地图制图基础：第1章 地图与地图学

《地图制图基础》课程简介问题一：地球是什么样子？问题二：我在哪？问题三：如何获知精确位置？问题四：如何表达空间信息？问题五：怎么利用地图？课程概述

•教学目标–完整、系统地介绍地图的实质，地图制作和地图使用的理论、技术和方法。教学方法与要求

•教学方法–讲授与自学并重–突出原理、厚新薄旧、重视基础、强调应用•课程要求–课程内容：理解、再理解、然后发挥–大作业：充分重视、认真对待–课堂纪律：珍惜机会、尊重你我他考核形式

•平时成绩（30％）–地图绘制–专题地图集的设计–课堂情况（考勤/提问/作业）•期末成绩（70％）–闭卷考试教材与参考文献

•地图学原理，科学出版社，马耀峰等，2004•地图学，武汉大学出版社，祝国瑞，2004•地图学原理与方法，科学出版社，2006•现代地图学，科学出版社，廖克，2006•新编地图学教程，高等教育出版社，蔡孟裔等，2000•地图的文化史，新星出版社，海野一隆，2005•中国地图学史，北京大学出版社，余定国，2006第一章地图与地图学内容提要§1地图的基本概念–概念、特性、构成要素、类型、功能与用途§2地图制作方法§3地图学的概念及学科体系§4地图学发展简史与现代地图学进展教学要求与重点

•教学要求：–1.掌握地图和地图学的基本概念、地图的基本特征、构成要素和分类。–2.了解地图的用途、地图学的研究内容和地图制作方法。–3.一般了解地图学的分支与发展过程。•本章重点：地图及地图学概念、地图基本特性、地图构成要素和地图分类§1地图的基本概念

一、地图的定义二、地图的基本特性三、地图的构成要素四、地图的功能五、地图的用途六、地图的分类一.地图的定义

你什么时候会用到地图？你用到的是什么样的地图？你认为什么是地图？

地图的定义是随着时代发展而发展。•地球表面在平面上的缩写；（简单明了）•周围环境的图形表达；空间信息的图形表达；（图形抽象）•反映了自然和社会现象的形象符号模型；（符号模拟）•传输信息的通道；（信息传递）•地理现实世界的表现或抽象，以视觉的数字的或触觉的方式表现地理信息的工具。（符号模拟、图形抽象、多元表达）“地图是永生的”（陈述彭院士）—人们认识客观世界的工具—地理学的第二语言•地图：是按照一定的数学法则，将地球表面（或其他星体）上的空间信息，通过科学的概括综合，运用符号系统以可视化、数字或触摸的符号形式，缩小表达在一定载体上的图形模型，用以传递、模拟和认知它们的数量、质量在时间和空间上的分布规律和发展变化。地图：地理环境诸要素（内容）按照一定的数学法则、运用符号系统、并经过制图综合（特征）的一种缩小表像（形式）以表达各种自然和社会现象的数质量特征及其空间分布和发展变化（目的、结果）二.地图的基本特性

地图必须遵循一定的数学法则地图必须经过科学概括地图具有完整的符号系统地图是地理信息的载体二.地图的基本特性

•地图必须遵循一定的数学法则—地图投影、比例尺、各种坐标系统（控制

定向）、控制点就构成了地图的数学法则；—地图是一种具有数学基础的客体模型，不

仅具有欧氏几何的长度、面积的比例尺，而

且还具有拓扑比例的性质；—不仅是具体而现实的图形形式，还可以以

数字或数学的方式来表现；—可量测性和可比性。二.地图的基本特性

•地图必须经过科学概括（制图综合）—地表事物现象多与地图图面有限的矛盾—科学的综合选取和舍弃概括手段，表示制

图区域的基本特征•分类、简化、夸张和符号化•反映地表重要的、基本的、本质的事务•舍去次要的、个别的、非本质性的事务—地图概括过程是制图者进行科学图形思维、加工、抽象事务内在本质及其联系的过程。

