第二章 地图学

―自适应‖是电子地图的设计者和用户之间的一种技术与 需求的协调统一关系。 GIS产品的设计应该遵循―以人为本‖的原则，即充分考 虑不同文化特点、不同专业背景、不同知识经验、不同终端以 及不同数据质量要求的用户的需要，从而提供用户一种个性化 的内容、功能和服务
——天气、光线（亮，暗） ——特殊光源条件（绿色光，大雾，晚上） ——数据加载速度（网络速度，大数据加载） ——外界环境（如室内，室外，安静，嘈杂） ——显示设备（PC，LCD，PDA，固定电话，移动电话） ——特殊（如特定船舶的安全水深） ——时间和事件等 ——用户文化背景（如国籍，语言等） (Malaka,2000)
vs
常规地图
连续的平面 固定均一比例尺 同一水准 物理（本体） 定量化 可量算（绝对、精确） 明确 准确 一致性
情感倾向性
定性化 相对空间关系
不确定性、模糊性
有变形、曲解 非一致
基于地图的空间认知，在空间知识、经验、情感作用下通过心象地 图推理，往往产生、发现新的空间特征、规律，制图人员当时都没 有意识到的
4. 信息传输向地理信息深加工转移
深层次的分析型地图产生， 揭示地学特征规律
5. 多维动态可视化与虚拟现实技术的应用
地学过程和现象的可视化 虚拟地理环境：场景重构与再现（仿真）
信息结构与内容的可视化 可视化数据挖掘：信息结构与知识表达
合成或综合可视化(强调分析与交互)
—— 现代信息产品的―以人为本‖特点的体现
• 地图模型论
—— 地图可认为是经过概括了的再现客观世界的空间模型 ，是反映自然和社会现象空间分布、组合、联系和变化 的形象—符号模型。
—— 地图还可认为是图形—数学模型，用数学方法表达经 过抽象概括了的制图对象的空间结构。
• 地图空间认知理论 空间认知：关于地理世界空间特征的认知与表达
理论地图学 – 理论方面（地图信息传递功能、地图信息变换、地图图形理 论和地图内容的制图综合理论） – 地图评价（地图学历史、地图的分类和评价标准、地图功能 、表示方法） – 应用方面（制图方法、地图复制方法和地图分析解译方法） 应用地图学（地图生产、机助制图的应用、地图和地图集的应用、 地图作品收集及地图教育）
研究地理实体世界在人们 大脑中如何建立空间概念， 如何在表达空间中描述地 理事物与现象，如何在心 象地图中通过认知推理解 释空间现象、提取空间规 律
位置 大小 距离 方位 形状
模式 动态过程 内在联系 ……
心象地图 _____ 驻留在记忆中的实体世界与空间特征的表达 心象地图
零碎的片断 变化的比例尺 多层次结构组织
§2.2 地图学同其它学科的联系
–马克思主义哲学 –地理学 –地理信息系统 –测量学 –艺术 （ 参见 教材及其他参考书）
§2.3
地图学的发展趋势
1.模拟地图向数字地图转移
（1）模拟技术生产模拟产品：传统地图集的编制、地图册的生产；
（2）模拟技术生产数字产品：扫描地图集中页面制作电子地图多媒 体光盘
多元统计
聚类分析 相关分析 主成分分析 概率分析 。。。
智能计算
神经元网络 Agent 遗传算法 粗集 。。。
优化技术
模拟退火 爬山技术 。。。
通用的数学模型 与计算方法
空间数据挖掘 计量地理 空间分析 地学各分支专业化的分析、计算（地质 统计 Krig插值计算）
面向空间位置的数 据加工处理
地学现象与过程的 专业 化规律探求
▲ 德国地图学家费赖塔格
• 地图学理论——地图术语和表述系统 格式塔、图形语义、图形效果和信息传递理论 • 地图学方法论——制图规则系统 符号识别规则、地图系统分析方法、地图设计与标准化方 法、地图分类和使用方法、地图制作和信息传递评价、优 化方法 • 地图学实践——国际活动系统（地图生产组织及流通方面） 地图组织机构、地图编辑、地图生产、地图发行、地图使 用及地图学训练）
—— 前苏联地图学家萨里谢夫、苏霍夫 提出的一整套制图综合
理论 —— —— —— —— 法国人J.Bertin 提出视觉变量理论 美国人莫里斯 Morris提出形式语言学 德国人的完形心理学（Gestalt）研究
英国人 Board 提出的地图模型论 —— 捷克人Kolacny提出地图信息传递模型 理论拓宽同技术变革共同构成了现代地学的基础
（3） 数字技术生产模拟产品：CorelDraw矢量化跟踪输出常规印刷
纸张图 （4）数字技术生产数字产品：数字摄影测量生产DEM→三维动画电子 图； 传统模式(1)→ 过渡模式 (2)(3)
→ 现代模式(4)
不仅技术手段都是在数字环境下通过数 字技术工具，产品形式也是数字式的
2. 制图向制图、用图并重转移
—— 地图学的发展
传统的地图制图学：以制作为中心
—— 以手工描绘地图图形为基础
—— 研究制作地图的理论、技术和工艺 —— 具有如下特征：
个人技术对地图质量有显著影响； 实践经验积累是获取知识的主要渠道； 传统的师徒传艺起主导作用。
现代地图制图学
电子计算机、网络、传感器技术的发展，驱动地图学 的理论、技术与方法发生了显著变化，产生新的地图学认 识论、生产工艺与应用模式
