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从科学技术的进步,看地图制图学的发展

[ 来源:互联网 | 时间:2005年08月04日 | 收藏本文 ] 【

国家基础地理信息中心 李莉

    国际制图协会(ICA)对地图制图学下的定义是“研究有关地图概念、生产、传播及研究的学科。”“地图是一种描述地理实体的符号化的图像,根据应用目的进行设计,恰当地描述空间关系,表现所选择的各种要素或特征,并经过地图制图工作者的取舍等富有创造性的处理而成”。地图作为一种传输地理信息的工具,是一种科学、技术产品。地图是依据一定的数学法则,使用专门的符号系统,经过取舍和概括,表现客观世界的图形产品。地图上表现着空间现象的诸多数量特征和质量特征及其联系和随时间推移的变化,使得用图者得到空间时度(坐标、长度、面积、高度、体积等)及其相互关系的信息,同时地图还带有艺术性。


      自本世纪初,地图学成为一门独立的科学。地图制图领域经历了几次重大技术革命,2世纪发明地图投影,15世纪创立印刷术,19世纪诞生航空摄影测量,20世纪60年代开始计算机地图制图技术的研究。中国测绘学历史珍贵文化在科学遗产中占有重要的地位。不少古代杰出的科学家们的光辉业绩和伟大的发明创造与测绘有关。如秦代的刘徽编著成书的世界巨著《九章算术》中专门有一章介绍测绘理论。《墨经》《周髀》、张衡地动说、祖冲之的“密率”等创立了古代测绘学的理论基础。2000多年前,随着黄河流域堤防和灌溉工程的兴建,产生了原始的农田水利地图测绘。西晋的裴秀和古希腊的托勒密奠定了古代地图学的基石。15世纪制作的《郑和航海图》、罗洪先的《广舆图》、荷兰人墨卡托的《世界地图集》反映了16世纪前的东西方地图学的成就。其后,采用经纬度制图法的《海国图志》和《历代舆地沿革险要图》等是我国近代地图学的地图作品代表作。这些成果都建立在测量学、地理学、数学、天文学等学科的成就之上。历代王朝的统治,战事运筹,疆域划分,水利建设,交通运输等有关国家兴亡的大计筹划,都靠测绘资料了解国情和认识世界,为其实施提供技术保证。地图学最先是由数学制图、地图编制和地图制印三个分支学科组成。而后发展增加了地图概论和地图整饰。近20年提出地图信息、地图信息传递、地图感受、地图图形符号论和地图模型等新的学说。早期的地图理论研究侧重在地图的数学基础、制图技术方法和制图综合的理论探讨。瑞士的制图学家E-duard Imhof比较早地提出了理论地图学中地图学体系的问题,他把地图学分为理论地图学和应用地图学;英国和法国的地图制图学者主张把地图学分为地图理论和制图技术两个部分;我国地图学者分析了国外学者的观点,根据当代地图学发展的特点和趋势,提出对现代地图学体系由理论地图学、地图制图学和应用制图学三个主要分支学科构成。20世纪60年代苏联出版了《地图符号系统设计的理论基础》一书,法国地图学家J.Bertin在1967年发表了《图形符号学》的论著,这两本书在国际被认为是奠定了地图符号的理论基础。70年代初,一些地图学家应用信息论的方法,提出地图信息传递理论的研究,阐述了地图实践活动的本质。随着对地图信息传输理论的研究,提出了地图模型论和地图感受论等,英国博德在《作为模型的地图》一文中指出:“地图是现实世界表象的模型,这是比较容易理解的,但重要的是地图也是一个概念模型。这个模型包含了有关现实世界的概括化了的精髓。在这种情况下,地图总是作为分析的工具,研究者在新的见解下来观察世界。”这些新的见解,丰富了地图理论研究的内容,促进地图理论研究的发展。

