中国地图制图技术的演进与前瞻，本文主要内容关键词为：中国地图论文,技术论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
地图制图学是一门古老的学科。中国当代地图科学工作者在继承和发扬祖国地图科学光辉传统的同时，吸取地球科学、空间技术、信息工程等学科的现代成就，使地图科学的横向交叉和学科渗透日益频繁[1-8]。几十年来，已出现一些新的生长点和交叉学科，使这门古老学科充满时代气息，内容更加丰富多彩。目前，地图学已成为应用现代高新技术最多的地球学科之一。多年来，我国地图工作者与其它兄弟学科协作，编制出一大批专题地图和地图集，形成具有中国特色高品位的地图作品。从总体看，我国地图制图已达到国际先进水平。
但是，随着社会的发展和科学技术的进步，特别是信息革命的冲击，地图科学正处在激烈变革的时代。过去几十年是地图科学从传统制图向现代制图逐步演进的时期。今后，随着信息时代的到来，“演进”有加速的趋势。因此，时代要求我们广大地图工作者，把握住学科变化的态势，清醒地处于学科的前沿。
本文旨在温旧知新。首先回顾当代我国地图学科从传统制图向现代制图“演进”若干片断，从而了解这门古老学科在应用高新技术所取得的辉煌业绩。继而探讨我国专题地图集编制中的一些新观念、新思想，最后讨论地图制图学发展的若干新趋势。
1 当代我国地图制图技术若干进展
我国传统的地图制图技术，虽然有极其光辉的历史，但与当代信息技术比较，显得古朴苍老。但只不过数十年光景，航空摄影与系列制图、航天遥感与动态制图、计算机制图与电子地图、地理信息系统与制印一体化等先进科学技术已成为我国地图科学发展史的一座座丰碑。下面分述若干片断。
1.1 航空摄影与系列制图
从30年代出现航空摄影制图开始，人类利用高空平台测绘地图，从根本上改变了经典的地面平板测绘，它广泛应用于国家基本地形图以及城市、农田水利、森林矿山各种大比例尺地图的测绘。航空像片信息丰富，可利用红外、天然色、假彩色、微波等获取多谱段图像。通过判读或图像处理，用于编制地质、土壤、土地利用、森林资源等多种专题地图。航空摄影还超越地理环境的障碍，特别是人类难以活动的海岸带、沼泽、高山和荒漠，从而获得一些空白地区的地理资料。
航空摄影作为地理环境客观图像的记录，为系列地图提供统一的信息源，使系列制图解决了部门专题制图统一协调的困难。
60年代初期，由陈述彭院士主持，中科院地理所和广州地理所参加的“海南岛热带航空像片分析与农业制图”的研究[9]，开创我国航空遥感制图的新领域。该项工作为海南岛热带地区利用航空照片编制各种农业基本自然条件图和土地资源图，取得了突破性进展。70年代，我国在云南腾冲和新疆哈密等地开展大型航空遥感试验，使航空遥感技术从数据获取、数据处理与分析应用等方面形成基本配套的实验技术体系，使我国航空遥感和制图技术达到一个新台阶。其中腾冲遥感试验连同《腾冲试验区航空遥感图集》获得国家科技进步二等奖[9]。此后，航空遥感制图有如雨后春笋，在我国各行业得到广泛应用。
1.2 航天遥感与动态制图
人造地球卫星的发射成功，人类得以从外层空间观测整个地球。陆地卫星、气象卫星和海洋卫星作为新型的地图信息源，具有快速、准同步和大面积覆盖的显著特点，可提供空前大量的信息量，使地图出现新的面貌。首先，改变了从大比例尺缩编小比例尺地图的传统程序，可直接绘制小比例尺地图；其次，可用不同分辨率的卫星影像进行地图更新；第三，实现准同步动态制图，摆脱调查、测绘时间不同步的困境；第四，使全球制图成为现实。
