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第5章 地图及地图学(4)

在军队自动化指挥系统中,指挥员将通过电子地图的系统与卫星联系,从屏幕上观察战局变化,研究战场环境和下达命令,指挥部队行动。作为现代武器装备的标志,在现代的飞机、舰船、汽车甚至坦克上,都装有电子地图系统,可将所在的位置实时显示在电子地图上,供驾驶人员观察、分析和操作。目前各种军事指挥辅助决策系统中的电子地图都具有地形显示、地形分析和军事态势标绘的功能。

4.在其他领域中的应用

电子地图的应用领域十分广泛,各种与空间环境有关的信息系统,都可以利用电子地图:天气预报电子地图与气象信息处理系统相连接,是表示气象信息分析处理结果的一种形式。国家防汛指挥中心使用电子地图进行防汛抗洪指挥。

1.6地图学的定义及学科体系

1.6.1地图学的现代特征

关于地图学的现代特征,国内外学者有许多研究,提出了各种各样的看法,可以归纳如下。

1.地图学已跨界于多个学科门类

现代地图学的重要特征之一,就是打破了学科的界线,学科之间的界线变得越来越模糊,学科前沿不断向前推进。正如国际地图学协会(ICA)前任主席莫里逊(J.Morrison)于1995年在西班牙巴塞罗那举行的第17届学术讨论会的主题报告中指出的,现代地图学已经成为一门跨越学科界线的科学。也可以说,地图学是一门交叉科学。所谓交叉科学,是指诸学科门类知识之间的交叉和相互作用。

2.横断科学为地图学的理论化提供了有力的工具

所谓横断科学,指可以作为其他科学的基础的科学。例如,哲学、数学、信息科学和系统科学是自然科学、技术与工程科学、社会与人文科学的方法和基础,是横断科学。

在相当长的一段时间里,地图制图工作者曾为寻找地图学的理论基础而徘徊。回顾20世纪五六十年代,除了“地图投影冶、“地图综合冶、“地图表示法冶等问题还可以做点文章外,“地图学的贫困冶已使许多地图学家都感到无所作为了。而一些横断科学,如信息论、系统论、传输论的诞生,立即受到了国内外地图制图工作者的重视,进入60年代以后,世界各国开始探讨技术革命的趋势,把“信息冶当作人类社会的三大资源之一(与能源、材料并列)给予特别重视。捷克的卡拉斯尼(A.Kolacny)提出了地图信息传输的观点和传输模式,在国际地图学界引起强烈反响。虽然要研究的问题还很多,但他把信息论、系统论和传输论结合起来,从总体上认识地图学的功能,抓住了问题的要害。

3.地图学在地图生产、应用与研究上的计量化

地图学过去一直被认为是一门“经验科学冶,甚至被怀疑其称为“科学冶是否恰当,而只把它当作一种工艺。但近些年来数学方法在地图学中的广泛应用,已使它逐步地向系统的、理论的科学过渡,带来了可喜的进步。从前,数学好像只有在地图投影中才得到应用,而现在这种状况已明显地改变了。我们在数据采集、整理时,研究地图综合指标和方法时,用地图分析某种自然、社会现象并探讨它们的规律时,用检测视觉感受效果的方法来提高地图的设计水平时,对专题数据进行分类、分级和趋势预测时,都需要使用数学方法进行数据处理。在计算机地图制图、地图数据库和地理信息系统建立和应用中,数学建模更是一切工作的前提。这就告诉我们,在地图学的领域中需要有一个新的环节或层次,这就是“地图制图数据处理冶,或称“地图数学制图模型冶。作为地图学和数学的“接口冶,这是国内外很多专家已经注意到并已着手探索的一个新的领域,已取得可喜的进展。可以预计这将是地图学领域极为重要的内容,它已不是传统工程数学所能胜任得了的,必须引入许多现代数学方法,如拓扑学、图论、模糊数学、灰色系统理论、多元统计分析、数学形态学、分形与分维、小波理论和方法,等等。可以这样说,如同数学是自然科学、社会与人文科学、技术与工程科学的方法和基础那样,数学已经成为地图学的方法和基础,这标志着地图学的计量化。

4.信息科学和计算机技术拓宽了地图学的领域

计算机技术被引进地图学以后,对学科建设和发展起了巨大的促进作用,从最初的计算机辅助地图绘制,发展到现在的基于地图数据库的全数字式“地图设计、编绘与分色挂网胶片输出冶的一体化,地图生产方式正在实现由模拟的手工方式向数字式的自动或半自动方式转变。其结果是:减轻了制图技术的劳动强度,增加了地图生产过程的科技含量;缩短了地图生产周期,加快了地图生产的速度;丰富和科学化了地图的内容,增加了地图的品种;扩展了地图的功能,尤其是在地图信息的实时显示、对比和预测等方面有特别的收效;改变或部分改变传统的地图生产体制、分工和作业人员的结构;等等。

