地图学相关知识（一）

一、地图

地图是依据一定的绘制法则，使用制图方法，通过制图综合在一定的载体上，表达地球（或其他天体）上各种事物的空间分布、联系及时间中的发展变化状态绘制的图形。

地图是按照一定法则，有选择地以二维（2D）或多维形式（3D）与手段在平面或球面上表示地球（Earth）（或其它星球）若干现象的图形或图像，它具有严格的数学基础、符号系统、文字注记，并能用地图概括原则，科学地反映出自然和社会经济现象的分布特征及其相互关系。

地图是根据一定的数学法则，将地球（或其他星体）上的自然和人文现象，使用地图语言，通过制图综合，缩小反映在平面上，反映各种现象的空间分布、组合、联系、数量和质量特征及其在时间中的发展变化。

二、地图的主要特征

1、遵循一定的数学法则

地图是绘制在平面上的，必须准确地反映它与客观实体在位置、属性等要素之间的关系。

2、地图必须经过科学概括

缩小了的地图不可能容纳地面所有的现象。

3、地图具有完整的符号系统

地图表现的客体主要是地球。地球上具有数量极其庞大的，包括自然与社会经济现象的地理信息。只有透过完整的符号系统，才能准确的表达这种现象。

4、地图是地理信息的载体

地图容纳和储存了数量巨大的信息，而作为信息的载体，可以是传统概念上的纸质地图、实体模型、可以是各种可视化屏幕影像、声像地图，也可以是触觉地图。

三、地图的数学法则

坐标系统、地图投影和比例尺

1、坐标系统

坐标系统，是描述物质存在的空间位置（坐标）的参照系，通过定义特定基准及其参数形式来实现。
坐标是描述位置的一组数值，按坐标的维度一般分为一维坐标（公路里程碑）和二维坐标（笛卡尔平面直角坐标、高斯平面直角坐标）、三维坐标（大地坐标、空间直角坐标）。为了描述或确定位置，必须建立坐标系统，坐标只有存在于某个坐标系统才有实际的意义与具体的位置。

2、地图投影

地图投影就是指建立地球表面（或其他星球表面或天球面）上的点与投影平面（即地图平面）上点之间的一一对应关系的方法。将作为一个不可展平的曲面即地球表面投影到一个平面的基本方法，保证了空间信息在区域上的联系与完整。这个投影过程将产生投影变形，而且不同的投影方法具有不同性质和大小的投影变形。

3、比例尺

比例尺是表示图上一条线段的长度与地面相应线段的实际长度之比。公式为：比例尺=图上距离与实际距离的比。比例尺有三种表示方法：数值比例尺、图示比例尺和文字比例尺。一般来讲，大比例尺地图，内容详细，几何精度高，可用于图上测量。小比例尺地图，内容概括性强，不宜于进行图上测量。

四、地图的分类标志

地图分类是根据地图某些特点与指标对其进行归并与区分。可按多种标准与方法分类，如地图比例尺、制图范围、地图内容、地图用途、地图形式等。

五、国家基本比例尺地形图

1∶500、1∶1000、1∶2000、1∶5000、1∶1万、1∶2.5万、1∶5万、1∶10万、1∶25万、1∶50万和1∶100万。
不同比例尺的图幅所表示的经纬度范围如下表：

大比例尺地形图：比例尺>1:10万；

中比例尺地形图：1:100万≤比例尺≤ 1:10万；

小比例尺地形图：比例尺< 1:100万。

六、地图的主要功能

1、模拟功能

按比例制成与实物相似的物体，地图是经过符号化和抽象化的空间模拟模型。

从地图的模拟功能出发，地图模型具有直观性，一览性，抽象性，合成性，地理对应性，可量测性等。

2、信息载负功能

各种空间信息都可以用地图来表示

3、信息传输功能

信息传输的过程为：

制图者（信息发送者）把对客观世界（U）的认识（U1）加以选择，简化，得到地图制图者关注的内容S1；
将S1经过地图语言（符号化，编码）制成地图；
把地图通过地图语言（图形，色彩，文字）将信息传输给用图者（信息接收者）；
用图者通过对符号识别（译码）和对地图的分析和解译，形成对客观世界的认识U2。