地图作为一种容量巨大的环境信息的负载工具或储存器，是人类认识和传递信息的直观国际化语言。由于遥感应用领域广泛，获取信息快，从静态发展到动态观测，不受地面限制，能全天候连续观测。因此，利用计算机技术，可快速编制各种类型地图。
从70年代开始，我国有关单位陆续开展卫星影像制图试验研究，利用染印法彩色合成技术，编制1:400万全国范围的卫星影像图，《中国影像》、《1:50万京津唐渤张地区卫星影像图》以及专题地质图等。开创我国卫星影像制图的先河[9]。
80年代以来。已发展到用计算机处理，进行数字分析、自动分类分级、地理模型分析等，提出专题制图和自动制图。如地矿部有关地形地质影像地图的研制，其它部门通过遥感对生态环境、土地利用、资源勘查、灾害预测的调查和制图，均取得可喜的成绩。同时，遥感像象的镶嵌技术在计算机的实现，使影象质量上了一大台阶。如中国地质大学利用NOAA卫星图像制作的《中国影像全图》和中科院地理所编制的《陆地卫星影像中国地学分析图集》都是较高水平的作品。
1.3 计算机机助制图
长期以来，地图靠手工操作，费时费工，生产周期长。计算机制图可减少制图工序和时间，取消传统的制图流程，缩短修编周期。近年来，国内外机助制图技术的发展十分迅猛[7,10～12]。
计算机制图是指用计算机的处理分析功能制作地图，其基本工艺程序包括数据输入、信息处理、图形输出三个环节。70年代以来，我国科技工作者对这门新学科进行不断探索，从试验研究到应用，为计算机制图的发展作出重要贡献。
在地图数学模型方面，如空间点位向平面转换的数学模型，地图图形符号或地面表示的数学模型、地图要素分布特征和制图综合数学模型、地图分析应用数学模型均取得突破性进展。
应用研究方面，近年来，以计算机制图为主要手段，相继完成的有：《中国地方病和环境地图集》、《中国人口地图集》、《中国国家经济地图集》、全国1:100万地形图数字化、1:50万军用地图数字化等，近来有向全国普及的趋势。
目前，国内有关单位正在进行“地图专家系统”的研究，已取得突破性进展，有些已进入应用阶段。随着“地图专家系统”的成熟，计算机制图将代替传统地图的成图技术。
1.4 地理信息系统
我国地理信息系统(GIS)是从地图学起家的。国外始于本世纪60年代，我国从80年代开始，中国地理信息系统发展的技术基础和技术支撑主要来自计算机辅助制图，计算机技术和遥感应用技术三个方面。十几年来，从实验研究到实际应用，形成领域，走向产业化，发展迅速。它标志我国地图成图技术进入新时期[3,7,13,14]。
1978年，陈述彭院士提出把地理信息系统作为一个学科和领域开展研究，此后经历几个阶段的发展，已取得瞩目成绩。
80年代初，结合一些遥感试验，开始建立四川二滩——渡口区域地理信息系统，1984年，建立国土基础信息系统和中国人口数据库，开辟了全国性空间信息数据库的研究。与此同时，武汉测绘科技大学、中科院地理所、中科院遥感所、南京大学、国家测绘总局等单位开展GIS软件研制。
1986年以后，研究加快速度，成果丰硕。
1.4.1 重大自然灾害监测与评价系统的建设与应用 包括对洪水、干旱、林火、地震、沙害和松毛虫7种主要灾害的监测与评估。每种灾害分别建立数据库，评价分析模型和运行系统。在全国范围建立重大自然灾害区划和综合自然灾害危险程度分区，最后构成一个重大自然灾害监测评估的集成系统，形成对重大自然灾害监测评估的能力和突发性自然灾害快速反应能力。
1.4.2 建立数字化测绘技术体系 国家测绘总局承担的攻关项目。旨在推动测绘行业从以模拟形式为主的传统技术向以数字形式为主的现代技术转变，包括传统模拟测绘仪的数字化改造，利用遥感技术获取基础信息，开发测绘数据库管理系统和数字制图系统，建立数据采集、处理、建库到产品生产、开发和应用全过程数字化测绘技术体系。该项研究已部分投入产业化应用。
