地图研究第2辑 | 郭仁忠，等：论地图的发展及其概念演化

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论地图的发展及其概念演化
郭仁忠 陈业滨 马丁 赵志刚 应申 朱维 韩德志

摘要:地图学是一门历久弥新的学科。在新技术与新需求的双重驱动下，地图精度不断提升，地图表达的对象及地图的类型也不断丰富，这引发了地图学学者对地图概念及其内涵的不断思考。本文首先梳理地图发展的历史过程，进而讨论了其概念定义的演变，以期能够明晰未来地图的发展趋势。

1 引言

地图是人类文明的产物，人类社会的每一次进步都推动地图及其概念发生演变。地图的发展经历了从原始粗放式描述地理空间，到逐步精细刻画地理对象和现象，再到在新需求牵引下产生不同地图类型，进而形成以多类型、多风格、连续化地图形式表达三元空间的基本历程。这一历程的基本驱动力主要源于科学技术的进步以及新需求的牵引。一方面，科技的进步驱动了地图载体从泥板、苇草、木板、纸质等“硬介质”逐步发展到了多媒体、电子书等“软介质”，极大地摆脱了物理载体对地图表达的约束。同时，在虚拟现实、融媒体、大数据、云计算等信息技术的驱动下，地图的表达能力不断提升，地图表达类型不断丰富，如虚拟现实地图、增强现实地图等；另一方面，新需求的牵引驱动了地图类型不断演化，为了凸显地图所承载的主题信息，满足信息快速传递的具体需求，出现了各种区别于传统地图的地图新形式，如Cartogram地图、地铁图等。地图学作为一门历久弥新的学科，地图的发展进程始终推动着学科体系的进一步丰富与完善。本文尝试梳理地图发展的历史脉络，同时讨论其概念定义的演化过程，期待能够通过对地图发展历程及其概念的认识，明确未来地图的发展趋势。

2 地图的演化历史

从有据可考的古巴比伦地图出现至今，地图的演化、发展经历了6000 多年的历史。结合中西方的地图发展进程来看，其过程大体可以划分为原始地图、古代地图、近代地图、现代地图四个阶段。
2.1 原始地图阶段（公元前2世纪之前）公元前2 世纪以前，由于认知水平以及技术手段的限制，人类仅能凭借对事物的客观印象与主观臆想，糅合形成对地理空间的粗略认知，并在泥板、苇草、木板、兽皮、甲骨等物理载体上进行刻画，形成对于现实地理世界与主观认识世界的概略表达。典型如4500 年前，古代苏美尔人以泥板为载体，采用简明的几何符号表达巴比伦地区的城镇分布。《古巴比伦地图》的制图者将古老的巴比伦城绘制在中央区域，海洋以环状分布在陆地周围，最外层的三角形以放射状表示其他地区。3300年前，古埃及人为了表示周边金矿的分布，在苇草上绘制了《金矿图》。《金矿图》通过简略的符号概略性地标识了房屋、水井、矿场通道、洗矿池等的空间分布。在我国甘肃放马滩一带出土了我国目前已知最早的地图—《放马滩地图》（约公元前239 年），这幅地图在木板上简略刻画了邽县部分区域的水系、沟溪、关隘以及地名注释等。可以发现，这一时期的地图受限于载体介质，仅能概略性地描绘小范围地理区域。同时在地图符号表达上较为简略，一定程度上掺杂了人类对现实世界的主观想象。
2.2 古代地图阶段（公元前2世纪—15世纪之前）公元前2世纪以后，地图学理论开始逐渐萌芽，制图六体、计里画方、经纬线、经纬度、地图投影等理论及方法被相继提出，推动了地图理论的发展及地图精度的提升。公元前2 世纪，埃拉托色尼编制了当时地中海区域人们所认识到的《世界地图》，并第一次在地图上绘制了经纬线；而后希帕求斯尝试将圆周划分为360 度，并以此测量地球上各点的经纬度。公元1世纪，托勒密在《地理学导论》中提出了圆锥投影和球面投影两种方法，并完成了《托勒密世界地图》。尽管《托勒密世界地图》存在错漏，只描绘了欧亚非三大洲，但对科学意义上地图学的发展作出了新贡献。到了中世纪（约400—1453年），受宗教与神话主义的影响，西方地图学发展经历了“黑暗时代”，这时的地图思想几乎被宗教的寰宇观所取代，形成与现实世界差距较大的《寰宇图》（又称“T-O 图”）。《寰宇图》认为，世界是个大圆盘，耶路撒冷位于世界中心，圆的南部一横分别是尼罗河与顿河，中间一竖为地中海，以此构成的“T”字水体，分隔了亚洲、欧洲、非洲三个大陆。与西方地图学的发展相呼应，这一阶段中国的地图学也出现了许多重要的理论。公元3 世纪左右，我国晋代地图学家裴秀提出了由“分率、准望、道里、高下、方邪、迂直”构成的制图六体原则。依据制图六体原则，形成了“计里画方”的地图绘制方法：先在图上布满大小一致的方格，方格边长表示实地里数，然后按照方格绘制地图内容，以保证地理对象表达的准确性。计里画方本质上遵循了比例尺绘图的思想，这一思想一直影响到我国清代初期的地图制图。唐代贾耽绘制的《海内华夷图》（801 年）、北宋沈括的《 天下州县图》（又称《守令图》，1076 年）、元代朱思本的《舆地图》（1320 年）等都采用了计里画方的绘制方法。基于计里画方的绘图方法，我国古代地图绘制的精确程度得以大大提高。
2.3 近代地图阶段（15 世纪— 21 世纪之前）

