财讯：高俊院士：地图学四面体 ——数字化时代地图学的诠释

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可以迅速关注我们的地图，人类进入文明社会的重要标志对我们的工作、学习和生活是必不可少的。 我无法想象没有地图的世界会变成什么样 由于地图非常普及，很少人关心地图是怎么制作的，它的原始意义和价值是什么。 但想想看，其他的东西像地图一样，将科学和艺术一体化，横跨地理学、图形学、新闻技术、认识科学、人工智能等几个科学行业，渗透到行政管理、经济计划、科研、文化教育的多个层面， 大部分人工的东西都会随着文明的进步而死，只有地图，像文案一样具有顽强的生命力，没有被其他新产品取代过。 据说“因为地图是人类空之间认识的重要工具”。 空之间的识别是地图的基本功能 人们认识到自己生活的环境(自然、社会、经济、文化、政治)包括其中的诸物、现象的关联位置、依存关系，以及它们的变化和法则，这就是空之间的认识。 空之间的认识是能力，是分解研究事物和现象发生、影响、因果、倾向的基础，是科学探索中启发形象思维，刺激创造性思维的引擎。 在古代，人需要知道自己在哪里，山那边是什么样的，海那边是什么样的，在哪里找到食物容易居住。 即使在今天，人们也有必要知道世界上发生了什么，和自己生存的关系如何。 你必须继续认识到自己的生存环境。 如果人类对生存环境的认识没有结束，对地图的控诉就不会结束。 因此，作为专门研究地图的学科，地图学在国家科学系统和教育系统中始终处于重要的地位。 我们首先把以前传达的地图学总结为三种关系的研究:当地-地图的关系网民-地图的关系网民-当地的关系 我们可以把这个学科的框架称为“地图学三角形”(图1 ) 图1的地图学三角形长期以来，地图学也被称为“地图学”或“地图学”。 一开始，我们总是认为是中外文的用语翻译问题，其实是错的。 如果只是译文的不同，就容易统一 看这个“三角形”容易解释，意思不同。 测绘界长期以来一直把地图学的业务复印件放在第一链，但另两种关系很少研究。 我只讨论如何把当地变成地图。 因为技术和工程的要素很多，强调制作的技术和过程，所以被称为“制图”，相当于英语的mapping和map-making。 但是，网民(顾客)是地图的采用者和评价者，他们有资格阅读地图如何能适应网民的诉求，从越来越多的地图中取得新闻诸问题。 这就是地图设计师应该考虑的网友和地图的关系，第二条链。 这里面含有很多问题。 人脑是如何得到新闻的新闻解决的认识科学理论图形感觉的心理学问题等等。 这些问题的深入研究都是提高地图设计水平的关键 在第三链中，网民只有在有一定的地理学先验知识的情况下才能更好地阅览和理解地图。 在这条链条中，地图设计师也应该被视为特殊的网民。 综合考虑这三种关系，我们可以完美地理解“地图学”，对应的外语用语是“car-tography”，这也是世界各国普遍使用的名词。 近20年来，地图学最大的变化是数字地图的出现。 数字地图对地图学的影响不仅是地图生产过程的“全数字化”，更具有超越技术概念的科学意义，不仅丰富了地图学的内涵，还为人类空之间的认识提供了更生动、越来越多功能的科学工具 数字地图出现后，地图学的研究行业发生了明显的变化，从“地图学三角形”变成了“地图学四面体”(图2 )。 图2地图学四面体的新地图学必须研究六种关系:当地-地图关系网民-地图关系网民-当地关系数字地图-地图关系数字地图-当地关系数字地图-网民关系 这六种关系清楚地表现了现代地图学的科学结构，理论框架的描述比较完善。 但是，这也包括需要进一步说明的问题。 例如，在“现场地图”的关系链中，大地控制网的建立和地面初期新闻的取得通过大地测量、地形测量、照片测量来进行，这样的摘要有扩大地学专业行业的倾向。 但是，从科学系统来看，映射科学是为了得到全世界、全国的一系列比例尺地形图而确立的，之后，很多国家(包括联合国)将cartog raphy理解为“映射”的同义词。 