地圖的發展與地圖學史

 摘要：本文分古代、近代及現代三個階段簡單回顧了地圖學發展歷史，介紹了各階段地圖產品及主要成果，著重對近代傳統地圖學的形成及其局限、現代地圖學的進展及其特點和優勢進行闡述,進而說明地圖學是一門充滿生機和活力的學科。
 關鍵詞：地圖學   傳統地圖學   專題地圖   GIS   地圖數據庫   機助制圖

Abstract: This paper briefly looked back the history of Cartology from the three stages of ancient times，recent times and modern age,introduced the map product and main results of each stage，emphasized the formation and localizations of traditional Cartology ,and expatiated the progress，characteristics and advantage of modern Cartology. All this show that Cartology is a science of vitality.
Key words: Cartology；Traditional cartology；Thematic map；Geographic information system；Cartographic database；Computer-aided cartography

 人類生活在地球表面，就必須認識、描述和分析自己賴以生存的環境(自然的、社會的、經濟的、文化的)，包括其中的諸事物、現象和它們的相關位置、依存關系以及變化和規律，這就是空間認知。空間認知是一種能力，是對事物和現象的發生、影響、因果 趨勢進行分析研究的基礎。從遠古時代起，我們的祖先就一直在尋找這種能描述和分析自己賴以生存的環境的工具，而地圖便是這樣一種最普通最常用的工具。從古代地圖的起源與萌芽到近代地圖的發展與傳統地圖學的形成，再到現代地圖學與地理信息系統，地圖經過幾千年的發展而長盛不衰，并且再可以預見的未來仍然不可取代。隨著科學技術的進步和社會需求的不斷增加，地圖學一直處在不斷的發展中，并且充滿著生機和活力。
1. 古代地圖的回顧
 地圖的起源與古代地圖
 大約在距今1萬至4萬年之間的原始社會，出現了用小塊石頭、樹枝在地上擺成的縮小模型，用來表示居住的位置及周圍的通行路線；大約在1萬至1.5萬年間,出現了在地上用線劃或簡單的符號表示地物的原始地圖；現在所能見到的最古老的地圖是公元前27世紀梁流域的蘇美爾人的地圖,這幅古老的地圖是雕刻在陶片上的。
 在我國，地圖的萌芽可追溯到4000年前的夏代或者更早。在《左轉》中記載的鼎地圖的傳說，由于“貢金九牧”而鑄鼎，且鼎上鑄有山川形勢、奇物怪獸，所以后人稱之為《九鼎圖》。后來的《山海經》中也繪有山水、動植物及礦物的原始地圖。隨著原始社會的逐漸解體和奴隸制國家的建立，有了行政統治和軍事征戰的需求，在客觀上促進了地圖的發展。3000年前西周為修建洛邑時繪制的洛邑城址地圖，是我國歷史上第一幅具有實際用途的城市建設地圖。《管子·地圖篇》對當時的地圖內容和地圖在戰爭中的重要作用進行了詳細的敘述，并指出“凡兵主者，要先審之于圖”，可見在當時地圖在戰爭的作用已經很受關注。《戰國策》記載的荊軻為刺秦王而獻督亢地圖的故事，說明在當時地圖象征著國家主權和疆域領土，獻圖就能接近秦王，足以說明封建統治者對地圖的重視。到了春秋戰國時期，地圖被用社會和生產實踐的各個領域，因用途不同而構成了不同主題的地圖，出現了我國地圖史上專題地圖的萌芽。