1.4.3 专业信息系统的建设与应用 如地矿部正在建立1:20万区域地质信息数据库、交通部建立公路数据库项目。这些都是国家级GIS工程。
此外，各有关单位开展基础通用软件系统的研制，在数据库管理系统、数据结构、基础功能模块建造、可视化应用等方面已取得重大进展。
2 信息时代地图集编制的新特点
地图集的编制是一项复杂的制图系统工程。一本大型地图集可以反映一个国家或地区的综合科技水平。随着信息时代的到来，传统的制图技术、制图观念正在受到冲击。专题地图集的编制也出现一些新观念、新特点[15～19]
2.1 专题地图集设计的新观念
专题地图集有统一性、逻辑性和系统性，图集在总体设计时，就必须把它们作为一个系统考虑，从内容、结构比例和编排顺序等方面，都要进行全面的分析研究。但是，受传统观念的影响，在设计过程中，一些小图集往往出现“大而全”，导致专题地图集主题不够突出。
现代地图的设计，在考虑内容系统化的同时，还应考虑专题地图集主题的创新。
近年来我国出版的一些专题地图集，都颇具创意。如《三峡生态与环境地图集》、《中国长江持续发展地图集》、《青藏高原地图集》、《中国教育地图集》等等。以《中国教育地图集》来说，教育图集往往给人内容平淡的印象，但编制者能抓住教育可持续发展的主题，从平淡中挖掘出若干热点课题，抓住教育是强国的根本，我国教育的地区差异、城乡差别悬殊，教育的可持续发展应该如何部署，教育如何走向21世纪，这些都是充满时代特征的主题，因而使图集取得较好的社会效益。
上述表明，只要地图工作者敢于突破传统的框框，敢于提出新观念，赋予地图集以新的时代气息，地图制图工作就有可能取得新的进展，生产出深受用户欢迎的地图作品。
2.2 贯彻可持续发展战略
陈述彭院士指出[15]：当代地图学应首先考虑服务于可持续发展。《中国21世纪议程》[20]也指出，“走可持续发展之路是中国在未来和下一世纪发展的自身需要和必然选择”。
本世纪以来，人类创造前所未有的物质财富，加速推进文明发展的进程。与此同时，资源过度消耗、环境污染、生态破坏等问题日益突出，成为全球性的重大问题。可持续发展战略，是一种划时代的观念，它影响着世界发展的进程和人类的认识。保护生态环境，实现持续发展，已成为全人类的共识。要实现这个伟大目标，必须协调人地关系，充分体现经济、自然和社会三方面的协调发展。它是人类面临的人口、资源和环境三大难题可望获得合理解决的有效途径。地图学是少数能兼容自然科学和社会科学的学科之一。它在协调人地关系方面理应做出更大的贡献。
十几年来，我国出版的专题图集都不同程度服务于可持续发展战略。
前些年出版的《中华人民共和国农业地图集》、《中华人民共和国人口地图集》、《中华人民共和国国家经济地图集》，是我国国家级、高水平的综合性地图集。这些图集的出版，对我国制订21世纪议程，农业、人口、经济的可持续发展战略有重要的作用。
近年来，我国还出版一些服务于可持续发展战略的区域性地图作品，如《京津唐生态与环境地图集》、《三峡生态与环境地图集》、《黄河流域地图集》。这些图集都紧密结合任务，明确考虑经济、环境和生态效益的统一，注意区域内部结构与循环的同时，也考虑到区域外部循环的关系。
近来，更有一些直接服务于可持续发展战略的图集在编制和准备编制。如《长江持续发展地图集》[19]就开宗明义地提出：从全局出发把长江作为一个具有内在联系的大系统，以全流域大环境的观点，采取“可持续发展”的道路去认识、分析和优化长江流域的开发，同时将长江流域的开发与沿海开发和国家经济西移联系起来，以此作为该图集的主题。