在全球学科融合的新形势下，“地图学四面体”的提出有利于地图学作为独立学科的探索，也有助于细分当前我国测绘专业，改善学科之间的相互重叠和错位状况。 从这六种关系我们可以看到现代地图学概念的框架，包括现有的地图学诸问题，而且“预约”将来有可能被纳入地图学事业的界面。 1当地一地图的关系这是近代地图学(制图学)研究的核心问题 如何在地图上表现各种各样的自然、经济、人文现象和物体，既是以前流传的地图学，也是测绘科学研究的要点复印件。 随着技术的进步，人们可以使用地面测量、航空空摄影、遥感技术的做法等正确记载地表情况，制作地图。 从地图学的角度来看，有以下五个问题。 1.1表示方法-理想化和符号化地图是其模型，而不是地面实际情况的“完整副本”。 “模型”是地图最基本的概念，是地图学的认识论。 首先，需要模型化是因为地图会缩小，不能把地上的所有东西都画在纸上。 “缩水的地面画”是最简单的模型。 其次，图需要表示什么，不表示什么，由申诉决定，可以说是认知的模型。 根据目的、主题、视点得到不同的模型，制作不同的地图。 制作模型的方法很多，对地图学来说最重要的方法是数字建模和图形建模两种。 前者以定量分解为主，用数学方法描述事物和现象的分布、存在和行为的特征。 后者是以定性分解为主，在意义上对事物和现象进行分类和分类的研究。 但是，一般来说，组合两种方法，用地图符号表现摘要和抽象化的各种物体和现象的分类、分类是模型化的过程。 1.2深化制图综合模型概念选择地面物体和现象，简化表示在地图上，称为“制图综合”。 这首先是思考过程，然后制图综合作为一种做法，还有一个技术(操作)的过程。 这两个过程看起来很简单，但做得很不容易 在地图学中，“制图综合”作为课程必须专业说明。 计算机制图技术迅速发展后，许多其他问题都被数字制图取代了，但只有制图综合自动化有很大的难点。 因为这是地图制作中最依赖人脑的部分。 1.3具有曲面到平面的转换纬度和经度坐标和地表物体轮廓的椭圆体或球是我们测量的成果的记录，把它们缩小放在桌子上就成了地球仪。 为了制作地图，需要将球面和椭圆体在数学上转换为平面，但这种转换非常麻烦多样，由此形成了被称为“地图投影”的专业课程和技术。 自从有了计算机屏幕的交互界面和投影计算软件以后，地图投影的研究、选择和计算工作变得比较简单。 但是，作为图形转换的一种方法，仍有待于在深层次的研究空之间进行开发。 1.4给平面地图带来立体感我们映射地表制作地图时，将起伏变化的实际地面“压”成平面的地图。 因为采用平面地图非常方便。 二维平面地图是人类认知上的飞跃，是人类原始思维迅速发展成抽象思维的结果。 有了平面地图，人类可以把又多又杂的空之间压缩成二维简单的关系，探索人与自然的联系和自然界的一些法则。 但是，因为平面图不生动，缺乏进入感，所以人想让平面图看起来有“立体感”。 从古至今，有多少地图学家在寻找最好的做法[6] 这似乎是地图学的“悖论” 1.5地图的设计和生产在从当地向地图的转换中，除了上述几个需要处理的问题外，还需要整体设计。 这是一个技术过程，但也是决定地图面貌和质量的重要基础。 成功的设计和生产要考虑很多方面的问题 2网民一地图的关系研究者和地图的关系是探讨网民如何最快、最有效地从地图中获得必要的新闻的问题。 由于这种关系与人类视觉和视觉感觉的问题密切相关，因此与许多前沿科学如识别科学、识别心理学的一些理论和做法密切相关，进而地图的“图形语言”如何促进大脑的形象思维能力，空之间的 “以人为本”现在已经成为新闻时代各种事业必须面对的标准，地图设计也不例外。 在这个范围内，至少三个层次的问题已经开始研究或受到关注，即人类地图的采用、感觉和认识。 2.1地图的阅览和采用在各部门如经济计划、交通运输、环境保护、土地利用、农业生产、行政管理、国防建设中不能分离地图的大量采用，科研部门更重视从地图上发现自然界客观存在的一些规则 这是因为从科学认知方面来说，地图采用问题是地图研究的做法。 