4、认知功能

地图是通过地图语言来表达信息,它具有很强的直观性。通过地图语言可以获得对客观世界的认识。

七、地图的成图方法

1、实测成图法（大比例尺）

①野外地形测图（地面实测）

野外地形测图（地面实测）是应用不同的仪器设备，如水准仪，经纬仪，全站仪等直接在现场施测，获得测量数据，进行地形图制作，首先加密控制点，在所有等级的控制点上进行碎部测定，记录它的空间位置和属性，然后在室内按地形图的图式符号绘制成图。在对野外特殊地形进行测绘工作时，主要是采用相关的测绘仪器来进行相关信息数据的收集和汇总，在传统的野外特殊地形测绘中，主要采用的方法为全站仪测绘技术。

②摄影测量成图（航测）

摄影测量成图是指采用摄影测量方法进行，即首先利用飞机或其他空间平台,用光学仪器或CCD 器件对地面实施摄影，同时测定加密控制点,在室内建立地面的虚拟模型进行立体测图。

2、编绘制图法（中小比例尺）

①常规制图

根据地图、航空像片判读成果、统计数据、文字资料及必要的外业调绘，应用传统的制图技术编制地图的方法，属于常规编图。

编图所使用的资料的主次分为基本资料、辅助资料和参考资料。

根据地图制图资料和传统的地图编绘方法编制地图，称为常规地图。

常规制图，无论是普通地图还是专题地图，其生产过程均可分为地图设计，原图编绘，出版准备和地图制印四个阶段。

资料工作是地图编制的物质基础。在地图设计前准备中，必须广泛搜集各种制图资料。展绘数学基础在裱糊好图纸的金属版上，用坐标展点仪展绘图廓点，经纬线交点，坐标点和控制点，作为蓝图或棕图镶嵌控制用。出版准备工作主要是制作供出版用的印刷原图。将清绘或刻绘的出版原图，通过复照，翻版，打样等工艺复制成大量的地图成品的生产过程。

②遥感制图

遥感制图是指通过对遥感图像目视判读或利用图像处理系统对各种遥感信息进行增强与几何纠正并加以识别、分类和制图的过程。

航空和卫星数据是一种栅格数据，应用时首先要进行图像处理，一部分数据要矢量化，才能用于地形图更新、影像地图制作和编制专题地图。航空和航天数据包含了丰富的专题信息，它可以制作成系列地图。

八、“制图六体”的提出者

制图六体是中国古代最早的制图理论，为西晋时裴秀总结前人制图经验的基础上提出。在其《禹贡地域图》序中，他明确地提出六条制图原则，即“制图六体"：
一为"分率"，用以反映面积、长宽之比例，即今之比例尺；
二为"准望"，用以确定地貌、地物彼此间的相互方位关系；
三为"道里"，用以确定两地之间道路的距离；
四为"高下"，即相对高程；
五为"方邪"，即地面坡度的起伏；
六为"迂直"，即实地高低起伏与图上距离的换算。

九、古希腊地理学家——确定地球经度

托勒密，确定地球经度为360度。

十、地图学

地图学是以地理信息可视化为核心，探讨地图的理论实质、制作技术和使用方法的综合性科学。

十一、地图学的学科体系

包括理论地图学、地图制图学、应用地图学。

1、理论地图学（地图学的理论基础）

地图学概论、地图模型理论、地图信息理论、地图传输理论、数学地图学、地图符号学、地图感受理论、综合制图理论、制图综合理论。

2、地图制图学（编图方法和技术）

普通地图制图学、专题地图制图学、遥感制图学、机助制图学、地图制印学。

3、应用地图学（地图应用的原理和方法）

地图的基本功能、地图的评价、地图的实际应用、地图分析的方法论、地图分析利用步骤、地图分析利用方法、地图信息的自动分析与处理。

十二、地图的分幅方法

地图分幅是指按一定方式将广大地区的地图划分成尺寸适宜的若干单幅地图，以便于地图制作和使用。常见分幅形式有矩形分幅和经纬分幅。

1、矩形分幅

矩形分幅：即按一定大小的矩形划分图幅，使每幅地图都有一个矩形的图廓，其相邻图幅均以直线划分的分幅方法。

图廓呈矩形，相邻图幅以直线划分。矩形大小多由纸张和印刷机的规格（全开、对开、4开、8开等）而定。

优点：
①图幅间拼接方便。
②各图幅面积相对平衡，充分利用图纸和印刷版面。
③图廓线可避免分割重要地物。
缺点：
①制图区域只能一次投影，变形较大。
②地理位置不易精确描绘。