2. 近代地圖的發展與傳統地圖學的形成
 2.1. 近代地圖的發展及成果
 公元14世紀后,由于歐洲資本主義的興起和中國的羅盤、造紙、印刷等技術的西傳，推進了當時歐洲探險的地理發現，也推動了地圖的發展。從16世紀開始，出現了社會對新地圖的需要，當時最具代表性的地圖學家，在東方是我國的羅洪先，西方就是佛蘭德（Flanders）的墨卡托(Gerhardus, 1512-1594)。明代羅洪先編制的《廣輿圖》在《輿地圖》的基礎上編制而成，他按照一定的分幅方法繪制成地圖集的形式，是我國最早的綜和性地圖集。《廣輿圖》在當時具有較大的影響，先后翻了六次，流傳甚廣。墨卡托逝世之后才出版的《世界地圖集》是他的主要著作，他還創造了等角正軸圓柱投影，為了紀念墨卡托，該投影又被命名為墨卡托投影。墨卡托用等角圓柱投影編制的世界地圖，不僅收集并改正了所有天文點的成果，把當時所人的世界地理知識表示到圖上，而且由于墨卡托投影中等角航線被表示成直線，適用于航海，對航海事業的發展有很大幫助，其投影至今仍在航海圖和航空圖中應用。墨卡托的《世界地圖集》和我國羅洪先的《廣輿圖》總結了16世紀以前東西方地圖學發展的歷史形成就。
 十六世紀七十年代，在西歐各國出現了大規模的國家三角測量和地形測繪，并先后測制和出版了大比例尺地圖和中比例尺地圖。我國是亞洲最早以政府名義統一進行地圖測繪的國家，清朝乾隆皇帝期間就開始了全國規模的測繪工作，主要是測定全國的三角網。歷經十年的艱辛，終于在1718年完成了《皇輿全覽圖》，后來又編成中國分省圖。這些大規模的三角測量和地形測繪，奠定了近代地圖測繪的基礎。
 2.2. 傳統地圖學的形成
 大約在20世紀五六十年代，地圖學作為一個獨立的科學形成。一方面由于地理學、測量學、印刷學相繼成為比較完整的學科，為地圖學的形成與發展提供了外部條件；另一方面，由于地圖學本身在漫長的生產實踐中積累了豐富經驗，經過不斷的概括總結形成了一套系統而完整的關于地圖制作的技術、方法、工藝和理論。我們把這之前的地圖學稱為傳統的地圖學。
 傳統地圖學研究的對象是地圖制作的理論、技術和方法，以地圖制作和地圖產品的輸出作為其的目標。因而，英國地圖制圖協會把傳統地圖學定義為“制作地圖的藝術、科學和技術”。
 2.3. 傳統地圖學的局限
 傳統地圖的局限性主要表現在：信息滯后、儲存受限、傳輸方式單一、模擬能力有限、信息提取分析速度慢。
 由于傳統地圖的制作嚴格遵循手工制圖工藝，由于技術限制，其生產過程復雜，成圖速度慢、周期長，造成地圖更新慢，信息陳舊。因此，人們從傳統地圖上提取的往往是滯后的信息，由于其現實性不夠好，勢必造成應用上的局限性。
 傳統地圖采用地圖符號系統，用地圖符號的語言把地圖繪制（印刷）在平面介質上（如紙張、聚酯薄膜或紡織品），圖形符號語言是傳統地圖存儲、傳輸地圖信息的唯一形式。傳統模擬地圖是客觀世界的物質模擬，它用二位的平面表達立體的空間地理環境，用有限的圖幅展示內容無限的廣大世界，由于受到圖型符號語言、傳統模擬地圖表現形式和地圖載負量的的限制，在同一幅地圖上難以顯示同一地圖要素的多種分類、分級及詳細情況，更難以充分展示豐富的地理信息在數量、質量和時空方面的變化特點及規律。