2.2地图感觉研究地图感觉也称为地图感觉，是从生理和心理学原理探讨人类对地图的感知、识别、识别和翻译的过程。 相反，地图设计只有遵循人的认识规则，才能更好地设计地图，充分发挥传达新闻的作用。 2.3地图的空之间认识这是当前研究网民地图关系链中的深层次问题。 以前，人类作为认知的主体，只注意客观的变化和法则，但很多事件都是理所当然的。 关于人类自身的问题，人脑很少知道图形、方位、方向性等新闻的解决机制。 把了解科学的做法纳入地图学研究有两个主要目的:一是弄清楚大脑根据地图建立空间心象的新闻加工机制是什么，我们对地图经过几千年迅速发展，对这个事实的解释 将识别科学方法引入地图学也是当今地图进入计算机时代的要求。 如果不能从思维高度说明人脑的制图行为(制图综合、地图设计、视觉效果创新等)，就不能指导计算机自动设计制作地图。 测绘技术和工程行业目前“自动化”的最大难点是地图设计、自动综合、自动识别、自动图像匹配等问题。 这是一个非常有魅力的行业 3网民当地的相关人员和当地的关系在宠物的研究空之间，这是地理科学研究的对象。 将其放入地图学的三角形中，一是证明地图学与地理学的天然联系。 二是地图学只研究与地图相关的人的一地关系。 因此，我们缩小了那个范围，称为网民和当地的关系。 网民只有包括地图在内的作者有一定的地理学先验知识才能更深入地理解和设计地图。 4数字地图一地图的关系在这条养殖链上体现了数字化时代地图学的核心技术，包括地图的数字化和数字制图。 4.1地图数字化这是获得数字地图的重要手段 可以通过栏杆跟踪数字化和扫描数字化两种方式来数字化画线或图像地图。 在地图数字化过程中，图形的自动识别是一项重要的技术，必须在许多复杂的图形中区别提取和解决必要的图形。 这是关于人工智能的课题，在数字制图的其他阶段也被广泛应用。 数字化的结果是，如果按照规定的标准创建数据文件，或者创建地理空之间的数据库，则成为数字地图。 在地图数字化与后述的“现场一数字地图”的关系中利用遥感技术获得数字地图，两者都是建立地理空之间的数据库的重要方式。 但是，从遥感图像中取得数据由于其现实性和高分辨率的优点，成为建立地理空之间的数据库的主流技术。 4.2数字制图根据地理空之间的数据库，即数字地图生产可视的以前的传输地图，或者在屏幕上生成电子地图，这被称为数字制图技术10。 这是现在制图技术的主流，是摆脱手工制图，使地图学现代化的重要标志。 这包括地理空之间的数据源和分解，以及地理空之间的数据源和分解。 屏幕设计数据解决地图符号设计，一组注记字体和颜色的选择印前处理 这些环节的工作，特别是在计算机画面上进行交互式整体设计，可以通过采用现在流行的各种计算机图形软件来实现。 但是，为了生产优秀的地图作品，发挥大脑的思维创造能力，积累经验依然是重要的因素。 决定地图的表现水平和质量 因此，计算机时代的地图专家仍然必须具备地图的基本理论知识和工作素养。 5数字地图一当地的关系这个关系是研究如何获取地理空之间的新闻制作数字地图，即构建地理空之间的数据库的问题1”，包括两大部分:一是来自当地。 另一个是从当地获得主题地理新闻，建立主题数据库。 前者是测绘部门新闻化时代的基本事业，被认为是以前传达的测绘业务的扩大。 后者由土地、环境保护、农业、土壤、防灾部门等各专业部门负责，处理各专业部门主题数字地图的供给，就像过去他们制作了各种主题地图一样。 如果过去把“主题制图”作为地图学的组成部分，今天用遥感技术建立主题数据库也应该看作是主题制图的扩展。 这一部分历史上不是测绘部门的主题任务，今天也不是，但它是地图学的任务，是研究当地和数字地图关系的新行业。 在这个关系链上，一个挑战性的问题是建立什么样的地理空之间的基础框架和对应的主题数据库。 从上世纪后期开始的地理空之间的基础框架建立在大地层面，使用以前传达的地形图的辨别投影和比例尺系列，以矢量数据样式为中心构筑。 