生产工艺是利用各种绘图或刻图工具手工制图，由于计算机技术和计算机图形学在地图制图中的运用,数字化的生产方式已贯穿了地图生产的各个环节。利用模式识别技术可实现地图数据采集的自动化；在地图数据库和符号库的支持下,可以快速自动生成地图；地图制图综合专家系统已经在许多地图要素层上实现了自动化。目前出现了众多商业化的功能强大的桌面制图软件,如ARC/INFO 和Intergraph。随着地图印刷技术的发展，印前系统的不断完善,地图生产的全过程(包括地图设计、地图编绘、地图复制)已经可以实现数字环境下人机协同的半自动化甚至完全自动化。

2.1 地图制图数据源

2.1.1 传统地图制图数据源

传统的地图制图数据源主要是外业测量以及航空射影测量的数据或直接利用现有地图资料，经过制图人员编绘成新的地图。传统的地图制图数据源形式比较单一，并且外业测量获得的数据源由于人为因素或者天气、测量仪器误差等因素导致制作出的地图存在比较大的误差，精确度较低。航空摄影测量的数据也同样由于天气等因素的影响会导致误差。而利用现有的地图资料编绘出新的地图，耗费较多的人力，且精度不高。

2.1.2 现代地图制图数据源

新技术条件下新增加的制图数据包括GPS数据库和遥感图像等。地图数据是以数字地图的形式存储各种来源的数据,地图数据一旦建立,长久受益,可以发挥测绘专业优势,广泛地为社会各行各业服务,提供丰富多彩的数据产品,避免重复劳动,节约社会劳动力,创造更多的社会财富。同时可长期保留数据,动态更新,充分提高数据的利用率,创造更大的社会效益和经济效益。

（1）GPS

G P S 即全球定位系统（G l o b a l Positioning System），是利用人造地球卫星进行点位测量导航技术的一种。简单地说，这是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。因为GPS具有全天候、全球覆盖、三维定速定时高精度、快速省时高效率、应用广泛多功能的特点，使得GPS成为地图制图重要的数据源。GPS单机实时定位精度可达1～5米,可满足中小比例尺制图的精度要求,高精度的GPS静态测量可以达到1mm以内的精度,可满足大比例地图更新的要求。

（2）遥感

摄影测量学已有一二百年的历史,遥感学科是本世纪6 0年代提出并发展起来的,遥感是一种不通过直接接触目标物而获得其信息的一种新型的探测技术。它通常是指获取和处理地球表面的信息，尤其是自然资源与人文环境方面的信息，并最后反映在相片或数字影像上的技术。影像通常需要进一步处理方可使用，用于该目的的技术称为图像处理。遥感作为空间数据采集手段，已成为现代地图主要信息源与数据更新途径。随着新型传感器的不断研制、影像处理技术的进步,制图工作者不仅可以从低空、中空、高空飞机上,而且可以从人造地球卫星、载人宇宙飞船、航天飞机等空间飞行器上取得各种图像作为地图制图的数据源,这些图像的覆盖范围可以小至几百米,大到覆盖1/3的地球,图像类型不仅有黑白、彩色、彩红外片,而且有可见光、红外、微波雷达图像等,这些图像和探测数据经过处理后可以为制图工作者提取大量有用的信息。

2.2 地图生产技术

2.2.1 传统地图生产技术

传统的地图生产工艺是利用各种绘图或刻图工具手工制图，生产出来的地图叫做传统地图，即纸基地图。以手工绘图技术为代表的传统地图生产技术生产工艺复杂、难度大、工序多、生产周期长、劳动强度大、表现形式比较单一、标示方法少、彩色处理困难。纸基地图是空间地理环境的抽象化、概念化和可视化的图形符号模型,它是按照严格的数学法则和科学的制图法则,利用符号系统记录空间地理环境信息,能反映自然和社会现象的空间分布、组合、联系与制约关系。它具有静态的局部性,不能有效反映具有时间特性的连续变化的地理环境,无法进行动态分析。因为它适合人们较传统习惯的视觉读图效果,不需专门硬件设备即可携带使用。因此目前它在国民经济和国防建设中仍有不可取代的作用。但携带大批量的图纸资料,既不方便又不符合地图保密安全的要求。