 根據需要，應用傳統地圖提取地理信息并加以分析和研究，是人們認識客觀世界的常用方法。在計算機制圖出現以前，地理信息的采集很受限制，分析計算的手段也極其有限，只能依靠簡單的儀器或者手工操作，龐大的量算往往使得有些分析無法進行，導致地理信息的提取和分析受到很大限制，因而傳統模擬地圖的應用就有了很大局限性。
3. 現代地圖學的進展
 在傳統觀念中，地圖表示的對象是地球，表示形式是根據一定的數學法則，采用一定的符號語言，經過取舍、概括將地球上的現象用鮮花符號表示在平面上。隨著社會經濟的發展和科學技術的進步，人類的活動范圍從陸地逐漸向太空、海洋發展，因此地圖的表示對象和形式有了很大的變化。一方面，傳統地圖得到了不斷豐富和發展；另一方面，航空攝影、衛星遙感、電計算機等新技術也相繼引進，使地圖學理論基礎、工藝手段、表現手法的方面都有了很大變化。
 3.1. 現代地圖的新特點
 3.1.1. 專題地圖進一步拓寬領域并向縱深方向發展
 20世紀60年代以來，隨著大中比例尺地形圖與普通地圖的測制完成以及社會發展的需求，地圖學的發展有普通地圖轉向專題地圖，專題地圖的應用廣度和深度不斷發展，其理論與方法也日漸成熟。其中具體有：
 a.環境、海洋、城市、人文等專題地圖的不斷興起；
 b.由單一部門專題制圖項綜合制圖與系統制圖方向發展，由基礎性專題地圖向深層次、實用性制圖方面發展；
 c.由區域性、全國性制圖向全球性制圖發展，因為一方面由于氣候與環境變化涉及全球范圍，另一方面航天遙感技術的發展使得可以在短期內獲得全球范圍的遙感信息。
 3.1.2. 引進新技術而發展起來的的遙感資料制圖和機助制圖。
 遙感資料制圖是利用遙感像片和衛星影像來編制地圖。遙感制圖首先從航空攝影測量與制圖開始。1957年蘇聯第一顆人造地球衛星發射成功和1960年美國衛星的成功收回，使人類進入了衛星遙感資料制圖的新時期。20世紀70年代以來，美國相繼發射了陸地衛星、氣象衛星和海洋衛星等，現在世界衛星發射的數目越來越多，這些衛星夜以繼日地提供地球上陸地、海洋和大氣的遙感圖像和數據，對地圖科學的發展產生了多方面影響——保證了地圖的現實性、完整性，大大縮短了制圖周期。同時以二進制記錄的遙感數據便于直接輸入計算機進行各種必要的處理，從而實現了制圖自動化。
 機助制圖就是用計算機進行輔助制圖。機助制圖是從20世紀60年代人類把計算機技術用于制圖后開始的，后來從單一的機助制圖系統向多用途、綜合性機助制圖系統發展，即建立了較大規模的地圖制圖系統或稱地理信息系統（GIS）。機助制圖的主要環節是數字化，即把圖形轉換成數字，圖形數字化后輸入計算機根據需要進行處理，處理后的數字信息經過自動繪圖機輸出轉換成圖形，得到數字地圖或電子地圖。地圖圖形可以顯示在計算機屏幕上，也可以隨時打印輸出到紙上，這樣就得到紙質地圖。
 3.2. 理論地圖學的提出
 20世紀60年代以前，對地圖及其生產過程的研究都是從生產和技術的觀點出發，因而把地圖學稱作研究地圖編制的技術和方法的科學，60年代之后有的學者開始把地圖學分成“理論地圖學”和“實用地圖學”。把地圖學分成“理論地圖學”和“實用地圖學”使得地圖學探索的范圍向前推進了一步。盡管學術界對理論地圖學的含義仍存在著分歧，但有一點得到公認，那便是必須引進和應用橫斷學科一些理論和概念與地圖學嫁接，發展和建立理論地圖學。因為每一門學科都需要有自己的理論體系，沒有先進理論指導的技術是盲目的技術，沒有先進技術支持的理論是落后的理論，地圖學也不例外。理論地圖學的提出擴展了地圖學探索的范圍，促進了地圖學的發展，使地圖學的研究不致局限于技術的范疇，對進一步闡述地圖學的研究對象和理論建設，認識地圖學與遙感、地理信息系統的共性與個性，理解信息時代的地圖制作與應用特點，都具有重要作用。
