现代地图学基础.

第一章

现代地图定义:按照严密的数学法则，用特定的符号系统，将地球或其它星球的空间事象，以二维或多维、静态或动态可视化形式，抽象概括、缩小模拟等手段表示在平面或球面上，科学地分析认知与交流传输着事象的时空分布、数量质量特征及相互关系等多方面信息的一种图形或图像。

地图的基本特性

（1）具有严密的数学法则：地图是正形投影。（2）进行了科学的地图概括：地图的内容进行了高度概括。

（3）使用特定的符号系统：地图图式。（4）现代地图基本特性有所拓展，但是地图的３条基本特性却没有实质性改变。

现代地图的组成要素

数学要素：（1）用来确定地理要素的空间相关位置；（2）地理要素：根据制图要求所要表达的内容；（3）辅助要素：对主图内容与形式的补充，也是用图的工具或参考；（4）技术设备和技术操作：计算机的软硬件设备和具体的技术操作。

现代地图的分类体系

（一）按地图的功能和内容分类

1、功能分：普通地图、专题地图、专用地图和特种地图；

2、内容分：普通地图、专题地图。这是最主要的分类方法。

（二）按地图的比例尺分类

大比例尺地图：大于和等于１：１０万；中比例尺地图：小于１：１０万大于１：１００万；小比例尺地图：小于等于１：１００万

1、模拟地图：是利用经过人工抽象和符号化了的图形及图像描述制图内容的地图。

现代地图学:以地图信息传输与地图可视化为手段，以区域综合制图与地图概括为核心，以地图科学认知与分析应用为目的，研究地图理论实质、制作技术和使用方法的综合性大众化科学。

现代地图学的学科体系

2、现代地图学理论：地图信息与传输、地图模拟与模型、地图认知与感受；

第二章制图框架与成图方法

大地球体:当海洋静止时，自由水面与该面上各点的重力方向（铅垂线）成正交，这个面叫水准面。在众多的水准面中，有一个与静止的平均海水面相重合，并假想其穿过大陆、岛屿形成一个闭合曲面，这就是大地水准面。它实际是一个起伏不平的重力等位面——地球物理表面。

它所包围的形体称为大地体。

大地水准面的意义：1. 地球形体的一级逼近2. 起伏波动在制图学中可忽略 3. 重力等位面

在测量和制图中就用旋转椭球体来代替大地球体，这个旋转椭球体通常称为地球椭球体，简称椭球体。它是一个规则的数学表面，所以人们视其为地球体的数学表面，也是对地球形体的二级逼近，用于测量计算的基准面。

大地水准面是由静止海水面并向大陆延伸所形成的不规则的封闭曲面。它是重力等位面，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。大地水准面和海拔高程等参数和概念在客观世界中无处不在，在国民经济建设中起着重要的作用。大地水准面是大地测量基准之一，确定大地水准面是国家基础测绘中的一项重要工程。它将几何大地测量与物理大地测量科学地结合起来，使人们在确定空间几何位置的同时，还能获得海拔高度和地球引力场关系等重要信息。大地水准面的形状反映了地球内部物质结构、密度和分布等信息，对海洋学、地震学、地球物理学、地质勘探、石油勘探等相关地球科学领域研究和应用具有重要作用。

参考椭球的基本元素：长半轴长a=6378140m，短半轴长 b=6356755m，扁率c=(a-b)/a=1：298.257，椭球短轴平行于由地球质心指向1968.0地极原点方向，首子午面平行于格林尼治天文台的子午面，国家大地原点设在陕西省泾阳县。[中国1952年前采用海福特（Hayford）椭球体；1953—1980年采用克拉索夫斯基椭球体（坐标原点是前苏联玻尔可夫天文台）；自1980年开始采用 GRS 1975（国际大地测量与地球物理学联合会IUGG 1975 推荐）新参考椭球体系，并确定陕西泾阳县永乐镇北洪流村为“1980西安坐标系”大地坐标的起算点。]

空间参照系的基本概念:

（一）地理坐标系:1、天文经纬度,2、大地经纬度,3、地心经纬度.

