地图背后的奥妙

李功发

当你使用地图时，有没有想过你手里的地图是否准确？它会不会把你引入歧途？在人们的心目中，地图最能如实地反映这个世界，它是值得信赖的帮手。但仔细观察地图，你也许就会发现“差错”，不加解释的话，甚至可能动摇你对地图的信任。

有时地图上显示出一条弧形线路，而你实际去走一趟，却发现那是一条直线。同一块陆地在不同的地图上被绘成了不同的形状，比如，南美洲地图上的南美大陆要比世界地图上的丰满;世界地图上的俄罗斯宽而扁，而在俄罗斯国家地图上，它却像一个两头上翘的弧形。难道这些地图有问题？

并非地图有问题。这些让你困惑的现象牵涉制作地图过程中的方方面面，测量、数据处理、绘制，还有地图的用途等地图背后的奥妙。

曲面的地球

现在假设半个西瓜是北半球，把它挖空，再把它拍平在一个桌面上。瓜皮必然变形、开裂，那些原本连在一起的花纹也分离了。设想瓜皮的花纹是地球表面的海岸线、国家边界、道路、河流、山脉，当它们被迫在平面上表现出来的时候，就失真了。所以说平面的地图是没有完全准确的。不管你的测量多么准，都不可能在平面上准确地重现曲面的大地。要想把曲面展现在平面上，有专门的方法，地图专家称之为“投影”。

为了满足不同地区、不同用途的地图的要求，需使用不同的投影法。有史以来，地图专家已经发明了300多种投影法。用不同的投影法得到的地表形状也不尽相同。

每个环节都可能产生误差

制作地图是一个浩繁的工程，从测量、收集数据到处理数据，再到绘制，其间无论是设备、数据，还是人的操作，每个环节都有可能产生误差。

实地测量时，风可能吹动了仪器，使其角度发生偏离。空气密度不均匀，则会使光线发生偏折。在沙漠中测量时，工作人员会尽量避开中午这段时间，因为中午气温高，空气对流剧烈，光线偏折较大。

航空拍摄时，也会产生一些误差。我们看地图，绝大多数是从空中俯瞰大地的视觉感受，看图的人就好像从飞机或者卫星上看下来。当你专注于垂直下方的一小块地区时，可以认为误差很小;而当你看向斜下方时，再加上地表是曲面的，误差就产生了。航空摄影获得的图像就含有这种误差，所以必须经过处理才能用于绘图。

最好的仪器设备本身也会有误差。就连GPS（全球定位系统）也避免不了卫星轨道不够精确等因素，而影响了测量精度。

如果下一次测量时采用上一次测量的数据或者经过计算、处理的数据，就可能出现误差累积，精度会越来越低。

不过，在测绘过程中，专业人员都明白存在这些误差，所以会采取各种手段纠正误差。测绘发展的历史，就是减少误差的历史。

地图各有用途

作为一个地图使用者，也许你认为地图越精确翔实越好。然而，事实上，地图既不可能绝对准确，也不见得有这个必要。每张地图都有一些特定的用途。一张地图只要满足了特定的需要，它就是好地图。

一般的观光客需要了解公共交通、名胜景点或商店的位置，用城区交通图或景点游览图就足够了。这一类地图强调示意性，而不强调比例真实。例如有的旅游景区地图，就往往不按比例画一块区域的面积大小、一条道路的曲直、两个村镇之间的距离，而重在标示方位和相互关系，直接的好处就是把景点紧凑地标出来。这样的地图，国外旅游业用得很多，但都要注明“此图不按比例”，以免误导看图者而造成麻烦。

除了景点游览图和交通图，人们还需要植被分布图、特殊用途的地形图，甚至公共厕所分布地图。对于女性而言，也许需要犯罪率统计分布图……我们还需要地下水污染图、湿地地图、社区的活动地图。2002年，英国还绘制了世界上首张噪音图。

既然每张地图满足的需求不同，图中表现的内容就不一样，精度的要求也不一样。比如，表示地势高低的等高线对市区交通图就毫无意义，植被分布在公厕图上也成了碍眼的累赘。

绘制地图越来越难

早期的人类除了自己所在的地方，很少了解其他的地方。所以，几乎所有古地图的边缘都语焉不详。

绘图技术在古希腊时代曾有过突破性的发展，可惜在中世纪黑暗时代停滞了。15世纪——17世纪的地理大发现使人们开阔了眼界，地球在人类面前逐渐显露出整个面貌，地图也越来越完整。当哥伦布在寻找印度的途中误打误撞发现了美洲大陆后，殖民主义者就迅速把绘图师派往新大陆绘制地图。

早期的美洲地图有无数个版本，是随着殖民者迈进的脚步而一步步扩大、细化和完善的。几乎所有稍有名气的探险家都绘制过地图，而他们的测量手段也非常原始，主要靠观察。驾船沿着海岸一点点地走，或者一步步跨过荒原，再加上一些观测天体和气象的技术，另外就是凭经验和知识去猜测。

科学化的测量在人们心目中，是测量兵扛着标杆翻山越岭的情景，这就是实地测量。从用平板仪观测到手绘，再到高度、距离、角度三合一的全站仪，还有利用激光扫描直接存储数据的激光测距仪，地图的精度在一步一步地提高。GPS也使工作方便了許多，只需把接收装置安放在被测地点，就能得到这个点的坐标。GPS在军事应用中，误差甚至不超过l米！

航空航天技术使测绘事业如虎添翼，使人类的视野能够扫视到地球表面任何一个角落，而且在测量地形时比人员前往实地测量更精确。过去，亚马孙雨林和撒哈拉沙漠深处的细节只能靠假想画在地图上。进入太空时代以来，卫星摄影得到的照片证实那不过是绘图师们聪明大脑的虚构物，现在已从地图集里删除了。

据说在珍珠港被偷袭之前，日本派人冒充画家，从夏威夷的山腰观察美国军舰，画下港湾的地图，为发动攻击的日军飞机提供了重要情报。但现在人们只要花几百美元就可以买到非常细致的商业卫星照片。有专家说，美国人出售的商业卫星照片精度最高的达到分辨率0.61米。而美国军用侦察卫星“大鸟”，获得的影像分辨率能达到0.3米。但是，尽管航拍和卫星遥感已广泛应用于测绘，实地测量仍是一个不可替代的环节。

地图测绘前景必将是这样的：位于绕地轨道上的空间飞行器，直接把获得的信息传送到地面的资料处理中心，立即自动成图。做到这个程度的意义不只在于获得精确的地图，还在于它的即时性，可以随时获得地理、人文、军事等各种信息的变化。