世界地理大发现与西方殖民主义热潮的兴起，促使人类探索世界的需求急剧增长。随着三角测量等更高精度测量方法的普及，为了满足国家管理或者对外殖民或者战争的需要，一大批具有统一规格且信息承载量巨大的实测地形图、航海图、专题地图和地图集不断出现。如我国的《皇舆全览图》、法国绘制的1∶5 万地形图、德国伯尔和斯的《自然地图集》等。这使得地图的客观性与精确性得到了进一步提升。20 世纪，科学技术的进步推动了地图学的快速发展，地图信息传输模式、地图符号论、地图感受论等地图核心理论相继产生，推动了地图学理论的进一步完善。地图投影、制图综合、符号系统成为地图学的三大基础理论，三者结合可以表达地理世界的对象、位置、结构和空间关系。其中，地图投影解决了地球球面到地图平面之间的矛盾，保证了客观地理实体在地图上表达的可量算性和精确性。制图综合解决了地理空间对象无限性与地图载体空间有限性的矛盾，保证了地图的分辨率与易读性。符号系统解决了地理空间复杂性与地图抽象性之间的矛盾，具有抽象和简化复杂地理世界的效用。

在地图精度提升、地图理论丰富的同时，在信息表达需求的牵引下，地图的可视化类型得到了进一步拓展。Cartogram地图、Flow地图、示意性地铁图等区别于传统地图的地图类型逐渐涌现。1851 年，为了突出对地理对象的属性信息表达，法国工程师查尔斯·约瑟夫·米纳德（Charles Joseph Minard）提出了Cartogram 地图，这种地图类型基于面积变形和距离变形的方式，用人口、经济、选票数量等属性值作为要素单元的面积大小代替原本不规则的行政区划轮廓，同时保留各个单元之间的邻接关系，以此突出反映地区人口、经济、选票等的空间分布特点。1869 年，米纳德以Flow 地图的形式绘制了经典的《拿破仑行军图》，该图以路径的宽窄表示军队数量，经纬度和地名表示军队行进路过的地点，颜色表示军队的行进方向，同时结合时间、温度等变量，刻画了拿破仑军队从“东征到败退”的时空过程。1933 年，英国电气工程师哈里·贝克（Harry Beck）设计了示意性地铁图。该图依据方位约束、长度约束、角度约束等规则条件，对地铁线路网络进行了抽象化表达，这种地图表现形式对站点间的真实地理位置进行抽象处理，突出了站点间的相对关系。在科学技术与新需求的双重驱动下，近代地图时期的地图表达精度得到进一步提升，地图的可视化类型愈加多样，同时地图的相关理论知识得到不断丰富，构建起了经典的地图学理论框架体系。
2.4 现代地图阶段（21 世纪之后）进入21 世纪以后，随着信息与通信技术（Information and Communication Technology，ICT）的快速发展，以4G/5G 网络、大数据、云计算、人工智能、虚拟现实和增强现实为代表的新技术改变了地图发展的技术背景和条件。地图的载体介质从“物理介质”过渡到“电子介质”，地图的信息表达能力得到了质的飞越。制图者可以实现地图基底的任意延展、扭曲、折叠，地图从平面静态发展到了三维化、动态化、虚拟化，出现三维地图、动态地图、游戏地图、隐喻地图、VR/AR/MR地图等众多丰富的地图形式。地图的制图角色从专业制图者拓展到了非专业制图者，大量未经专业训练的普通大众参与了地图数据收集、地图设计、地图制作、地图使用的各个环节。地图的服务对象从“人”拓展到“机器”，高精度地图的出现使得机器人自动巡检、智能驾驶等成为可能。地图表达的对象空间从地理空间、人文空间耦合形成的二元空间拓展到了包括信息空间在内的三元空间。地图表达的空间范畴从地球表面对象和现象延伸到了地球内部圈层、海洋深层、太空星体（即深地、深海、深空、深蓝），以及网络空间等，并由此产生了月球和火星地图、赛博地图、隐喻地图、游戏地图等众多新型地图。