    工具的制造与发明是人类社会发展与进步的标志。人类在制造工具的过程中,不断寻求劳动工具与劳动对象的客观规律,这种规律的思考就是脑力劳动,也是科学劳动的开端。人类经历了石器时代到铜器时代,发明了制火技术、农业技术(制陶技术、冶炼技术)、以纺织机和蒸汽机为代表的蒸汽机技术和电力技术。1946年世界上第一台电子计算机ENIAC研制成功,以后经历了电子管、半导体、集成电路、大规模和超大规模集成电路几代计算机的发展。计算机是人类制造出来的信息加工工具。如果说人类制造的其他工具是人类双手的延伸,那么计算机作为代替人脑进行信息加工的工具,则可以说是人类大脑的延伸。

    人类的历史是地球史的几十亿年的两千分之一,而人类历史的99%以上的时间是漫长的原始社会。人类有自己的文化生活只有五六千年,而真正把科学技术广泛应用到生产上,并引起社会生产、生活的巨大变革还不到300年。普遍认识到科学技术是生产力,对人类社会进步起着推动作用,则只是近五六十年的事。现代科学技术给人类提供的知识和方法,正在改变着人们的生产方式、生活方式和思维方式。当今世界的国家经济、民族文化、社会生活、人民教育等各项事业,受到科学精神或生产技术的推动和引导。法国科学家狄德罗指出:“技术是为某一目的的共同协作组成的各种工具和规则体系。”阐明技术概念的这句话提出5个要点:1.把技术与科学区别开,技术是“有目的的”;2.强调技术的实现是通过广泛“社会协作”完成的;3.指明技术的首要表现是生产“工具”,是设备,是硬件;4.技术的另一重要表现形式——“规则”,即生产使用的工艺、方法、制度等知识,这就是软件;5.和科学一样,把定义的落脚点放在“知识体系”上,即技术是成套的知识系统。

    现代社会生产力的迅速发展以及社会活动的增强,使人类对于环境作用的强度比以往任何时候都突出,社会和经济等重大问题的决策无不与基础地理信息相关。计算机的问世和数字测图技术的发展,为空间数据的获取、表达、存储和提供利用提供了新的技术手段。


人类活动范围,经历了从陆地到海洋,从海洋到大气层,从大气层到外层空间的逐步扩展的过程。人类活动范围的每一次飞跃,都大大增强了认识和改造自然的能力,促进了生产力的发展和社会进步。20世纪兴起的航空摄影技术,尤其是彩色与多光谱摄影,从根本上改变了300多年发展起来的地形图的测绘和生产过程。多半个世纪以来,航天技术飞速发展,不仅为经济建设、科学文化和社会生活等各个领域的现代化提供了有力的工具,尤其是对地观测卫星系统的发展和应用,提供了大气学、地质学、生物学、植物学、环境学、海洋学和生态学等大量多种地面目标信息,为地形图和各种专题的制作提供了快速、丰富、源源不断的资料。导航定位全球系统,解决了大范围、全球高精度快速定位问题。航空、航天及全球定位系统技术的发展,为地图制图提供快速、真实的资料源,采用高新技术,缩短了地图制作和更新的周期,降低了成本。


从纸质地图发展到数字地图(电子地图),反映了计算机技术在地图制图领域中带来的技术革命。从20世纪60年代开始,一些发达国家开始计算机地图制图研究。经过40年的努力,计算机地图制图有了飞速的发展,尤其在一些以计算机技术为基础的算法和工艺研制方面取得了大量的成果,丰富的数字制图软件进入市场,极大地改变了地图的制作和使用方式。计算机地图制图是研究根据地图制图原理和地图编辑过程要求,利用计算机及输入、输出设备,通过应用数据库技术和图形的数字处理方法,实现地图数据获取、处理、显示、存储和输出。传统的地图生产模式是由大比例尺到小比例尺依次派生,而遥感资料与大量GPS资料的获取,摄影测量和数字图像处理技术的成熟与完善,突破了时间和空间的局限性,可以直接编制大范围的小比例尺的地图,并极大地丰富了专题制图内容。数据的采集方法,除遥感资料以外,由于数字化软、硬件的推出,为大量现存模拟图和资料的数字化提供了高效的工具。地图投影及其变换的理论和方法,通过软件形式,用户可以灵活自如地进行数据处理与变换。地图电子编辑出版系统的推出,打破了传统的地图制图与出版的分工界限,友好方便的“所见即所得”的地图设计系统,方便有效的工具,大大减轻了劳动强度,缩短了成图周期,提高了生产效率和地图制作质量,使得地图手工生产方式逐渐被数字地图生产所取代。
关于地图学的概念,随着科学技术的发展,人们认识水平的提高,地图学的理论也不断发展。现在人们把信息传输视为地图学的中心问题。按信息论的观点,地图是储存和传输空间信息的工具,它研究地理环境信息的传递、变换、表现、存储和利用。地图信息论不同于数学信息论,数学信息论是从数学角度来研究信息的存储、处理和传递的过程,目的是改善传递的速度和可靠性,而更加关注在此基础上能使信息接收者获取更多的信息,即输出信息可能大于输入信息。信息接收者由于其所具有的知识水平和技能,可能解译获取更多的派生信息。