2.2.2 现代地图生产技术

计算机地图制图是GIS采集、贮存、处理空间数据的有力工具和手段。严格地讲，计算机地图制图是以传统的地图制图原理为基础，利用电子计算机及其联结的输入、输出装置作为主要工具，采用数据库技术和图形数字处理方法，实现地图信息的获取、变换、传输、识别、存贮、处理、显示和绘图输出。它是一门正在迅速发展的应用技术学科。计算机地图制图又称机助制图。计算机地图制图系统侧重于可见实体的显示和处理，而对可见实体可能存在的非图形属性不太注重，然而这种属性在地理分析中却是非常有用的、必要的数据。

在80年代中期，随着数字地图及地理信息系统技术的发展和应用，随着计算机视觉化研究的深入，在侧重于空间信息的表现与显示的基础上，电子地图应运而生，发展成了一种新型地图，又称屏幕地图和瞬间地图。因其独特的动态性、交互性和探索性、多媒体结构等性能，它一经问世就得到人们的青睐。电子地图主要应用于政府宏观管理、科学研究、规划、预测、大众传播媒介、信息服务等领域。另外，它与全球定位系统(GPS)相结合，在航天、航空领域、军事领域以及汽车导航中也发挥着十分广泛的作用。目前，在国际上影响较大的电子地图有美国世界影像电子地图集、加拿大国家电子地图集。在美国、英国、日本等国用于政府高层宏观决策与信息服务的电子屏幕显示系统中均有大量的电子地图。随着发展，众多的地理信息系统的应用成果也都以电子地图的形式来展示。

电子地图与纸基地图相比其最大特点是,数据存储与显示是分开的,地图内容通过数字化形式存储在相关介质中,应用时,由读图系统界面提供符号化图形。电子地图具有多媒体等技术优势,充分地体现了地图绚丽多彩、形式多样化的现代艺术设计手段,如图形图像学支持下的3维立体地图、虚拟现实技术支持下的现代化的地图产品。

数字地图具有信息负载量大、传输迅速方便等特点。地图制图可以凭借在地图上的强大专业优势,向其他行业提供数字地图,节约社会必要劳动时间,创造更大的社会效益与经济效益。光盘、磁带等存储介质容量大,稳定性、安全性高,可以用于装载传送数字地图；目前计算机网络技术空前发展,数字地图可以形成标准格式,通过Internet的Email等形式直接传递给用户。这也是地图的新技术产品以新技术方式为社会服务的关键所在。家庭计算机的拥有量正迅速增加,广泛开发应用的地理信息系统产品与传统地图相比,GIS数据源在增多,数据量在增大；在遥感等技术的支持下,可保证数据的现势性；数据查询、检索方式灵活多样,信息传输的可选性增强；通过数据分析和计算,可以为用户提供大量的派生信息；计算机图形技术提供了多种多样的地理信息产品及传输方式。因此大力发展桌面GIS,并使之进入千家万户,使地图产品和服务方向产生一个新的质的飞跃。

3 结语

通过本文可以发现，随着科学技术的迅猛发展，地图制图技术产生了前所未有的变革。地图学在先进技术应用飞速发展的时代,其先进的理论及其对实践的指导必须跟上时代的步伐。地图产品的生产应该朝着人性化的方向发展，适应新技术的工作流程。数据采集应该更加多样化，把传统方法和现代方法相结合，促进地图数据库的更新和丰富。地图生产技术应该综合运用现代地图生产技术的先进方法，使得地图的功能更加强大。

[1]廖克.现代地图学[M].北京：科学出版社.2003

[2]廖克.现代地图学的最新进展与新世纪的展望[J].测绘科学.2004.2

[3]杨剑霞.现代地图学及其发展趋势[J].世界科学.2006.6

[4]颉耀文，任建波.地图学的现代发展与教学内容改革[J].高等理科教育.2004

[5]张清浦.现代地图学的发展特征[J].中国测绘报.2004.10

[6]刘岳.现代地图学发展的主要特征和今后方向[J].中国测绘.2002

[7]全星日.地图制图技术及发展方向[J].东北测绘.2001

[8]邬伦等.地理信息系统-原理、方法和应用[M].科学出版社.2001

[9]丁明柱，熊苹.利用DTP及数字印前技术改造传统地图生产工艺[J].东北测绘.1998

[10]郭重辉，吴江.电子地图综合应用体系的形成与发展[J].新疆有色金属.2007

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.021

尹超，男，2003-2007年于国防科学技术大学计算机科学与技术专业毕业，2 0 0 8年至今在中南大学地学与环境工程地图学与地理信息系统专业在读硕士。