 3.3. 現代地圖的優勢
 遙感技術和計算機技術的引進，拓寬了地圖學的研究領域，一方面地圖的信息源有了可靠的保障，另一方面地圖的表達方式更加豐富多彩，與傳統地圖相比具有很大優勢：
 3.3.1. 縮短了地圖的出版周期
 傳統地圖的編輯出版需要經歷一個漫長的編輯過程。但是當今時代人類獲取空間地理數據的手段有了很大的發展，如航空影片、GPS（全球定位系統）衛星數據、遙感影像等，使得人類可以實時動態、全面快速大量地采集、獲取數據，機助制圖系統從數據源獲取信息，進行編輯分析處理后，可直接制版出圖，大大縮短了地圖的出版周期。
 3.3.2. 解決了地圖數據的存儲和可實行之間的矛盾
 地圖的主要功能是用來完成圖形顯示和地理信息存儲量，傳統方法是通過出版出版各種比例尺的地圖測和地圖產品來實現這兩種功能。但是，隨著信息的迅速增長，在有限的紙張上呈現龐大的信息是一件難事，而且從可視的角度講任何小于0.1mm的特征，實際上均被忽略了，要想存儲更精確的數據就必須增達成圖比例，這樣紙張的大小就會成指數倍增加。然而，在機助制圖系統中，與其緊密相關的計算機數據庫可以存儲大容量的地理信息，各種電子媒介比任何紙張都具有大得多的存儲能力。
 3.3.3. 增強了地圖的顯示效果
 紙張地圖的顯示比較單一、固定，改變顯示方式就得重新繪圖，而且顏色也不能多變，但在機助制圖系統環境下，地圖可以隨時進行放大、縮小、全屏、漫游及動態顯示，并且可以填充進行彩色顯示，大大增強了地圖的顯示效果。特別是以遙感影像為基本內容，按相應的投影進行縮放糾正，再配上必要的普通地圖要素,制作成遙感影像地圖，直觀形象的影像信息更是豐富了地圖的表達內容。
 3.3.4. 提高了地圖的分析功能，縮短了紙圖的更新周期
 地圖功能中最重要的功能是分析地理信息的能力，紙質地圖的分析靈活性不好，分析手段有限、效率較低。但在機助制圖系統的GIS環境下，所有信息在邏輯上連續存儲并可以連續獲取，信息的提取快捷而方便，距離的量取和各種分析運算更是快捷、準確，大大提高了地圖的分析功能。在傳統的紙質圖生產中，更新一幅地圖就意味著重新印刷，這也比較耗時。在機助制圖，GIS系統可以方便地從幾種信息源輸入數字信息，組合使用多尺度不同比例尺的數據，常規的矢量地圖和遙感圖像可以很容易地一起處理，空間信息、大量文本和數據也可精確記錄，相對于傳統的紙圖，GIS下的現代電子圖可達到瞬息萬變。
 3.3.5. 解決了大量數據與高速查詢的矛盾
 對于一張地圖，我們要求能存儲盡量多的信息，又能快速查詢到我們所需要的細節，傳統的紙質地圖很難做到這一點。因為傳統的紙質地圖生產成本高、周期長，制圖者盡可能把最多的、有用的信息放在一張圖上，使其成為面向一般目的的普通地圖，這樣由于地圖在幅量的限制，就不能表示滿足用戶所需要的某些細節，而且查詢速度也較慢。但是，GIS擁有的巨大靈活性和先進技術，改變了地圖的設計、生產和應用，與GIS緊密相連的地圖數據庫不僅能存儲容量巨大的地理信息，而且是高速查詢成為可能。隨著計算機網絡技術的發展及未來信息高速公路的不斷增長，將會實現對更大范圍和更大領域的高速查詢。
 從傳統地圖學到現代地圖學的歷史轉變，由地圖學到地圖學與地理信息系統，說明地圖學是一個充滿生機與活力的科學，在新的世紀里地圖以怎樣的面貌和方式展現出新的生機，應引起我們的思考和關注。
 
參考文獻
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