还有，近年来广东方面建议编制《珠江三角洲经济区持续发展地图集》[21]的构想。近十几年来，珠江三角洲经济发展举世瞩目，人均国内生产总值接近四小龙的韩国。然而珠江三角洲在经济高速发展的同时，在环境和资源方面也付出了巨大的代价。为了把珠江三角洲建成经济快速发展、产业结构优化、基础设施配套、生态环境优美、具有高度文明的大经济区，编制该地图集具有重要的实践意义。图集除序图外，其余选题可按持续发展三大特征，构想三大系列：(1)经济持续发展系列图。持续发展的前提是发展，只有较快的增长速度，不断增强综合能力，才能改善人民的物质和文化生活。持续发展不仅要增长数量，更要提高质量，增效节能；(2)生态持续发展系列图。发展要以保护自然环境为前提，要与资源和环境承载力相协调，要改善环境，保持可持续发展的资源基础；(3)社会持续发展系列图。持续发展要以改善和提高生活质量为目的，要与社会进步相适应。社会持续发展包括改善人民生活质量，提高人民健康水平和文化科学素质，创造一个无暴力的社会环境。
上述表明，我国地图工作者对可持续发展战略的认识正在逐步深化，按当前发展态势，地图制图科学有可能成为区域可持续发展战略的基础学科之一。
2.3 引进高新技术研制电子地图集
电子地图集是传统制图与当代高新技术相结合的产物。电子地图集与传统纸质地图集有明显的差异：(1)电子地图是数字化信息，方便输入输出的功能，有利于事物的定量分析和模型分析；(2)交互式的操作与实时可视化显示，提高地图的识知功能，使读者对事物的认识更加深入；(3)可视化更适合今后信息社会对空间信息的传输。随着我国信息高速公路的建设和扩展，电子地图集的用户将愈来愈广泛。90年代以来我国电子地图集研制有长足的进步[7,16]，1995年，我国成功制作第一张存储于CD-ROM激光盘的国家经济地图集。国家经济地图集（电子版）属于新型高科技地图信息产品，它汇集了250幅地图，1000余项国民经济指标及文字说明，具有丰富的信息和深刻的科学内容，通过高度交互式功能，使图集的实用性增强，成为读者认知分析我国国情的有力工具。
最近，由深圳市政府和武汉测绘科技大学制作的《深圳电子地图集》已出版，它是首部反映城市综合面貌中英文出版物，该图集分深圳概况、现代城市、投资环境、旅游资源和社会服务五大图组。通过地图、文字、照片、视频等多媒体全方位表现深圳市的自然环境、城市建设、经济发展、旅游景点等内容。图集以变焦数据结构组织的矢量地图为主，可根据用户需要自动改变地图内容详尽程度和可视化方法，并附以矢量或栅格的静态地图，如街道图、景点导游图等。
这些电子地图集的出版发行，标志我国地图集的整体水平已进入国际先进行列。
3 地图制图的若干发展趋势
近年来，国内外地图制图技术有着某些显著发展趋势[1,3,22～26]。
3.1 计算机制图与可视化
地图作为一种视觉语言，具有信息载负、信息传输、地图模拟与地图认知等功能。因此，计算机可视化中地图显示显得特别重要。计算机的可视化还能够动态显示，开窗放大、闪烁显示、图像三维显示、空中模拟漫游，以及各类现象的分布、变化、相对联系，原因与分析过程都可以通过可视化图像显示，比传统的常规地图提供更为有效的可视化手段。因此，它可为快速查询检索、分析评价、预测预报、规划决策等提供服务。
当前，计算机制图在国际上基本得到普及，各种商品化计算机软件很多，但在实际应用中，图像的可视化显得特别重要。因此，图像可视化成为研究的重要课题。