3 地图的概念演化

3.1 经典地图概念

地图发展经历了“原始地图—古代地图—近代地图—现代地图”四个阶段，表达形式从对地理空间的概略描述，发展到以一定数理基础为支撑的精细化表达，并由此衍生出多类型、多风格、连续化的地图形式。值得注意的是，伴随着地图形式的泛化，地图的概念也一直在发生转变。1973 年，国际制图协会（International Cartographic Association，ICA）提出“地图是按照一定比例尺，将地球或天体表面的对象特征缩放到平面介质上形成的抽象表达”。1976 年，罗宾逊（Robinson） 等提出“ 地图是对地理环境的图形表示”。1990 年， 博德（Board） 提出“ 地图是一种以视觉、数字、触觉等方式表达和抽象复杂地理世界的工具”。1998 年，伍德沃德（Woodward）在《制图学史百科全书》中强调地图是人类对现实理解的抽象表示，主要用于辅助人类理解地理空间中的事物、概念、条件、过程和事件。

我国地图学家王家耀在《地图学原理与方法》中指出：“地图是根据构成地图数学基础的数学法则、构成地图语言基础的符号系统和构成地图内容地理基础的综合法则，将地球（或其他星体）表面缩绘到平面上的表象，反映了各种自然和社会现象的空间分布、组合、联系及其在时空中的变化和发展规律。”祝国瑞在《地图学》一书中提出地图的定义：“地图利用地图语言，将地球球面上的自然和人文现象，按一定数学法则和经过制图综合处理后，缩小反映到二维平面上，以反映各种现象的空间分布、相互联系、数量质量特性以及在时间上的发展变化。”王光霞等根据新时代下地图的数据源以及展示方式特点提出：“地图是以图形符号、三维模型、图像或数据形式，抽象概括或记录自然和社会现象的空间分布情况、联系及发展变化规律的工具。”基于上述学者提出的地图定义，我们可以发现，传统的经典地图主要刻画了地球（或天体）表面的自然和社会现象，其对象空间是地理空间与社会人文空间所构成的二元空间。由于技术手段的限制，地图载体主要以平面介质为主，这一定程度上束缚了地图的表达形式。由于地球球面与地图载体平面之间的矛盾，现实对象的无限性与地图承载能力的有限性的矛盾，以及地理空间复杂性与地图抽象性之间的矛盾，促成了地图投影、制图综合、符号系统三大制图基础理论的产生，并由此指导和引领经典地图的创作和发展。