2、梯形（经纬）分幅

梯形分幅：是以具有一定经纬差的梯形划分图幅，由经纬线构成每幅地图图廓的分幅方法。

地图的内图廓近似梯形，常用于基本比例尺地形图。地图分幅时要顾及用图要求、纸张幅面和印刷条件。中国7种基本比例尺地形图均按经纬线分幅，以1∶100万地图为基础，按规定的经差和纬差划分图幅，因经线的收敛，各图幅尺寸不同。

优点：
①经纬度是全球性的统一系统，这样分幅使每个图幅都有明确的地理位置概念，便于检索；
②它可以使用分带或分块投影，控制投影误差，变形较小。

缺点：
①当经纬线被投影成曲线时，不便于拼接。（设置重叠带）
②随着纬度升高，图幅面积不断缩小，不便于充分利用纸张。（合幅）
③按一定的经差和纬差分幅时可能会破坏重要地理目标的完整。（破图廓或增加补充图幅）

十三、地图的分幅规则

全球的1：100万地图，在纬度0度到60度之间，按照经差6度，纬差4度进行分幅。在纬度60度到76度之间，相邻的两幅合并为1幅，在76度到88度之间，再次将相邻2幅合并，极地地区单独成为一幅地图。

十四、地图编号方法

1、行列式编号法：

编号为：“行号-列号”形式，也可是：“行号列号”。

2、自然序数编号法

将分幅地图按自然序数顺序编号。排列方法：自上而下，从左到右。

3、采用图廓西南角坐标公里数编号

采用这种方法编号时，x坐标在前，y坐标在后。如1：500精确到0.01,1:1000和1:2000精确到0.1km,如10.0-21.0。

十五、我国基本比例尺地形图编号

经度180度起，按经差6度自西向东，用数字1-60表示。从赤道起，按4度分别向南北两极分成22列，用字母A-V表示。每一幅图所在编号由行列字符组成。

十六、地球体的形状

地球形状，即地球的外形。随着科技的发展，人们对地球的形状已经有了一个明确的认识：地球并不是一个正球体，而是一个两极稍扁、赤道略鼓的不规则球体，地球的平均半径6371千米，最大周长约4万千米，表面积约5.1亿平方千米。

十七、地球体的三个表面

地球的自然表面、大地水准面、地球体的数学表面

十八、大地水准面的解释

大地水准面是指与平均海水面重合并延伸到大陆内部的水准面，是正高的基准面。在测量工作中，均以大地水准面为依据。因地球表面起伏不平和地球内部质量分布不匀，故大地水准面是一个略有起伏的不规则曲面。该面包围的形体近似于一个旋转椭球，称为“大地体”，常用来表示地球的物理形状。

大地水准面或似大地水准面是获取地理空间信息的高程基准面。大地水准面是描述地球形状的一个重要物理参考面，也是海拔高程系统的起算面。大地水准面的确定是通过确定它与参考椭球面的间距–大地水准面差距（对于似大地水准面而言，则称为高程异常）来实现的。

十九、表征地球椭球体的三个参数

椭球的长半轴 a
椭球的短半轴 b
椭球的扁率 (a-b)/a

二十、地理坐标

地理坐标是用纬度、经度表示地面点位置的球面坐标。地理坐标系以地轴为极轴，所有通过地球南北极的平面均称为子午面。地理坐标，就是用经纬度表示地面点位的球面坐标。在大地测量学中，对于地理坐标系统中的经纬度有三种提法：天文经纬度、大地经纬度和地心经纬度。