—清晰性和一览性。二.地图的基本特性

•地图具有完整的符号系统—地表实际复杂多样和表现形式有限的矛盾—把制图对象的地理位置及范围，质量和数

量特征，时-空分布规律与相互关系，用十

分概括与抽象的符号加以表示—图形形式、文字注记、数字形式等及其综

合—地图符号系统与航空像片、卫星像片相比

具有许多优越性：—直观性和易读性。二.地图的基本特性

地图符号与航空像片、卫星像片相比的优越性：–采用简化、抽象等手段、可更清晰的表示地表现象。–可根据需要突出表示三角点、水准点和泉水

等地表上形体较小但较重要的地物。–对不易识别的事物现象可加以注记明确表达

–易于表达地表上一些受遮挡的地物。–可清楚表达行政区划界线、居民地人口数等

许多人文要素。二.地图的基本特性

•地图是地理信息的载体—具有属性概念和空间概念—还渗透着制图者的图形思维能力—纸质地图、实体模型、屏幕影像、声像地图、触觉地图等

—传递性、持久性二.地图的基本特性三.地图的构成要素三.地图的构成要素

•地理要素（图形要素）——主体

—地图上的主体，用地图符号表示•数学要素——骨架

—地图坐标、投影、比例尺、控制点等—保证地图的可量测性、可比性•图边要素（辅助要素）——润滑剂

—说明地图的编制状况，为应用提供相关内容，在主要图形的外侧，如图名、图号、图例、比例尺等—对主要图件在内容和形式上的补充，如同基图表、剖面图、测图时间、出版单位等三.地图的构成要素三.地图的构成要素2011年3月11日日本本州东海岸发生MW9.0地震-东北地震2011年3月11日日本本州东海岸三.地图的构成要素四.地图的功能四.地图的功能—认知信息