传统的： 地图绘制、地图概论、地图投影、普通地图编制、 专题地图编制、地图整饰、地图设计、地图制印 围绕地图的设计制作主线，技术路线 现代地图学：由于众多新概念和新理论的出现，在国内外都 有学者对学科体系的研究发表不同的见解，对 地图与地图学的认识、方法论差别
▲ 波兰学者拉多依斯基：理论地图学和应用地图学
德国地球物理学家、地 质学家 魏格纳，在病床 上发现大西洋两岸的陆地 形状惊人的相似，尤其是 非洲与南美洲，几乎可以 吻合。。。 世纪大发现―大陆漂移学 说‖ （1910年） 30年后，―板块构造学说‖
• 空间信息可视化理论
强调揭示现象本质、展现内在特征的一种思维过程，逐 步明朗化、清晰化
MacEachren的【地图学】3 空间表达论（可视化立方体）
比例缩小
综合
—— 制作技术方面
实际制作地图的工艺方法与应用理论
因制图目标、表达内容、数据形式、技术方法、技术环 境不同而产生了不同的地图制图学体系
• • • • • • • 普通地图制图学 专题地图制图学 遥感制图学 计算机制图学 网络地图设计与发布 移动地图制图学 地图制印学
—— 应用方面
研究地图应用的原理和方法
美国著名地图 学家，CA可视 化专业委员会 主席
立方体是地图的应用空间（领域）。 可视化与交流传输处于不同地位，发挥不同作用。 可视化：呈现未知、面对个人、交互作用高 交流与传输：表达已知、面对大众、人图交互作用低
• 地图语言学理论
—— 是在地图符号系统和视觉变量理论的基础上，结合形式语 言学逐步形成的 ——地图符号论研究的主要内容 –地图符号语法学 –地图符号语义学 –地图符号语用学 —— 现代的地图语言学分为地图符号和语言媒体符号
自 然 地 理
人 文 地 理
二. 地图学各分支学科的内容
—— 理论方面
• • • • • • • •
地图信息论 地图信息传输论 地图感受论 地图模型论 地图空间认知论 地图信息可视化理论 地图符号论 制图综合理论
• 地图信息论
—— 研究以地图图形显示、传递、转换、储存、处理和利用空 间信息的理论。 —— 从语言学角度 语义信息：表达符号与实际地物之间的对应关系 语法信息：符号结构、组织表达相互间的关系 语用信息：表达符号与读图用户之间的关系 —— 仙农的讯号传输信息论可用于语法信息的测度计算。
随着空间数据基础设施的建立完成，大量地图数据库 的完成，如何应用地图分析工具挖掘地理目标形态、分布 特征、分布结构、分布模式 日益受到重视。
3. 品种单一向产品多样化转移
符号库 颜色库 文字注记
空间数据库
可视化图形 数据处理
Байду номын сангаас
—— 应用环境多样，表现形式多样，用户层次多样 —— ―以人为本‖，自适应可视化 —— 用户参与制图，GoogleEarth 网民回帖、标注
地图符号语言、空间图形结构与自然语言的映射
In the south
to the south
on the south
• 地图综合理论
综合是思维的抽象化过程，从细到粗的思维过程， 概括, 抽象 化, 粗化, 化简等。随着比例尺缩小，保留重要地物，去掉次要地 物目标选取的目标以概括的形式表达。 如何判断重要性？ 简化到何种程度？定性、定量的变化规律。 采用什么样的简化技术策略？。。。
• 地图感受论
—— 研究用图者对地图图形（包括符号、色彩、注记）的感受过 程及其特点和对图象的心理反映特征与地图视觉效果的理论。 —— 为地图整饰理论和方法的基础。它从视觉感受角度研究地 图符号，从心理过程与美学观点研究地图色彩的选择与组合。 —— Bertin的视觉变量理论体系 —— 面向盲人的触觉地图符号设计
地图分析：运用数学工具对图形、语义信息处理得到空间特 征，派生出新的信息，但没有融入地学领域的专业知识、模 型，不能回答深层次的地学问题
空间数据挖掘：结合地学领域的知识，基于专业模型经过复 杂的计算，发掘地学规律、解释地学机理、揭示地学特征。 是在大量空间数据积累基础上的―淘金‖。 但目前对空间分析与空间数据挖掘的界线没有区分开， 其他还有空间统计、空间量算等。
1、地图学的定义和基本内容 2、地图学同其他学科的联系
3、地图学的发展趋势
§2.1 地图学的定义和基本内容
一. 地图学的定义及其发展
—— 地图学定义 以地图信息传递为中心，探讨地图的理论实质、制作技术和使 用方法的综合性科学。 完善的学科概念均设计三个方面：理论、技术、应用，在发展 的不同阶段有不同的解决问题的重点。 GIS的三种解释：GI－Science System Service 地图学的研究外延的发展变化：从强调地图的设计制作到应用 分析 。
——现代地图学的基本特征 跨越几个科学部门 横断科学为地图学现代理论提供了支持 地图生产、研究、应用上的计量化 以计算机为主体的电子设备的应用
—— 地图学的学科体系 测绘科学与技术 地理学
大 地 程 测 量
摄 影 程 测 量
地 图 制 图 学 与 地 理 信 息 工 程
地 图 学 与 地 理 信 息 系 统