1.1地图的基本特征和定义
地图，对于每个人都不陌生，在中小学课本及课堂上都见过，在新华书店和一些机关单位也见过不少，如中华人民共和国地图、亚洲地图、世界地图、旅游地图、矿产分布地图等。地图是先于文字形成的用图解语言表达事物的工具，它是认识、分析和研究客观世界的常用手段，已有几千年的历史，一直没有被其他方式所代替。只是近几十年来，由于摄影技术和运载工具及传输技术的发展，曾有人主张用正射相片或卫星图像代替地图；又当计算机技术引进地图制图领域之后，也有人预言传统的地图将完全被数字信息的存储与处理设备所代替。但事实证明，影像和计算机技术的巨大价值更主要的在于扩大了地图制图实践的领域，提高了地图生产的效率，而地图仍以其特有的性质按自己的规律继续存在和发展。
为什么地图能长期发展和流传下来？地图和地面摄影相片、航空相片、风景画到底有哪些不同？为了能回答这些问题，我们首先研究地图的基本特征和地图的定义。
1.1.1地图的基本特征
早期人们把地图看做是地球表面缩小在平面上的图形。今天看来，这种认识不很全面也不很确切。因为地面的风景照片和风景画也适合这个含义，特别是现代的地图并不局限于表示地面可见的现象，还要表示那些在地理环境中存在、但又无形的现象(如气温、气压等)。因此要认识地图，就必须分析地图区别于风景照片和风景画的一些特性，即构成地图的数学法则，表达空间诸要素的地图语言和地图概括等。
1.由特殊的数学法则产生的可量测性
特殊的数学法则包含地图投影、地图比例尺和地图定向三个方面。
地图投影是指用解析方法找出地面点经纬度(渍，)同平面直角坐标(x，y)之间的关系。测量的结果是将自然表面上的点位沿铅垂方向投影到大地水准面上，由于大地水准面是一个不规则的、无法用数学语言描述的表面，学者们用一个十分接近它的旋转椭球面代替它，地图投影的任务就是将椭球面上的经纬度坐标(渍，)变成平面上的直角坐标(x，y)。由于旋转椭球体仍然是一个不可展的曲面，投影的结果存在误差是难免的，地图投影方法可以精确地确定每个点上产生的误差的性质和大小。
由于地球表面是曲面，所以必须限定在一个较小的范围内才会有“水平长度冶。
地图定向是指确定地图图形的地理方向。没有确定的地理方向，就无法确定地理事物的方位。地图的数学法则中一定要包含地图的定向法则。
使用了特殊的数学法则，地图就具有了可量测性，人们可以在地图上量测两点间的距离、区域面积，并可根据地图图形量测高差、计算出体积、地面坡度、河流曲率等。
2.运用地图语言
地图语言包括地图符号及符号系统、地图注记和地图色彩。
地图上的符号能起到定位、定性、定量的作用。地图语言的运用使地图具有了科学性，这就是地图与风景画和相片的截然不同之处。图1-1(a)是某一区域的卫星影像，图1-1(b)是相同区域的地图，图1-2是同一地区的素描画与地形图。从两者的对比中，不难看出，地图是运用易被人们感受的图形符号表示地面景物的，而卫星影像是用影像来反映地面景物的，素描画是通过远小近大的透视方式来模拟地球表面景物，因此它们之间有很大区别。
与风景画及航空相片、卫星影像比较起来，地图由于使用了地图语言表示事物，因而具有许多明显的优点，列举如下。
(1)清晰表示物体复杂的轮廓图形。地面物体往往具有复杂的轮廓外貌，在航空相片和卫星影像上则常因缩小过多而变得难以辨认；而在地图上，可分门别类地使用地图符号，对复杂的事物进行抽象概括，使其图形大大简化。即使地图比例尺缩小，仍具有清晰的图像。
(2)表示实地形体虽小，但有重要意义的物体。实地上形体虽小却很重要的物体在地图上可以根据需要用符号表示出来，即使在较小比例尺地图上也可以清晰地表示出来。
(3)表示事物的质量和数量特征。许多事物虽有其形，但其质量和数量特征却是无法在相片上成像的(如水的性质、温度、深度，土壤的性质，道路的路面材料，房屋的坚固程度，地势起伏的绝对和相对高度等)，而在地图上则可以通过符号或注记表达出来。
(4)表示地面上被遮盖的物体。地面上一些被遮盖的物体，在相片上无法显示，而在地图上却能使用符号将其表现出来。如用等高线可以不受森林遮盖的影响而正确地表示某地坡向、坡度、高程、高差等特征；隧道、涵洞、地下管道等地下建筑物也能在地图上清晰显示等。