天文经纬度：表示地面点在大地水准面上的位置，用天文经度和天文纬度表示。

天文经度：观测点天顶子午面与格林尼治天顶子午面间的二面角。在地球上定义为本初子午面与观测点之间的二面角。

天文纬度：在地球上定义为铅垂线与赤道平面间的夹角。

大地经纬度：表示地面点在参考椭球面上的位置，用大地经度l、大地纬度和大地高h表示。

大地经度l：指参考椭球面上某点的大地子午面与本初子午面间的两面角。东经为正，西经为负。

大地纬度：指参考椭球面上某点的垂直线（法线）与赤道平面的夹角。北纬为正，南纬为负。

地心经纬度：即以地球椭球体质量中心为基点，地心经度同大地经度l，地心纬度是指参考椭球面上某点和椭球中心连线与赤道面之间的夹角y。

在大地测量学中，常以天文经纬度定义地理坐标。在地图学中，以大地经纬度定义地理坐标。在地理学研究及地图学的小比例尺制图中，通常将椭球体当成正球体看，采用地心经纬度。

（二）大地坐标系——以参考椭体为依据

大地坐标系的建立包括：选择一个椭球体、对椭球体进行定位和确定大地起算数据。

中国的大地坐标系：1980年以前：1954年北京坐标系；它有明显的不足。1980年：1980年西安坐标系；选用1975年国际大地测量协会推荐的参考椭球；

ICA-75椭球参数:a = 6 378 140m；b = 6 356 755m；f = 1/298.257

二、参心坐标系-短轴平行于地球质心

（一）1954年北京坐标系

由平面控制网和高程控制网组成，控制点遍布全国各地

平面控制网:按统一规范，由精确测定地理坐标的地面点组成，由三角测量或导线测量完成；依精度不同，分为四等。

（二）1980年西安坐标系

1980年国家大地坐标系采用地球椭球体基本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据。大地原点设在我国中部的泾阳。

三、地心坐标系

（一）地心坐标系的概念：要求参考椭球体的中心与地球的质心保持一致；

（二）建立地心坐标系的意义：能较为精确的推算航天器的运行轨道；（三）主要的地心坐标系：WGS-72和WGS-84，它是目前国际上统一采用的大地坐标系

（四）地理纬度和地心纬度：地球上任一地点的地理纬度总是大于它的地心纬度。

高程控制网：按统一规范，由精确测定高程的地面点组成，以水准测量或三角高程测量完成。依精度不同，分为四等。

中国高程起算面是黄海平均海水面。

1956年在青岛观象山设立了水准原点，其他各控制点的绝对高程均是据此推算，称为1956年黄海高程系。

1987年国家测绘局公布：启用《1985国家高程基准》取代《黄海平均海水面》其比《黄海平均海水面》上升 29毫米。

地图比例尺：地图上一直线段长度与地面相应直线水平投影长度之比。表达式为：d/D=1/M（d为图上距离，D为实地距离）

主比例尺：在投影面上没有变形的点或线上的比例尺。

局部比例尺：在投影面上有变形处的比例尺。

地图比例尺的表现形式：数字式比例尺、文字式比例尺、图解式比例尺（直线比例尺、斜分比例尺特殊比例尺（地图投影比例尺））

比例尺的作用：（一）比例尺决定着地图图形的大小。同一地区，比例尺越大，地图图形就越大，反之，则小。（二）比例尺决定着地图的测制精度（三）比例尺决定着地图内容的详细程度。比例尺越大，地图的内容就越详细。

传统实测成图法：一、大地控制测量：天文测量、三角测量、导线测量、水准测量；二、地形地物测量：普通测量、航空摄影测量；三、内业制图与出版。

数字测绘成图法

二、数字编绘成图法：（一）编辑设计、（二）数据输入、（三）数据处理、（四）打样校对（五）电子出版

第三章地图投影

地图投影：在地球椭球面和平面之间建立点与点之间函数关系的数学方法，称为地图投影。

地图投影的实质：是将地球椭球面上的经纬线网按照一定的数学法则转移到平面上。

投影变形的概念：地球椭球体面上的元素，比如一段距离、一个方向、一个角度及图形等投影到平面上，必然同原来的距离、方向、角度及图形有差异，这一差异称之为投影变形。

地图投影的变形有：长度变形、面积变形、角度变形和形状变形。长度变形是指长度比μ与1之差，而长度比是投影面上一微小线段和椭球体面上相应微小线段长度之比；面积变形是指面积比ρ与1之差，而面积比是投影面上一微小面积与椭球面上相应微小面积之比；角度变形是指投影后平面上任意两方向线夹角与椭球面上相应两方向线夹角之差；形状变形是指地图上轮廓形状与相应轮廓形状的不相似。