1.6.2地图学的定义

地图学的发展可以明显地区分为两个阶段,前一阶段是研究制作地图的,又称为“地图制图学冶。20世纪70年代以后,明确提出了地图应用是地图学的组成部分,形成了完整的地图学概念。

关于地图学的定义,有各种各样的说法:英国皇家学会的制图技术术语词汇表中,将地图学定义为“制作地图的艺术、科学和工艺学冶;前苏联从20世纪初就开始了正规的制图高等教学,当时把制图学理解为技术学科,“它研究地图编绘与制印的科学技术方法和过程冶;瑞士地图学家英霍夫(E.Imhof)强调“地图制图学是一门带有强烈艺术倾向的技术科学冶,他的这个认识在德语系国家中有着重要影响,他们强调地图制图学的艺术成分,把图形表示法的共同规律当作地图制图学的核心,把地图制图学看成探求图形特征的显示科学。作为地理学者的萨里谢夫,特别强调“地图制图学是建立在正确的地理认识基础上的地图图形显示的技术科学冶,这种显示在于“描写、研究自然和社会现象的空间分布、联系及随时间的变化冶。

20世纪70年代以后,地图应用被纳入地图学的范畴,普遍认为地图学是“研究地图及其制作理论、工艺技术和应用的科学冶。随着地图制作技术的发展,制图理论也在不断创新和完善。传输的观点逐渐被接受,“地图学的任务是通过地图的利用来传输地理信息冶。从传输的观点看,地图的制作和应用被同等看待。人们通过测量、调查、统计、遥感等多种方式将客观环境的一部分转换成被认识的地理信息,再通过制图的方法制成地图(客观世界的模型),读者通过阅读、分析、解译获得对客观世界的认识,这显然是一个地理信息的传递过程,其中又涉及符号理论、感受和认知理论等。在这个背景下,人们对地图学下了各种定义,“地图学是研究空间信息图形表达、存储和传递的科学冶;“地图学是以地理信息传递为中心的、探讨地图的理论实质、制作技术和使用方法的综合性科学冶;“地图学是用特殊的形象符号模型来表示和研究自然和社会现象空间分布、组合、相互联系及其在时间中变化的科学冶。

我们认为:要给地图学下一个准确的定义,就必须研究地图学的本质、概念、理论和方法,特别是地图学在现代技术条件下发生的新的变化。在数字地图的条件下,可视化(视觉化)是现代地图学的核心,空间认知和传输是可视化的重要内容,形式化则是可视化的工具和技术支持。为此,可给出地图学的定义为“地图学研究地理信息的表达、处理和传输的理论和方法,以地理信息可视化为核心,探讨地图的制作技术和使用方法冶。

1.6.3传统地图(制图)学

传统的地图(制图)学以手工描绘地图图形为基础,以制图为中心。这时,地图(制图)学研究制作地图的理论、技术和工艺。制作地图采用各种手持工具,从毛笔(西方采用羽管笔)、雕刻刀到小钢笔、针管笔、各种刻图工具等。在印刷术发明以前,提供给用户的地图都是手工绘制的,其用户面极其有限。19世纪照相术的发明及照相术同印刷术的结合,使地图得以用比较廉价的方法大规模地复制,地图用户数量急剧增加。到20世纪,世界上已出现了许多经营地图的机构,地图成为一个引人注目的行业,这大大地促进了地图学的发展。

传统的地图学有以下三个基本特征。

淤个人技术对地图质量有显着的影响。

于实践经验积累是获取知识的主要渠道。

盂传统的师徒传授技艺起主导作用。

所以,严格来讲,直到20世纪初,地图(制图)学仍然停留在传统的手工艺阶段,不能称为现代意义上的科学。

1.6.4现代地图学的产生

以电子计算机为主体的电子设备的应用,彻底改变了手工制图的状态,使制图进入高科技时代。它不仅改进了制图技术,而且从根本上改变了制图工艺,与之相适应产生了制图的新理论。同时,电子技术把用图者(通常是各行各业的专家)纳入到制图过程中,使制图和用图成为一个整体,逐渐形成了现代地图学。

