“地图学与地理信息系统”系列科普-信息工程大学孙群教授：认知世界，智绘未来
日前，由中科院地理科学与资源研究所、信息工程大学、武汉大学资源与环境科学学院联合举办的“地图学与地理信息系统”学术科普系列活动圆满落幕，此次活动设置地图学、地理信息系统应用、地理信息科学教育等三个板块，由六位业内知名专家做精彩报告，现将报告视频及图文资料整理成六期推文分享给各位读者。
一、话说地图
当今社会，地图无处不在。地图是人类认知世界最好的工具。世界政区图展现了世界的全貌，呈现了地球上陆地和海洋的空间分布，表示了各个国家的形状以及所处位置。竖版中国地图，将我国南海同陆地一起完整地表示出来，全景展现了我国的海陆疆域，有助于提高国人的海洋意识。
用地图表达地理空间与分布一目了然，长江经济带区域图清楚地表示了长江经济带的范围、位置和组成。城市在当今社会越来越重要，是地图表达的重要对象之一。北京市中心城区地图和首都功能核心区地图将北京市的中心城区和首都功能核心区清楚地呈现在使用者眼前。
地图除了表示政区和区划，更多地用来表示自然环境。世界地貌图很好地表示了地球陆地和海底的地形起伏与自然环境。从中国地势图上，一眼就能看出我国地势呈现出的三级阶梯以及西高东低的特点。珠峰地图让人们能够了解珠峰附近陡峭的山脊和大片的冰川。多数时候，用很长篇幅的文字描述地理环境，都不如地图形象直观，这也就是一图胜千言的道理。
相信，绝大多的数人都没有去过南极，但是通过南极洲地图，不难看出，遥远的南极形似盛开的冰雪灵芝。地图也可以用来描绘海洋，这就是海图。利用地图能够表示地球上洋流的类型、空间分布和流动方向。在三维地图上可以动态地展现出洋流的流动情况，这种风格模仿了梵高的世界名画《星月夜》，美轮美奂。
地图与我们的生活也息息相关。新冠肺炎疫情地图结合信息图表将当前我国疫情的分布及发展态势详尽地表达出来。天气预报这样的节目同样离不开地图，如果没有了地图，这个节目的效果会大打折扣。
旅游也离不开地图，在地图上重点表示了旅游景点和交通路线。游戏的世界同样需要地图，它是玩家认知游戏世界的得力助手。在北京冬奥会闭幕式上，下一届东道主意大利用街区地图代表现代之城米兰，用等高线地图代表自然之城科尔蒂纳丹佩佐，以一种观众都能理解的方式，完美地诠释了“双城璧合· 聚力联辉（Duality, Together）”这一主题。
手机地图目前已经成为人们日常生活的必备工具，手机地图不仅可以定位、打车、查找周边场所，还可以进行路线导航，在帮助人们准确到达目的地的同时，有效降低违章。从版图到自然环境，从日常生活到交通出行，从科学研究到人文社会……，地图的世界远比我们想象的更精彩和更广阔。
我国著名地图学家、高俊院士曾经这样总结地图：“地图产生于人类的社会实践，是表示客观世界最有效最简洁的方法，是人们认识周围环境和事物的结果，更是人们认知世界的工具，是人类生活的知心伴侣”。
二、地图的演化
在人类社会发展的历史长河中，地图的历史和人类社会同样悠久。当人们学会用简单的方法描述生活环境的时候，就出现了地图。《古巴比伦地图》是目前发现的“最早的地图”之一，距今已有4500多年。《都灵莎草纸图》是一幅距今3300多年的古埃及地图，描绘了尼罗河和红海之间金银矿产的分布。我们的祖先也很早就开始绘制和使用地图了，比如我国先秦时期的《放马滩地图》和西汉的《马王堆地形图》。
相信大家都知道“荆轲刺秦，图穷匕见”的历史典故，正是由于督亢地图的重要性，荆轲才能以献图的名义晋见和刺杀秦王。农耕社会的发展，使地图的制作水平不断提高。到了魏晋时期，裴秀不仅绘制了18幅《禹贡地域图》，而且总结了前人和自己的制图经验，创建了“制图六体”。宋朝的《禹迹图》和明朝的《广舆图》也是我国古地图的杰出代表。
地图的出现，改变了人们认识世界、了解世界的方法。明朝著名航海家郑和先后七次下西洋，历时20余年，制作出当时最详细的航海图《郑和航海图集》。从15世纪末到17世纪，随着航海事业的发展，哥伦布发现美洲、达伽马开辟印度新航路、麦哲伦完成环球航行……，奠定了世界地图的地理轮廓，人们对世界的认识愈趋完整，这成为完善世界地图的基础和全新的动力。技术的进步和社会的发展，使地图不断演化。
从岩壁、石板、陶土、泥板、兽皮、织物、金属到纸张，地图的载体不断发生变化。从政治、经济、军事、交通、宗教到农业管理，地图制图目的向多样化发展。到了近现代，大规模的三角测量、航空摄影以及地图印刷复制技术使地图测制水平有了重大进步，比如法国卡西尼家族最早用三角测量法进行测量并绘制了《法国地图》，是对法国进行的首次精确勘测成果。
人类社会的发展，科学技术的进步，都在地图的演化与应用中得以体现。在上个世纪五、六十年代，人们开始利用计算机来处理地图内容，充分发挥其修改方便、产品多样、现势性好和易于共享的优点，各种数字地图和电子地图应运而生。根据应用需要，生产了大量地理信息数据，制作了计算机环境下使用的多种数字地图和电子地图。
我国现已建成覆盖陆地国土1:5万甚至1:1万尺度的数字地图和地理信息数据资源体系，并开始了全球测绘的进程。测绘地理信息技术的发展已从手工测绘实现了数字化测绘，正在向智能化测绘迈进。地理信息实现了从无到有，并走上动态更新之路。