•形成整体、全局的概念•获得制图对象定性与定量特征•建立制图对象之间的空间关系•建立制图对象正确的空间图像四.地图的功能—模拟客观世界

•形象-符号模型、时空模型•气象预报、灾害性要素的变迁及过程预测四.地图的功能—载负信息

•直接信息：地图上表示的地理信息，如道路、河流网、居民点等用图形符号直接表示；•间接信息：经过分析解译而获得有关现象或物体规律的信息。四.地图的功能—传递信息

•地图是传输信息的通道和工具。•地图生产使用的过程就是一种信息传输过程：–编图者与用图者–制图与用图四.地图的功能—感受信息

•任何人都会对地图产生一个感受过程：–深刻/浮浅–直接/间接–专业/一般五.地图的用途

五.地图的用途—经济建设

•经济建设–自然资源调查和开发–工矿、交通、水利等基本建设–城市规划、居民地布局、地籍管理–农业方面的应用：荒地开垦、沙漠治理、

旱地灌溉、水土保持、防洪排涝、盐碱地改

良五.地图的用途

•国防外交–军事指挥–作战模拟–主权勘界•科学研究–研究工作的地理底图–重要及独立的成果表达形式•文化教育•日常生活六.地图的类型

•按地图的图形内容分类：

–普通地图：表示自然地理和社会经济一般特征的地图，它并不偏重某个要素。按内容概括程度，区域及图幅的划分状况等可分为地形图和地理图。

–专题地图：着重表示一种或几种主体要素及它们之间互相关系的地图。按内容可分为自然地理图、人文社会经济图和其他地图（航海图、航空图等）六.地图的类型—图形内容

六.地图的类型—图形内容六.地图的类型

•按比例尺分类–大比例尺地图（≥1：10万）–中比例尺地图（1：10万～1：100万）–小比例尺地图（≤1：100万）–缩微地图六.地图的类型—比例尺

六.地图的类型

•按区域分类–宇宙空间：地球图、月球图、火星图等–自然区：全球图(世界图)、半球图、大洲(

洋)图–按行政区划：国家图、省(自治区、直辖市)图、县(市)图、乡(镇)图–局部区域图:海域图，区域图等六.地图的类型—宇宙空间

六.地图的类型—自然区六.地图的类型—行政区划六.地图的类型—局部区域图六.地图的类型—局部区域图六.地图的类型

•按地图的视觉化状况分

–实地图：空间数据可视化地图，包括纸介

质和屏幕地图。

–虚地图：存贮于人脑或电脑中的地图，即心象地图。•按地图的瞬时状态（动静变化）分

–静态地图：常见地图，表示的内容都是被固化的。

–动态地图：连续快速呈现的一组反映随时间变化的地图，

只能在屏幕上以播放的形式实现，如电视天气预报。•按地图维数（显示方式）分

–平面地图：常见地图。

–立体地图：如光立体图、立体模型图、晕渲立体图、虚拟现实图（利用虚拟现实技术，通过头盔，数据手套等工具，形成了一种称为“可进入”地图的新品种，使用者能产生亲临其境的感觉）。六.地图的类型—瞬时状态六.地图的类型—地图维数六.地图的类型

•按用途分类

–通用图：供一般读者使用的参考图，如世界挂图、中国挂图等

–专用图：供某专业或行业专门使用，如航空

图、航海图、旅游图、交通图、规划图等。–或分为教学地图、文化地图、军用地图等。六.地图的类型

•按制作方式：–常规地图：非计算机设计制作出的地图

–数字地图：计算机辅助设计制作的电子地图•按感受方式：–视觉地图（线划地图、数字地图、影像地图）、多媒体视听地图和触觉地图。六.地图的类型

•按出版使用方式：–桌面用途、挂图、易携图、地图集、广告牌图、车载电子图、手持GPS图；•按语言种类：–汉语地图、外文地图、少数民族语言地图等。•按历史年代：–分为古地图、历史地图、近代地图、现代地图。•按承载介质：–纸质图、磁介质图/、纺织物图、化纤物图、聚酯薄膜图、塑料压模图、屏幕图、化纤模型图、石膏模型图、荧光图。六.地图的类型—使用方式

六.地图的类型—历史年代

六.地图的类型—承载介质塑料立体中国地形图§2地图制作方法

一、地图的测绘二、地图的制作方法三、地图生产的一般过程四、传统实测成图五、传统编绘成图六、遥感制图七、计算机地图制图一.地图的测绘

•测绘的基本原则•先控制测量，后碎部测量•测绘的基本要素•方向（经纬仪）、距离(测距仪)、高程（水准仪）（全站仪、全球定位系统GPS）•地图成图的基本方法•实测成图•编绘成图（包括遥感制图、机助制图）二.地图的制作方法•按成图的工作流程分

–实测成图法：大比例尺普通地图（地形图）

–编绘成图法：中小比例尺普通地图、专题地图•按制图所使用仪器设备与制作过程先进性分

–传统（常规）制图法

–现代（机助）制图法三.地图生产的一般过程

四.传统实测成图

•概念：–在大地测量的基础上，利用国家大地控制网和国家高程控制网，通过实地测量而制成地图的方法。•流程：–图根控制测量地形测量内业制图

制版印刷五.传统编绘成图六.遥感制图

•概念：利用遥感图像数据资料，通过图像处理和分析，用于制作或更新地图特别是专题地图的新技术方法，是当代地图制图技术的发展方向之一。•特点：快速成图，也突破了地图智能是较大比例尺图缩编较小比例尺图的束缚。•流程：–遥感图像资料获取–遥感图像处理–专题要素信息识别与提取–地理地图编绘与专题要素转绘高空实测成图：航空摄影测量高空实测成图：航天遥感七.计算机地图制图

•数字地图测图–是目前实测成图的主要方法和发展方向。–不足：费用较大、人员素质要求较高、系

统可靠性需再提高

–流程：数据采集----数据处理----图形编辑----图形输出•数字地图制图–系统由数字化仪、计算机、自动绘图仪等硬件和控制硬件运作的各类程序软件组成。–流程：编辑准备----数字获取----数据处理----