在形成现代地图学的过程中,以下事实有着重大的影响。

以前苏联地图学家萨里谢夫和苏霍夫为首的一批学者在第二次世界大战中及以后,创造了一整套的地图综合理论,并在地图和地图集的设计方面取得了很大进展。

法国人贝尔廷1961年提出的一整套视觉变量理论,美国人莫里斯在哲学理论的基础上提出的形式语言学,共同形成了地图符号学的核心。

波兰地图学家拉多依斯基运用信息论的观点研究地图信息的传递特点后,提出了地图学的结构模式。

英国学者博德提出了地图模型论。

捷克人克拉斯尼根据信息论中信息传输的概念提出了信息传输模型。

德国学者在图形心理学方面的理论研究(格式塔理论),对地图阅读规律的研究有指导意义。

从20世纪50年代开始的计算机制图技术发展到可以投入大规模生产的阶段,技术变革和理论上的拓展构成了现代地图学的基础。在众多的地图学工作者不断实践、创新、充实、完善的基础上,在20世纪的八九十年代逐渐形成了现代地图学。

1.6.5地图学的学科体系

传统的地图(制图)学的结构较为简单,它包含地图绘制、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、地图制印等课目。

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。英霍夫在20世纪50年代末最早提出把地图学分为理论地图学和实用地图学的主张,前苏联的地图学家也曾有类似的看法。英国和法国的地图学家则主张将地图学分为地图理论和制图技术两部分。

20世纪70年代以后,对地图学体系的认识发生了重要的变化。波兰学者拉多依斯基提出一个较为详细的地图学结构模式,他把地图学分为理论地图学和应用地图学两部分,前者有三个主要方向,第一个是关于理论方面的,以地图信息传递理论为基础,研究地图信息传递功能、地图信息变换、地图图形理论(符号学)和地图内容的地图综合理论等;第二个是关于地图评价方面的,以地图知识为理论基础,包括地图学历史,地图的分类和评价标准,地图功能、表示方法等问题;第三个是关于应用方面的,以制图方法论为基础,包括制图方法(含地图制图自动化方法)、地图复制方法和地图分析解译方法。第三个方向被认为是理论和实际的结合。应用地图学则包括地图生产(地图编制、绘制、复制和编辑加工),机助制图的应用(数据采集和变换),地图和地图集(在教学、科研、生产活动中)的应用,地图作品收集及地图教育等五个方面。

德国地图学家费赖塔格用地图信息传递论和符号理论相结合的观点,于1980年在拉多依斯基模式的基础上研究了地图学结构问题,他提出地图学应当分为三个分支:地图学理论、地图学方法论和地图学实践。地图学理论(地图术语和表述系统)包括格式塔理论(图形心理学)、图形语义(表示、空间拓扑关系、语义综合及地图模型)理论、图形效果理论和地图信息传递理论;地图学方法论(制图规则系统)包括符号识别规则、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、地图制作及信息传递的评价、优化方法等;地图学实践(国际活动系统)包含地图生产组织及流通方面的内容,如地图组织机构、地图编辑、地图生产、地图发行、地图使用及地图学训练等。

以上体系他称之为“普通地图学冶。除此之外,他还分出两个辅助系统,即“比较地图学冶(研究地图学的理论、方法和实践等各方面的比较)和“历史地图学冶(研究地图学的理论、方法和实践的发展历史)。

荷兰地图学家博斯用一个类似于物质的分子和原子结构的功能模型来解释地图学各个领域及其同其他边缘学科的关系(如图1-4所示)。其核心是地图设计,围绕这个核心的是五个分支学科:地图内容、地图生产计划、地图配置、符号设计和地图综合。在其周围是与其有联系的其他边缘学科,如空间数据、地图感受、图形艺术、制图条件和制图技术等,它们又各自为次级核心再联系其他分支。该模型形象地描述了地图学的核心问题及其与各分支学科的联系。

我国学者廖克根据现代地图学发展的特点和趋势,特别是我国的学科现状,提出现代地图学应当分成理论地图学、地图制图学、应用地图学三大分支,每个分支都有自己的研究内容。

现代地图学体系的研究适应了当代地图科学技术的发展,也展示了地图学的广阔领域和发展前景,更重要的是使我们拓展视野,在边缘、交叉学科领域寻找地图学新的生长点。

1.6.6地图学与其他学科的联系

地图学的任务是用图解语言表现客观世界,这就注定它与有关描述对象、描述方法等众多学科有着密切的联系。在科学技术不断进步的过程中,这种联系不断加强。在解决共同的复杂问题时,促进了学科之间的交叉渗透,产生了许多新的边缘学科。

(1)马克思主义哲学。为了正确地研究和反映客观实际,用辩证唯物主义的思想方法去认识和揭示自然界、人类社会和思维的一般规律是十分重要的。离开马克思主义哲学,就不可能正确解释地理事物的发展规律,不能理解地图综合中的诸多概念,不能对制图经验和地图学中的许多理论问题做出正确分析。