变形椭圆：取地面上一个微分圆（小到可忽略地球曲面的影响，把它当

作平面看待），它投影到平面上通常会变为椭圆，通过对这个椭圆的研究，分析地图投影的变形状况（变形的性质和变形的程度）。这种图解方法就叫变形椭圆。

地图投影的分类：按地图投影的变形性质分类：

等角投影: 投影面上某点的任意两方向线夹角与椭球面上相应两线段夹角相等，即角度变形为零ω=0（或a=b，m=n）。

等积投影: 投影面与椭球面上相应区域的面积相等，即面积变形为零V p=0（或 P=1，a=1/b）。

任意投影: 投影图上，长度、面积和角度都有变形，它既不等角又不等积。其中，等距投影是在特定方向上没有长度变形的任意投影

（m=1）。

第四章　地图符号

地图符号：是符号的子集，它具有可视性。它用一种物质的对象来代替一个抽象的概念，以一种易为心灵了解和便于记忆的形式，把制图对象的抽象概念呈现在地图上，从而使人们产生深刻的印象。

地图符号的作用：1、全面科学的表达地理事象。2、能实现对地理事象的第一次概括。3、能在平面上建立客观事象的空间模型。

地图符号的分类体系：按地图符号所指概念的空间分布状态分类：点状符号、线状符号、面状符号、体状符号；按地图符号的图形特征分类：正形符号、侧视符号、象征符号；按地图符号与地物的比例关系分类：依比例尺符号、不依比例符号、半依比例符号

地图符号的变量：一、地图符号的基本变量

（一）静态符号的基本视觉变量；（二）动态符号的基本视觉变量；（三）声音符号的基本声音变量

二、视觉变量的感受功能

（一）整体感；（二）等级感；（三）数量感；（四）质量感；（五）动态感；（六）立体感

地图注记：一、地图注记的作用：标识各种对象、说明对象的属性、转译符号的含义；

二、地图注记的种类：名称注记、说明注记、数字注记；

三、地图注记的构成要素：字体、字大、字隔、字向、字色、字列

四、地图注记的配置：配置原则：明确显示被注对象；

地图概括的概念与方法

一、地图概括的概念：是根据地图比例尺、地图的用途和制图区域的特点，采用简明扼要的手段，把空间信息中主要的本质的信息提取出来，

形成新的空间概念的过程。

二、地图概括的方法：地图内容的选取、概括和图形简化

地图概括的影响因素

一、地图比例尺（最根本的因素）

它决定着地图对地面的缩小程度，直接影响着地图内容表达的详细程度，从而决定着地图概括的程度。它的影响主要表现在三个方面：１、表示要素的数量；２、所表示地物的重要性；３、碎部情况的变化。

二、地图的用途和主题（主导因素）

不同的地图有着不同的用途与主题，它决定了地图的内容与要求，因而也决定了所表示的内容的广度、深度和详细程度，还决定了比例尺的大小。地图的主题即地图上反映的主要内容，它决定着某要素在图上的重要程度，因而影响地图概括的程度。地图主题不同，也影响着对同一要素如何处理的问题。

三、制图区域的地理特征

制图区域的地理特征是——该区域的的自然和社会经济条件。

制图区域不同，其相应的地理特征就不同；

另外，不同地区，相同要素的重要性也不同，其取舍标准有很大的差异。

四、地图数据（资料）的质量

地图概括的各项措施都以制图数据为基础，它的种类、特点、质量、精度、完备程度、可靠程度及现势性都直接影响地图概括的质量。

　１、制图数据完备、详细，就能为选择合理而恰当的地图概括方法提供有利条件。

２、制图资料的形式与特点，也影响地图概括措施的选择。

五、符号图形的图解限度

　１、符号的图形、尺寸、颜色、结构直接影响地图的负载量，因而也制约着综合的程度与方法；

　２、多色图比单色图能容纳较多的信息量。

　３、符号图形的最小尺寸与图形的结构和复杂程度有关。符号图形的最小尺寸是确定地图概括的必要参考数据。

地图内容选取的概念与方法

内容选取的概念是根据地图的用途和主题、制图目的及比例尺等，挑选出有关的、重要的、本质的事象或构成部分表示到地图上来，而舍去无关的、次要的、非本质的，并将其不表示到地图上来。选取的顺序从高级到低级，从主要到次要，从整体到局部，从大到小。

在相同制图要素不同比例尺的地图中，要素的质量分类和数量分级就不同，因而选取的地图内容也就不同。

内容选取的方法：（一）资格法；（二）定额法；（三）根式定律法；（四）等比数列法。

地图内容概括的概念与方法

一、内容概括的概念：是指对事物的质量和数量特征的分析提炼，形成新的概念，以减少制图事物的类别和等级。

二、内容概括的方法：（一）分类法、（二）分级法、（三）符号化。分类法：就是用分类表示代替具体表示，减少一定范畴内事物的质量差别，用概括的分类代替详细的分类，用高级类别归纳各低级类别；删除零星异类或同化零星杂类。