图形输出----地图制印数字地图测图数据采集数据处理图形编辑图形输出获取测图区制图所需的数据信息对原始数据加工对已处理的数据所生成的图形和地理属性进行编辑、修改将已编辑好的地图输出到用户所需介质上数字地图制图（1）组成：数字地图制图系统由硬件(数字化仪、计算机、自动绘图机等)和软件(控制硬件运作的各类程序)组成其设备系统，有关的制图数据是计算机处理的对象编辑准备数字获取数据处理图形输出地图制印数字地图制图内容提要§1地图的基本概念–概念、特性、构成要素、类型、功能与用途§2地图制作方法§3地图学的概念及学科体系§4地图学发展简史与现代地图学进展§3地图学的概念及学科体系

一、地图学的概念二、地图学学科组成发展三、现代地图学理论体系四、地图学与相关学科一.地图学的概念一.地图学的概念•地图学：是以地图信息传递为中心的、探讨地图的理论实质、制作技术和使用方法的综合性科学。二.地图学学科组成结构发展三.现代地图理论体系四.地图学与相关学科地理信息学（Geomatics）是利用各种现代化方法来采集、量测、分析、存贮、显示、传播和应用于地理和空间分布有关数据的一门综合和集成的信息科学和产业实体，是测量学、地图学、遥感学、计算机图形学、卫星定位技术、专家系统与现代通讯技术等的有机结合。四.地图学与相关学科

•地理学–自然地理、经济地理、人文地理–制图者认识和表达地表环境的基础•地图–地理研究不可缺少的工具和手段–成果表达的重要方式四.地图学与相关学科

•色彩学与美学：决定地图作品艺术性–符号系统–图面配置–地图的易读性四.地图学与相关学科

•数学

–各种信息源数据的处理–数学模型的建立–地图应用分析的定量化

–四色问题：“任何一张地图只用四种颜色就能使具有共同边界的国家着上不同的颜色。”用数学语言表示，即“将平面任意地细分为不相重迭的区域，每一个区域总可以用1，2，3，4这四个数字之一来标记，而不会使相邻的两个区域得到相同的数字。”

–路径优化问题§4地图学发展简史与进展

一、中国地图学历史回顾二、国外地图学的发展三、现代地图学进展一.中国地图学历史回顾

–《河伯献图》的神话故事：大禹治水时,河神河伯献一青石于大禹，上有治水用的地图，大禹用以指挥治水，终于成功。–《荆轲传》—图穷匕现大禹治水荆轲刺秦王一.中国地图学历史回顾神话传奇式地图：《山海经图》甘肃放马滩汉墓：最早的纸地图

《山海经》是先秦古籍，是一部富于神话传说的最古老的地理书。它主要记述古代地理、物产、神话、巫术、宗教等，也包括古史、医药、民俗、民族等方面的内容。除此之外，《山海经》还以流水帐方式记载了一些奇怪的事件，对这些事件至今仍然存在较大的争论。一.中国地图学历史回顾兆域图---目前世界上已发现的最早的地图。1978年在河北省平山县战国时代（475－221BC）中山国第五代国王王陵地宫出土。现藏于河北考古研究所它标志着远在2400多年前，我们祖先的聪明才智和创造力，在考古学、历史学、语言学、社会学、建筑学等方面都很有研究价值，在地图史上比外国最早的罗马帝国时代的地图还要早600年。一.中国地图学历史回顾