(5)表示无形的现象。许多自然和社会现象，如行政区划界线、经纬线、等温线、降雨量、人口数、工农业产值、地下径流、太阳辐射和日照等，都是无形的现象，在相片上根本不可能有影像，在地图上则可以通过使用符号或注记表达出来。
(6)地图既能精确地显示地物的准确位置，又能在平面上显示出三维空间的立体特征，为在图上量测提供了可能。在航空相片等地面相片上，地貌形态尽管逼真，但未构成立体，因而无法进行量测。
(7)地图不仅能表现出地理环境的现状，而且还能反映地理环境的过去和未来。有关地理环境过去和未来的信息，在各种地面相片上都是获取不到的，只有地图通过符号和注记系统才能显示出来。地图通过符号和注记可以再现或塑造出地理环境中不同时期的、有形与无形的、大的与小的、可见与不可见的客观实体或现象，既反映出实体的形态特征，又表现出其质量和数量特征，成为地理环境发展变化的模型。
3.地图概括
地图上所表现的地面景物，从数量上看是少了，从图形上看是小了、简化了。这是因为地图上所表现的内容都是经过取舍和化简的。从图1-3可以看出：由1.5万比例尺缩小到1.10万比例尺的地图，对原来的内容如不进行取舍和化简，缩小后的地图既不清晰又不易读。这种把实地景物缩小或把原来较详细的地图缩成更小比例尺地图时，根据地图用途或主题的需要，对实况或原图内容进行取舍和化简，以便在有限的图面上表达出制图区域的基本特征和地理要素的主要特点的理论与方法，称为地图概括。
实施地图综合是地图作者在制作地图的过程中进行科学的、抽象的再加工，它使制成的地图具有明显的一览性。
地面的事物千差万别，错综复杂。地图使用符号对事物进行分类分级，这本身就对事物进行了抽象概括，这一过程便是地图作者对客观实际进行的第一次综合；随着编图时地图比例尺的缩小，地图面积在迅速增大，可能表达在地图上的物体(如居民地、道路等)的数量也必须相应地减少，这就势必还要去掉一些次要的而选取主要的物体，同类物体也要求进一步减少它们按质量、数量区分的等级，简化其轮廓图形，概括地表示地图内容，这可称为对客观实际进行的第二次综合。
这种地图综合的过程，是地图作者进行思维加工、抽取事物内在的本质特征与联系表现于地图的过程。航空相片和卫星相片也能因比例尺的缩小而机械地“删去冶某些细小的物体，这与地图的作者有目的地进行综合是完全不同的，因为通过地图综合使用图者更易于理解事物内在的本质和规律。
地图的特征还很多，如地图的形象直观性、地理方位性和几何精确性等，在这里就不加以论述。
1.1.2地图的定义
在研究了地图的基本特征之后，可以给地图下一个比较完整的定义：地图是根据一定的数学法则，将地球(或其他星体)上的自然和人文现象，使用地图语言，通过地图综合，缩小反映在平面上，以反映各种现象的空间分布、组合、联系、数量和质量特征及其在时间中的发展变化。
上述定义是地图的经典概念，它较为准确地描述了地图的特性及其同其他表述地球表层事物的手段之间的差别。但是随着科学技术的发展，在与地图相关的领域中发生了许多引人注目的变化。
(1)以计算机为主体的电子设备在制图中的广泛应用，使得地图不再限于用符号和图形表达在纸(或类似的介质)上，它可以数字的形式存储于磁介质上，或经可视化加工表现在屏幕上。
(2)由于航天技术的发展，出现了卫星遥感影像，这不但给地图制作提供了新的数据源，还可以把影像直接作为地理事物的表现形式，同时把人们的视野从地球拓展到月球和其他星球。
(3)多媒体技术的发展，使得视频、声音等都可以成为地图的表达手段。
这些变化引起了全世界地图学家们对地图定义的讨论。在众多的中外文献中看到如下关于地图的新的定义。
在《多种语言制图技术词典》中对地图的定义是“地球或天体表面上，经选择的资料或抽象的特征和它们的关系，有规则按比例在平面介质上的描写冶。国际地图学协会(ICA)地图学定义和地图学概念工作组的负责人博德(Board)和韦斯(Weiss)博士给出的定义是：“地图是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。冶也有学者简单地将地图定义为“地图是空间信息的图形表达冶，“地图是信息传输的通道冶等。显然，这些定义关注了地图作为地理信息表达工具的功能，突出了数字制图环境下地图表现形式的多样化，也考虑了地图向其他天体的拓展，但却忽视了地图的基本特性。