这样的数据库为生产以前传达的地形图和相应的分解研究提供了方便，但以此为基础的地理新闻系统在采用中遇到了数据无缝连接、数据共享、相互运用困难的问题，特别是卫星遥感 因此，提出了建立以地心坐标系和地球椭圆体为基础的世界性地理控制平台，即新的地理空之间的基础框架的诉求。 空之间新命名为新闻网格。 这是近年来各国投入大量资金进行探索和开发的新项目，美军的“全球新闻网格”( gig )比较突出。 摆脱大地坐标系、等角圆柱投影、系列比例尺地图等以往传来的映射基础的“空间新闻网格”是以往传来的映射概念和产业的“放弃”，孕育着映射产业的巨大变革 根据作者给出的数字地图的定义，空之间新闻网格的建立应该包括在当地-数字地图的关系中。 6数字地图一网民的关系数字地图和网民的关系数字地图的可视化采用、数据直接采用、两者结合采用的问题 6.1关于直接采用数字地图的地质学环境的分解研究需要提供空之间的数据。 经典的统计分解和多元分解，可根据各种专业理论建立空间分解模型，为制定区域开发方案和快速发展战术研究提供科学依据。 数字地图可以支持高度技术战争中的精确打击。 例如，dtm数据参与了巡航弹的地形匹配制导，定位区域内的数字地图为双星定位系统提供了重要的支持等。 6.2从数字地图的可视化应用空间数据库中提取的数据制作了国家基本地形图、各种地图、地图集，可视化技术座发挥的重要行业在数字地图——地图的关系中进行了介绍。 这里只谈电子地图和赛博地图。 电子地图是地理空之间数据或数字地图的最主要可视化形式，通常显示在屏幕上、计算机屏幕或投影大屏幕上。 电子地图呈以前传来的地图形式，方便客户采用，其最大优点是可以动态化和交互，其缺点是对硬件的依赖度很大，但这随着设备的进步会逐渐被克服。 利用虚拟现实( vr )技术，在数字地图空间数据库的支持下构建虚拟环境。 也称为网络地图，人可以“进入”虚拟环境，实现以视觉为中心的体位听觉各方面的交互。 这是研究和利用数字地球资源的重要工具，为数字化战场研究、作战仿真训练、武器设计和实验提供仿真环境。 这样的“可进入地图”被用于大规模工程和建筑设计、防灾减灾预测、环境保护、城市计划等行业。 建立虚拟环境是地图功能数字化条件下的自然扩张，是地图学专业行业的逻辑扩张，是“以人为本”思想在与人合作中的体现。 6.3数字地图直接应用与可视化应用相结合最典型最成功的例子是地理新闻系统和卫星定位车载导航系统。 前者，地理新闻系统最突出的优点是在一个系统环境中启发逻辑思维(建模、分解、计算)，提供启发形象思维(可视化、地图、图表)的引擎，将两者紧密结合，启发采用者的创造性思维 后者需要将系统获取的空间定位数据与视觉电子地图相结合，为驾驶员提供场所和方向的诱惑。 地理新闻系统是数字制图技术出现后地图与网民(顾客)交流的最重要的接口和工具。 车载导航系统也实质上是专用的地理新闻系统 基于gis强大的空间数据解决功能，近年来在多维分解、数字挖掘、知识发现、趋势预测和网格映射等方面取得了新的进展，我们可以从地学四面体的框架中看到gis与地学的密切关系。 7总结地图学之所以成为科学是因为有理论框架。 就像今天的计算机科学技术一样，会因今后的生命科学技术的影响而变化，但不会受到小技术的影响。 在地图学三角形和四面体的关系中，有可能不断引用新的技术，在一定期间内形成新的专业或学科，但其大的框架决定了地图学生存的相对稳定性。 这对我们理解地图学非常重要。 地图学的存在，与人为地将其放在哪里无关，可以从学科分类表中删除，取决于人类对地图的永远诉求和地图本身的科学价值。 在某学科迅速发展的过程中，总是枝叶繁茂，无休止地簇生，呈现出与相邻学科的枝蔓交织在一起的景象。 我们应该不时进行整理，明确和培养主干，防止主干误伤引起的学科萎缩 这也是本文的另一个目的 资料来源:测绘学报原标题:《高俊院士:地图学四面体——数字化时代地图学的解释》原文