•汉代古地图中国——最早的古地图–长沙国南部驻军地图–长沙国深平防区图–城邑图一.中国地图学历史回顾

•西晋—杰出的地图学家裴秀–中国不仅有最早编制的地图，而且还创建了编图的一套理论，这就是裴秀的“制图六体”。

•分率：比例的量度

•准望：准确的方位

•道里：道路的里程

•高下：高度的水平量度

•方斜：对角距离的决定

•迂直：曲线的直线量度一.中国地图学历史回顾•朱思本及元代前的地图

–裴秀－贾耽－朱思本是元代前杰出的三大著名地图学家，前后共约1000年，计里画方的基本编图法一直延用。–元代朱思本，继承裴秀、贾耽“计里画方”法，注重实地资料的考证，并与地图对照，慎重取舍绘成《舆地图》，刻石于上清之三华院，可惜后来失传。但其求实求精的制图方法则影响了以后二百多年的地图发展。–唐代贾耽，以裴秀的制图六体为指导，编绘出《关中陇石及山南九州等图》与统一全国的大地图《海内华夷图》等。由于《海内华夷图》图大，内容丰富、位置准确、绘制技术全面，不仅继承了裴秀理论，而且还有创新。一.中国地图学历史回顾

华夷图—南宋绍兴六年（1136年）石刻较详细表示了中国东部的主要山川、州、府。突出地绘制了黄河、长江、珠江、辽河、红河以及太湖、洞庭湖、鄱阳湖、巢湖、青海湖、居延海等水系要素，表示了四百多个州府居民地及注记，长城以城墙象形符号绘出。本图内容表示全面、详细，是我国唐宋地图的精品。现藏于陕西省碑林博物馆。一.中国地图学历史回顾广舆图—是中国400多年前(明嘉靖20年前后)的第一本刻本地图集。主要根据朱思本《舆地图》并参考了一些其他地图，用计里画方法缩编而成。有地图45幅，附图68幅，总共113幅。绘画工整，刻镌精细，首次采用地图图例说明(24种地图符号)。很多符号已抽象化、近代化。它对增强地图的科学性，丰富地图内容起了重要作用。一.中国地图学历史回顾•明代的各种地图–从元朝到明朝，传统的编制方法上日趋成熟，图种也渐增多，开始出现了全面表示全国山川城镇的地图，还有不少用于军事防务的军事防务图，其中包括首次出现的沿海防务用的海防图、江防图和用于治理水利用的河防图与航海用的航海图等。–这时的地图内容多是贯彻一套基本的特点：•1.以中国为主，外国作衬映•2.以传统的计里画方法为数学基础•3.注重河流、山川的表示精度一.中国地图学历史回顾•明代——河防一览图–我国现存最大的一幅古代治黄工程图，现藏于中国历史博物馆。–图示为取沁黄交会处、镇江府部分。•明代——大明混一图大明混一图属行政区域图，成图年代为公元1389年（明洪武二十二年），彩绘绢本，图幅尺寸为386×456cm，是一幅大挂图，图内主要表示明朝及邻近地区的各级居民地、山形、河流及其相对位置。一.中国地图学历史回顾

•明代—郑和航海图–据郑和航海经历编成的航海图，是我国地图学史上的一大创作，更是一部专为指导航海用的地图。–其表示内容、表示方法与编制方法上有其独特之处：一.中国地图学历史回顾

•明代—坤舆万国全图–本图采用椭圆形等作积投影，绘有当时已知的五大洲：亚洲、非洲、欧洲、美洲、南极洲，以黄、红、白三色突出表示了五大洲的疆域及名称。一.中国地图学历史回顾•清代的实测地图–清康熙年间，西方科学制图法的传入，使康熙帝认识到我国地图的粗略、模糊，需借鉴科学技术实测后绘制，于是组织一次全国大地测量，以天文观测为基础，开展三角测量法进而测图。–公元1708年开始测制，历经10年，完成了《皇舆全览图》的编制，这是我国第一部实测的地图。–全图按省分幅，共计41幅。–特点：•采用了伪圆柱投影，以经纬度制图法绘制。•汉、满文共注地名，其中满文用以边疆，汉文用以内地。•第一次实测了台湾省地图。–乾隆以后，由于受清政府消极保守的闭关锁国政策影响，又退回到传统的计里画方制图法。一.中国地图学历史回顾•清康熙《皇舆全览图》