3.2 地图概念的升级

随着信息与通信技术的进步，信息空间的介入打破了原本的地图表达范式，赛博地图、游戏地图、AR/VR/MR 地图、隐喻地图等在经典地图概念下均缺乏相应论述。而地图类型的泛化又促使地图概念进一步理论升级，以适应地图学发展的需求。2009 年，高俊在《换一个视角看地图》一文中指出，应当将地图边缘作品也纳入地图学的研究范畴。2017 年，卡克（Kraak）基于前人的地图理论，提出“地图是环境的视觉表达”a，其所指的“环境”涉及动态演变的地理现实，感知或认知的现实，虚拟的、人工的或模拟的环境。地图表达的手段包括了对象语义和地图符号的映射、隐喻、多尺度变化、可变维度等。2019 年，ICA 在《2019 — 2027 年战略计划》中指出，“地图是地理环境的抽象视觉表达”，这一定义打破了由“地图投影- 制图综合- 符号系统”构成的经典概念框架，将以往不满足该经典框架的地图也纳入地图的概念体系。典型如古巴比伦地图、Cartogram 地图、地铁图等的构建无须经过地图投影，而是依靠现实世界到地图空间的抽象，在保留相对空间关系的同时，建立对地理空间的地图表达。2018 年，笔者面向地图的泛化趋势，同时结合经典的地图定义，提出了泛地图的概念，以适应地图泛化的发展趋势。“泛地图是传统地图的延伸和拓展，是对地理、社会人文和信息三元空间的综合表达，是一种通过地图语言、形象思维、空间思维对三元空间对象进行特征分析，实现人与人、人与物、物与物之间信息获取、传递、认知等功能的广义地图表达。”泛地图尝试将从古至今，乃至未来的所有地图类型都纳入地图学的概念体系中，形成主客观世界及其融合的连续性、谱系化视觉表达。在表达对象上，泛地图明确地图表达的对象包括“地理空间、人文空间、信息空间”所构成的三元空间。静态的、动态的、有形的、无形的，现实的、虚拟的空间对象，都成为地图表达的目标对象。在表达手段上，泛地图强调以“地图语言、形象思维、空间思维”进行三元空间对象的抽象和具象表达，以空间化的思想表现具体的地图内容，这种空间化的手段可以是由现实抽象或虚拟构造而来的，也可是经由隐喻手段进行图形化的表达。在用户角色上，泛地图显化了现代地图的服务对象已从人拓展到物，机器成为地图的服务对象之一。而地图则成为实现信息获取存储、信息传递、辅助用户认知的专业工具。广义地图表达是为了区分与经典地图的差异，以明确泛地图是传统经典地图的进一步延伸和拓展。

综上所述，近年来国内外学者都对地图概念的涵盖范围进行了不同程度的扩充，地图对象空间从二元空间发展到包括信息空间在内的三元空间。以往各种被认为是地图边缘的作品也都被纳入地图学的研究框架体系之下，地图从对空间对象的抽象化表达发展到虚拟化、实景化，乃至虚实结合等多种形式。不同对象的表现形式基于一定的基准可以自由组合、嵌套，形成地图的多元创新表达。相较于经典地图，现有地图定义的升级挣脱了来自“地图投影、制图综合、符号系统”的理论束缚，不再仅强调对象位置、方向、形状、距离等精确空间信息的表达。原始地图及各类为凸显空间对象的要素信息、拓扑信息或者属性信息，以及转而对地图对象进行抽象化、属性化、示意性表达的地图类型，均被纳入地图学的研究范围。

4 结论

在科学技术与新需求的双重牵引下，经过6000多年的演化，地图经历了原始地图，古代地图，近代地图，现代地图四个发展阶段，地图的表达对象，表达类型，用户对象等不断丰富，地图的定义也随之不断演变。可以说，地图学是一门古老而又富有朝气的学科，历久弥新是地图学的基本特征。未来在新技术以及新需求的驱动下，地图必将进一步演化，期待未来在国内外众多地图同仁的共同努力下，地图学能够焕发更多的活力。

作者简介：

郭仁忠，教授，中国工程院院士，研究方向为地图学、三微地籍、土地资源管理和智慧城市。

陈业滨，深圳大学博士后，研究方向为地图学。

马丁、赵志刚，深圳大学智慧城市研究院。

应申，武汉大学资源与环境科学学院教授。

朱维，武汉大学资源与环境科学学院。韩德志，深圳大学智慧城市研究院。

初审：张艳玲复审：宋启凡
终审：金   君

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