图形简化的概念与方法

图形简化的概念：是指根据制图对象的图形特征，删除图形中不必要的碎部，保持和适当夸大重要特征，以尽量保持与地图的表示能力相适应的基本地理特征。

图形简化的方法：（一）删除、（二）夸大、（三）移位、（四）合并、（五）分割。

第六章　普通地图与专题制图

普通地图的分类、特点与用途

一、普通地图的分类与特点

（一）普通地图的概念：全面均等地表示自然环境和社会经济现象的一般特征、分布规律及相互联系的地图。

（二）普通地图的分类：按比例尺分类：大、中、小

普通地理要素的表示：一、水系（河流、湖泊、水源、沼泽、海）；

二、地貌: 地形的表现手法：等高线法，分层设色法，写景法，晕渲法。

等高线的种类：基本等高线（首曲线）、加粗等高线（计曲线）、半距等高线（间曲线）、辅助等高线（助曲线）

三、土质植被；

四、居民点；

五、交通线；

六、境界线；

七、独立地物。

专题地图：突出而深入地表示一种或几种自然或社会经济要素的地图，或集中表示一种专题内容的地图。

专题地图的特点：1、它由专题内容和地理底图两大部分组成；2、专题

内容十分广泛，主题多样；3、表示内容特殊而深入；4、采用专门的方法和符号系统。

专题地图的地理底图

1、地理底图的作用：一是在编制地图时，根据地理底图确定专题要素的地理位置，依次进行转绘；二是在阅读使用地图时，向读者揭示专题要素地理分布的特点及地理环境的相互关系。同时起标示专题要素位置的作用。

2、地理底图的种类：编稿用底图、印刷成图的底图。

3、地理底图的性质：不同的专题地图，成图底图内容不尽相同。底图内容的选取与概括程度，不仅与地图的比例尺、用途、区域地理物征有关，而且与专题内容的种类、特点及采用的表示方法有密切关系。

专题地图的分类

（一）按专题内容性质分类：自然地图、社会经济地图、环境地图（二）按专题地图的用途分类：专用的专题图、通用的专题图

（三）按专题地图的繁简与概括程度分类：分析图、组合图、合成图（四）按专题内容的结构特征分类：分布图、类型图、区划图、统计图、综合图

专题地图的内容与表示方法：一、专题地图的内容；二、专题地图的表示方法；三、几种表示方法的比较；四、表示方法的联合运用。

专题地图的表示方法：是指地图上对制图要素进行符号化的表示方法。（一）个体符号法、（二）线状符号法、（三）范围法、（四）质底法、（五）量底法、（六）等值线法、（七）点值法、（八）运动符号法、（九）定位统计图表法、（十）分区统计图表法、（十一）分级统计图表法、（十二）格网法

表示方法的联合运用

（一）表示方法的选择：（１）需要分析制图对象的性质和分布形式；（２）分析内容要素的表示特征；（３）选取适当的表示方法和表现形式。

（二）表示方法的组合与搭配：有些表示方法是不能组合搭配使用的；各种表示方法要不互不影响。

数字地图：数字地图：是用数字形式记录和存储的地图要素的属性，定位和关系信息的数据集合。因是数字形式而不同于一切模拟地图，因未经符号化而又有别于电子地图。

数字地图的特性

选择性、现势性、动态性、共享性、无缝性、可计算性、分发途径多样性

电子地图：由电子计算机控制所生成和运作的地图称之为电子地图。它具有地图的符号化数据特征并能实现快速显示，是可供人们阅读的有效数字地图的集合。

电子地图的特性：交互性、快速性、动态性、分层性、虚拟性、传输性、量测性

电子地图与数字地图的区别：电子地图个数字地图虽然都是在计算机程序控制下来完成的，但两者之间还是有差别的。数字地图是数字形式描述地图要素的定位、属性、和关系信息的数据集合，而电子地图则是数字地图符号化处理后的数据集合。所以，电子地图与数字地图的根本区别点之一是地图要素的符号化处理与否（即可视化程度怎样）。此外，电子地图具有显示速度快，能迅速将符号化了的地图数据转换为屏幕地图，这也是其一个显著特点。

一、地图４Ｄ产品

ＤＲＧ：数字栅格地图、ＤＬＧ：数字线划地图、ＤＥＭ：数字高程模型、ＤＯＭ：数字正射影像