–现藏于北京图书馆。–由清康熙帝主持，中西方测绘人员合作，

是中国一部实测全国地图。–采用经纬差各一度的梯形经纬网格，详细

地表示了地形、水系、居民地间相对集团

及其汉字名称。一.中国地图学历史回顾历代舆地图

29×19.5cm

公元1906～1911年(清道光绪三十二年至宣统三年)陆续刊行。本图系一多卷本的中国历史参考地图集，其分34图组，分订为34册，由扬守敬主持编纂刊刻。刻图系以清初实测地图为地理底图，历代正史地理志为考订。详细表示了中国历代疆域、政区、都邑等，是中国古代最完整的一部历史地图集。现藏于北京图书馆。一.中国地图学历史回顾近现代地图作品介绍《申报馆中国地图集》（1934）53幅36200地名《中国地势图》（1958）单幅《中华人民共和国自然地图集》（1965）222幅36万字《中华人民共和国自然地图集》（1999）540幅30万字115《中华人民共和国人口地图集》（1986）142幅36万字《中华人民共和国农业地图集》（1989）300幅36万字《中国城市地图集》（1992）2册幅40万字779页450城市《中国历史地图集》（1992）8卷300幅40万字70000地名《中华人民共和国国家经济地图集》（1993）265幅25万字《中华人民共和国国家普通地图集》（1996）248幅50000地名一.中国地图学历史回顾

•地图学思想和理论成就–中国汉代古地图——按比例尺测图–杰出的西晋地图学家裴秀——“制图六体”–贾耽、沈括、朱思本、罗洪先等•计里画方•地形模型制作•“对景图”画法•图例使用•画方分幅法，编制地图集–利玛窦等——中西方交流二.国外地图学的发展

•最初地图的萌芽，与原始人的绘画有着密切的关系。古埃及绘在苇草上的金矿图陶片上的巴比伦地图二.国外地图学的发展

•古希腊及托勒密时代–在世界地图科学史上，古希腊的著名数学、天文、地图学家托勒密（Ptolemy公元87－150年）占有重要的地位。他在前人科学成就基础上完成的巨著《地理学指南》，事实上就是一部关于数学制图方法和测绘资料的汇编。二.国外地图学的发展

•中世纪的大倒退——“寰宇图”–公元300至1300年前后（中世纪），罗马成为西方世界的政治文化中心，宗教力量主导了政治和社会发展，神话代替了科学。古罗马圆盘地图丁字形寰宇图二.国外地图学的发展

•地理大发现及墨卡托时代

–16世纪，荷兰出现了一个伟大的地图学家墨卡托，他编制了新的《世界地图》、《地球一览》图集，发明了等角正轴圆柱投影——墨卡托投影。–墨卡托的地图创作和理论结束了托勒密的传统，开辟了近代地图的先河。二.国外地图学的发展

•地理大发现及墨卡托时代

1538年绘制了第一张世界地图(从北极的角度俯视绘制而成)《墨卡托-洪都拉斯地图集》的中国部分（1606年，对中国的概念还很模糊）。二.国外地图学的发展

•实测成图与专题地图

–17世纪以后，为了国家管理、瓜分控制殖民地以及战争的需要，大规模的三角测量和基本地形图测绘逐渐形成地图科学发展的主流。法国早期测绘的地图二.国外地图学的发展

•实测成图与专题地图

–法国大革命之后不久，即完成了全国1:5万

的地形图，为当时最精详的地形图；–德国自然科学家洪堡创造了气候等值线图专

题制图方法；–1881年俄国的卡宾斯基提出了国际统一地

质符号的建议；–而德国伯尔和斯《自然地图集》的问世，

基本上形成了专题地图集的雏形。二.国外地图学的发展近现代地图作品介绍《国际百万分之一世界地图》800余幅《世界地图集》苏联，1954,1967(2th)283页19万地名《泰晤士世界地图