也正是由于生产方式的进步，才带来地理信息的越来越新、越来越全和越来越好。人们充分利用了互联网和移动通信技术的优势，将地图的使用普及到千家万户、各行各业。
除了地理信息数据，采用计算机地图制图的方法生产了大量的纸质地图，以及众多的集科学性、知识性和综合性为一体的地图集。每一部地图集都是一部百科全书，是各行各业科学研究的结晶，比如《中华人民共和国大地图集》、《世界地图集》以及《深圳市地图集》等是其中的杰出代表。《深圳市地图集》，用地图故事展示了城市力量，呈现了深圳40年的巨变，重点表示了深圳印象、创新发展、自然资源、人文社会、海洋城市和鹏城新貌等主题。
通过采用了城市三维模型、遥感影像和地图等多种形式，提升了图集的表示效果。伴随人类社会的进步，从古代地图到现代地图，从纸质地图到数字地图，从地图到地理信息数据，我们看到了地图的演化和发展，感受到地图与地理信息与时俱进的生命力。
三、地图的特性
地图的第一个特性是使用地图投影——保证了地图精度和可量测性。地球是一个不可展曲面，要将其内容投影到平面上，必须使用地图投影。通过地图投影，能够将地球面上的地物、地貌和现象投影到地图平面上去。我国1：25000或1：50000的地形图都能保证投影误差小于千分之一，即地面上1000m的距离，图上量测结果与实际误差小于1m。
地图的第二个特性是使用地图符号，保证了地图内容的直观性和易读性。地图符号形象、简洁，与表示对象具有对应和解释关系。用地图符号表示地图内容不用培训和解释，人们都能看懂、理解其中的含义。这也是手机地图得以普及的原因之一。地图符号不仅可以表示要素类型，还可以表示要素级别的高低和数量的多少。
地图的第三个特性是实施制图综合，保证了地图的清晰性和一览性。随着地图比例尺的缩小，地图上只选择和保留较为重要的内容，简化图形轮廓，减少分类分级。
通过制图综合，在阅读任何比例尺的地图时，都能保持内容清晰，要素适中。在手机地图上，随着浏览范围的逐步扩大，地图上细节就会不断消失，被更大范围的整体内容所代替，这就是制图综合的效果。
由于有了制图综合，地图不是地球表面机械地缩小，而是将地理空间现象进行有选择地、形象化地再现。这样地图就便于认知，更适应于人的视觉感受能力。通过制图综合使得地图在任何时候，都能恰到好处地显示所要表达的内容和信息。
地图的三个特性决定了地图通常都具有很高的精度，而且形象直观、清晰易读，是地图科学性的集中体现，与摄影照片和风景图画相比，地图更准确、更简洁、更实用、更受用户欢迎。
四、地图学
王家耀院士指出：“地图学是一门研究利用地图图形或数字化方式科学地、抽象概括地反映自然界和人类社会各种现象分布变化的科学与技术，需要对地理信息进行一系列的处理才能实现其目的”。
地图学主要包括理论地图学、地图制图学和应用地图学三大部分。理论地图学研究地图科学反映客观世界以及有效表达地理环境的相关理论。地图制图学研究计算机制作各类地图的技术方法。
而应用地图学研究地图的应用领域、应用方式和实际效果。地图学与地理学、测绘学、信息科学、认知科学、心理学、数学等学科都有紧密的联系，具有综合型学科的特点，融科学性、技术性与艺术性为一体。
在人工智能时代，社会发展与人类生活，对地图学的研究内容——地图与地理信息服务提出了新的、更高的要求。
五、新型地图
三维地图是新型地图和地理信息产品，城市三维模型是数字城市和智慧城市的基础。目前自然资源部正在全面推进实景三维中国建设。
当我们身处在大型商场、地下停车场等场所时经常容易迷路，这时就要使用室内导航地图。室内导航地图对消防预案制定和室内应急指挥调度有着重要的帮助作用，同时还能提高就医、图书阅览等公共场所的服务水平。
高精地图又称高度自动驾驶地图，是一种面向车辆高级辅助驾驶、自动驾驶及智慧交通的电子地图产品。高精地图是整个智能驾驶产业链重要的一环，与传统导航电子地图相比，高精地图具有更高的精度和更丰富的数据内容，通常包括道路、车道、道路上的地面标志物以及交通控制信息。
增强现实地图是增强现实技术AR与地图相结合的产物，具有简单易读的图形用户界面、虚实融合的表达方式、身临其境的交互体验，在辅助用户空间认知、提高地图信息传输效率方面具有无可比拟的优势。谷歌在其地图中利用3D绘图和机器学习方面的技术，融合数十亿张航拍图和街景图，以创建一个沉浸式的视图体验。
荐读
《慧天地》敬告
《慧天地》公众号聚焦国内外时空信息科技前沿、行业发展动态、跨界融合趋势，发现企业核心竞争力，传播测绘地理信息文化，为时空信息类相关专业学子提供日常学习、考研就业一站式服务，打造政产学研金服用精准对接的平台。
《慧天地》借鉴《读者》办刊理念，把时空信息领域的精华内容汇聚到平台上。我们高度重视版权，对于精选的每一篇推文，都会在文章开头显著注明出处，以表达对作者和推文引用平台版权的充分尊重和感谢；对于来源于网络作者不明的优质作品，转载时如出现侵权，请后台留言，我们会及时删除。感谢大家一直以来对《慧天地》的关注和支持！
——《慧天地》运营团队
投稿、转载、商务等合作请联系
微信号：huitiandi321
邮箱：geomaticshtd@163.com