地理信息系统(GIS)是计算机地图制图的延伸和发展。从其科学属性、方法和功能来看,与地图制图学有着千丝万缕的联系。系列比例尺地形图、地图集从某个角度上可以看成为模拟的基础地理信息系统和专题信息系统。空间可视化技术实现对无边无际、无缝连续的现实世界提供了一个多尺度的、多维的、多时态、多种信息源的可视域,通过海量数据管理、制图综合技术或对多尺度基础地理信息的组织,可以从宏观到微观,从过去到现在以及将来,实现大范围的空间漫游和纵深方向的信息检索查询。超媒体地理信息系统技术可参照基础地理信息实现连接和叠加,也可根据需要选取或屏蔽。信息既可是图形、图像、统计数据,又可是声音、录像多媒体信息、根据各种分析模型或直观明了的空间分布和相关信息显示,能够综合认识某一事物的特征和分布规律,便于进行分析和决策。随着网络技术尤其是国际互联网(Internet)的发展,移动通信技术的发展和普及利用,为地图提供进入千家万户的服务模式提供了技术平台,同时“e”电子信息技术也向地图学提出了新的挑战。GIS大有融入IT的趋势。仿真技术、虚拟现实技术和空间数据仓库都是当前地图制图领域研究的热点课题。 

     21世纪是不同领域科技创造性集成和融合的时代。科学和技术更加接近,各领域科技领域之间发生共鸣作用和共振现象。各种高技术都具有组合技术的性质,因此,技术不断向大型化、复杂化的方向发展。而大型、复杂技术成功的关键就在于由机械技术向“智能技术”的提高,所以从偏重硬件的发展路线转向注重整体的路线。


    1984年,邓小平同志发出“开发信息资源,服务四化建设”的号召。随着微电子技术、计算机技术、通信及网络等技术的发展,人们逐渐认识到材料、能源和信息是构成现代化发展和三大支柱资源。建立国家空间数据基础设施(NSDI)已成为各国测绘工作者研讨的主要题目。随着我国信息产业的发展和国民经济信息化进程的推进,基础地理信息已成为宏观决策、规划和管理、微观生产建设、科学研究和日常生活所需要的空间支撑信息。《中国21世纪议程》明确提出:“大力发展信息产业,特别是加快建设国家基础地理信息系统。”地图制图工作者将在“数字地球”建设中发挥重要作用。


    地图制图学是一门研究地图和制作地图的科学。它解决的中心问题是如何满足人们在社会生活所需要的地图,最大限度地造福于人类,服务于人类。20世纪60年代以来,建筑于“人与自然和谐关系”信息基础上的新的自然观与价值观越来越受到人类的重视与认同。现代技术的人性化与个性化特征,是人类更加以“尊重个人人文经验”为宗旨的伦理观念来规范现代人类的社会行为。一种全社会公众参与“磋商”的文化或社会现象正在兴起。


    21世纪,科学知识成为创新的主要动力与源泉,同时科学也进入了一个通过社会带来实际利益来表达价值的时代。地图产生于人类的生产劳动之中,是国民经济、国防建设和我们生活中的工具,地图较之文字,确有一目了然,雅俗共赏之功,在人类社会发展的进程中发挥着重要的作用。伴随着相关学科的科学技术进步,地图学在汲取各学科的成就的同时,不断发展与进步。(作者为现国际制图协会副主席)

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