3.2 计算机地图概括
随着信息技术及GIS技术的飞速发展，从广泛共享的基础数据库中准确地概括，提取专题信息，进行自动化地图概括日益深化。地图概括是地图学中难度较大的应用基础研究。
计算机地图概括是手工地图概括的延伸和发展。它既遵循传统地图概括的一些基本思想，又有一些变化。计算机与人工地图概括的主要差异是：(1)人工地图概括是极其费时费工的劳动，计算机制图概括则通过高效率把制图专家从高强度劳动中解放出来；(2)人工概括有较多的主观成分，因而风格各异，计算机概括则据指令行事，有统一的客观一致性。(3)人工概括始终在考虑制图全局中进行，计算机概括至今不具备人脑综合思维的能力。
当前，国内外的动向是，由于地图图形复杂，种类很多，而且规律性也不明显，数学表达比较困难。因此，计算机地图概括虽经较长时间的实验研究，但仍未能彻底解决。这已成为建立全自动制图软件系统的主要障碍，也是GIS的关键技术。各国（美、英、德、法等）已进行实验研究，建立一些计算机地图概括系统。它包括选择、分类、合并及删除、简化、位移与夸张等过程。根据数据、影像、地图等不同信息来源，分别采取不同方法。
估计在未来若干年内，在GIS或绘图软件支持下，实行自动化和半自动化（人机交互）相结合的地图概括仍然是主要方向，而自动化的比例将愈来愈大。
3.3 计算机制图制印一体化
计算机制图与地理信息系统技术已解决各类地图自动编绘与快速成图方法，但制版印刷仍需传统手工操作，周期较长。最近国外已研制出计算机地图出版系统。该系统从地图设计、编辑到制版生产系统一体化处理。能够将编稿图扫描数字化后，进行计算机符号、色彩和注记的设计、编排、符号与色彩可任意选择与交换，通过喷墨打印机输出打样图，待批样修改完全符合要求后即输出分色加网软片，用该软片制版上机印刷。制版质量与精度均有较大提高，综合效率比传统手工设计、编辑与制版方法提高10倍以上。这是地图生产的重大变革。
3.4 GPS、RS、GIS、地图方法与多媒体技术
随着建设“信息社会”、“信息时代”、“国家信息化建设”和“国民经济信息化”的呼声日益高涨，地理信息系统(GIS)、遥感(RS)、全球定位系统(GPS)、计算机通讯网络等科学技术的迅猛发展和日益成熟，一个新的学科领域正在形成。
全球定位系统为地球信息提供快速定位技术，遥感和地理信息系统为地球系统提供丰富的信息源与快速处理信息技术，地图是地球科学观测与调查成果主要表现形式和分析研究的重要手段。GPS、RS、GIS和地图方法四者相结合并应用多媒体技术，为地球信息提供更加完整有效的获取、定位、分析、处理和显示的技术体系，在此基础上形成地球信息科学。目前，国内外科学家对此门学科非常重视，已呼之欲出。
随着地球信息科学学科的形成，地图学与之交叉渗透，必将对地图科学产生深刻的影响。
4 结束语
21世纪是信息社会的世纪。信息科学的突飞猛进，迫使地图学家对地图学的现状和发展进行思考，特别在理论、技术、方法和手段等方面提出新思路和新要求。
前面已指出，随着全球定位系统(GPS)、遥感(RS)、地理信息系统(GIS)和地图方法四者相结合日益成熟，一门新的学科——地球信息科学即将出现。可以预料，随着地球信息科学的兴起，地图科学技术必然受到一轮新的冲击——是机遇，也是挑战。
我们仍然不能忘记我国地图制图学界有一道独特的风景。一方面是以3S高新技术带动的制图新技术，另一方面仍然存在作坊式的传统制图方法，它们可能共存很长的时间。计算机机助制图在一些国家已相当普及的今天，广东省于今年才出现首部用计算机机助制图地图集。
看来，地图工作者任重而道远！