从现代地图学的观点出发，可以这样来定义地图：地图是根据一定的数学法则，将地球(或其他星球)上的自然和社会现象，通过地图综合所形成的信息，运用符号系统缩绘到平面上的图形，以传递它们的数量和质量，在时间上和空间上的分布和发展变化。
随着人类社会实践、生产实践和科学技术的进步，作为地图学研究的主要对象，地图也经历了一个不断发展的过程，人们对地图的认识也在不断地深化。这最明显地表现在不同时期人们关于地图的定义的演变与进步上。当然，不同时期关于地图的定义都只能反映当时的科学技术水平、地图的水平和人们的认识水平。所以随着科学技术的发展，上述地图的定义将会进一步充实和完善。
1.2地图的基本内容
地图的基本内容可分成三个部分：数学要素、地理要素和辅助要素。
1.2.1数学要素
科学的地图都应包含数学要素，它们在地图上表现为控制点、坐标网、比例尺和地图定向。
控制点分为平面控制点和高程控制点。前者又分为天文点和三角点，其中三角点是最重要的，在测图时，它们是图根控制的基础；编图时，它们成为地图内容转绘和投影变换的控制点。高程控制点指有埋石的水准点。控制点一般只在大比例尺地图上才体现，在小比例尺地图上没有控制点。
坐标网分为地理坐标网(经纬线网)和直角坐标网(方里网)，它们都同地图投影有密切联系，是地图投影的具体表现形式。
比例尺确定地图内容的缩小程度。它虽然只在整饰要素中标出，但在地图制作过程和结果中其作用却无处不在。
地图定向通过坐标网的方向来体现。
1.2.2地理要素
地理要素是地图的主体，普通地图和专题地图上表达的地理要素种类有所区别。
(1)普通地图。普通地图上的地理要素是地球表面上最基本的自然和人文要素，分为独立地物、居民地、交通网(主要是陆地上的道路网)、水系、地貌、土质和植被、境界线等。
(2)专题地图。专题地图上的地理要素分为地理基础要素和主题要素。
淤地理基础要素是为了承载作为主题的专题要素而选绘的与专题要素相关的普通地理要素，它们通常要比同比例尺的普通地图简略，要素种类根据专题要素的需要进行选择，不一定都要包含普通地图上的各种要素。
于主题要素指作为专题地图主题的专题内容，它们通常要使用特殊的表示方法详细描述其数量和质量指标。
1.2.3辅助要素
辅助要素是一组为方便使用而附加的文字和工具性资料，常包括外图廓(地形图则附有分度带)、图名、接图表、图例、坡度尺、三北方向、图解和文字比例尺、编图单位、编图时间和依据等。
(1)地图图名。指明了地图的主题和用途及地图所包含的范围。
(2)地图图例。列出了图中所有的符号及其对应的实际物体，是读懂地图的保证。
(3)制作和出版单位。犹如产品的品牌，标志着地图的质量和可靠性。
(4)出版时间。犹如产品保质期。世界随时间变化，而地图反映的是出版前的状况，因此使用时要心中有数。
1.3地图的功能与应用
随着现代科学技术的发展，电子计算机与自动化技术的引进，信息论与模型论的应用及各门学科的相互渗透，促进了地图的发展，地图的功能与应用也有了新的发展，现概述如下。
1.3.1地图的功能
1.地图的模拟功能
模型是根据实物、设计图或设想，按比例制成的与实物相似的物体。地图就是一种经过简化和抽象了的空间模型。它以符号和文字注记描述地理环境的某些特征和内在联系，使之成为一种模拟模型。例如，用等高线表示地貌形态时，等高线不是地面存在的客观实体，而是实际地形的模拟。
如前所述，地图具有严密的数学基础，采用直观的符号系统和经过抽象概括来表示客观实际。它不仅可以表现物体或现象的空间分布、组合、联系，而且可以反映其随时间的变化和发展情况，这就是由于地图具有很强的模拟功能所致。
地图模型较之其他模型(如数学模型、物理模型、表格图表、文字描述、航空与卫星图像等)具有更多的优点。例如，地图模型的直观性、一览性、抽象性、合成性、几何相似性、地理适应性、比例尺的可量测性等，都是其他形式的模型所不完全具备的。
2.地图的信息载负功能
地图是空间信息的载体，这明确地表明地图所具有的信息载负功能。
既然地图是地理空间信息的载体，自然就涉及地图信息量问题。地图信息量由直接信息和间接信息两部分组成。直接信息是地图上图形符号所直接表示的信息，人们通过读图很容易获得；间接信息是要经过分析解译所获得的信息，往往需要利用思维活动，通过分析综合才能获得。