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第8章 地图及地图学(7)

从图中可以看出,当编码信息得到辨认和解译时,地图信息的传递就完成了。地图作为传递通道,将地图作者和读者连接起来。制图者采用图形和文字相结合的方法将环境信息转换为地图信息,用图者又将地图信息转变为环境信息。正是这种转换,将地理环境、制图者、地图和用图者组成一个相互联系的完整系统。

3.地图感受论

地图感受是应用生理学和心理学的理论来探讨读图过程。视觉感受的研究对于设计最佳的地图图形和色彩提供了科学依据。到目前为止,大部分地图信息是通过视觉传送的。读者通过视觉系统将图形信息传送到大脑,在一些心理因素的作用下对其作出判别。

对图形、符号的感受中,研究符号的图形特征上的各种变化,形成视觉变量。运用视觉变量引起的视觉感受上的变化,可以形成图形的整体感、数量感、质量感、动态感和立体感的效果,达到更有效地传递地图信息的目的。

地图感受论研究视觉阅读地图的感受过程、视觉变量及视觉感受等方面的问题。

4.地图模型论

用模型方法去研究系统,可大大减少认识系统所花费的代价。地图模型论就是将地图作为客观世界的空间模型,用模型方法研究地图,对深刻认识地图的功能及其在地理学科中的作用有重要意义。

地图既是客观世界的物质模型,又是概念模型。作为物质模型,人们可以在模型上进行地面的模拟实验工作,如量测长度和面积、进行区域规划设计等。作为概念模型,它不仅仅是客观物体的描写,还包括对客观世界认识的结果。在概念(思想)模型中又可分为形象模型和符号模型,前者是运用思维能力对客观世界进行简化和概括,后者借助专门的符号和图形,按一定的形式组合起来去描述客观世界。地图具有这两方面的特点,所以是形象符号模型。

5.地图空间认知理论

认知科学是由计算机科学、哲学、心理学、语言学、人类学、神经科学交叉,于20世纪70年代末才形成的关于心智、智能、思维、知识的描述和应用的学科,研究智能和认知行为的原理和对认知的理解,探索心智的表达和计算能力及其在人脑中的结构、功能和表示。

认知地图也称心像地图,它是人们通过感知途径获取空间环境信息后,在头脑中经过抽象思维和加工处理所形成的关于认知环境的抽象替代物,是表征空间环境的一种心智形式。

这种将空间环境现象的空间位置、相互关系和性质特征等方面的信息进行感知、记忆、抽象思维、符号化加工的一系列变换过程,被称为心像制图。

在地图设计和编制过程中,地图编辑首先根据各种资料来认识地理环境,再根据地图的用途和要求,构思表示方法、地图内容、制图工艺等,形成新编地图在作者头脑中的构图,即心像地图。经过比较、试验、修改的过程,形成地图的设计方案。

由于现有的人工智能理论还不足以精确描述大脑的思维过程,关于制图专家系统的研究很难获得突破。地图认知理论的研究必将为计算机制图系统,特别是制图专家系统的智能化提供帮助。

为使用地图而进行的地图空间认知比较容易理解。地图用户通过阅读地图,在大脑中形成由形象思维产生的心像环境,这就是对地图认知的结果,从这里出发才能实现需要根据地图实现的目标。

6.地图信息可视化理论

可视化在西方多称为视觉化,解释为“不可直接察觉的某种事物的直观表示冶。这本是一个计算机科学中的概念,它是指将数据转化为图形,以便于研究人员观察计算过程。在数字地图条件下,地图信息的可视化已经成为当代地图学研究中的一个重要领域。

在地图和地理信息系统中,利用可视化技术可以直观显示物体的空间位置,可将地理环境现象空间分析(统计、关联、对比、运输、迁移、经济发展)的过程和结果直观、形象地描述出来并传递给用户。利用三维、动态可视化技术,既可以制作二维平面上的视觉三维图像,也可以制作随时间变化的三维动态地图。在制图过程中,则利用可视化技术对地图数据的存储、传递、处理过程进行监控。

总之,计算机制图离不开可视化。这就引起了对可视化的研究,产生了空间信息可视化这样一个全新的概念。

7.地图符号论

地图符号论又称地图语言学,是20世纪末才提出的地图学新理论。它是在20世纪60年代提出的地图符号系统(前苏联)和视觉变量(法国)理论的基础上,结合形式语言学逐步形成的。

地图符号论是研究作为地图语言的地图符号系统及其视觉特征的理论,探讨地图符号和图形的构图规律、地图符号及其系统结构。目前地图符号理论的研究主要包括:地图符号关系学、地图符号语义学和地图符号的效用。

8.地图综合理论

地图综合理论对传统地图学和现代地图学来说都是基本理论,它研究编制地图的过程中对地图内容进行概括和取舍处理的原理和方法,是对制图数据处理的根据,其最终目的是合理反映制图区域的地理特征。

现代地图学的地图综合有了很大的发展,这包括制图数学模型的广泛应用,运用数据库技术利用特殊的存储结构实现综合,到现在的基于地理特征分析的自动地图综合。地图综合仍然是数字制图中最重要的瓶颈问题,解决自动地图综合实用化的问题将对地图制图和GIS发展、数据库建设起到极大的作用,正在引起越来越多的制图专家们的关注。

9.地学信息图谱理论

地学信息图谱是陈述彭院士等提出的新概念与新方法。“图冶主要是指空间信息图形表现形式的地图,也还包括图像、图解等其他图形表现形式;“谱冶是众多同类事物或现象的系统排列,是按事物特征或时间序列所建立的体系。图谱兼有“图形冶与“谱系冶的双重特性。地学信息图谱是由遥感、地图数据库、地理信息系统与数字地球的大量数字信息,经过图形思维与抽象概括,并以计算机多维动态可视化技术,显示地球系统及各要素和现象空间形态结构与时空变化规律的一种手段和方法。同时这种空间图形谱系经过空间模型与地学认知的深入分析,可进行推理、反演与预测,形成对事物和现象更深层次的认识,有可能总结出重要的科学规律或规划决策的具体方案。因此,地学信息图谱是地图学更高层次的表现形式与分析研究手段。

1.8.2地图制图学

地图制图学是包含实际制作地图的工艺方法和应用理论的学科。

(1)普通地图制图学。以普通地图制图为对象的学科,研究普通地图的内容和表示方法、地图符号设计、编图技术方法、各要素的地图综合(数据处理)、地图编辑和设计等。

(2)专题地图制图学。以专题地图制图为对象的学科,研究专题地图的内容和表示方法,专题地图上主题要素的资料收集和处理,各种类型专题地图的编制,专题地图的制图工艺和编辑、设计等问题。

(3)遥感制图学。研究以遥感数据为数据源制作地图或修正地图的学科。主要内容包括遥感图像的成像原理、图像性质、图像判读、图像增强,数字图像特征及数字图像处理、增强、变换,遥感图像的制图应用、编图技术方法和遥感制图精度分析等。

(4)计算机制图学。以计算机为主导的电子仪器为制图工具,研究地图制图方法的学科。它仅仅是制图方法的变化,地图本身并没有变化,严格说来并不是一个完整的学科。由于以计算机为工具是制图技术革命的重要标志,人们在一定阶段会特别强调它的地位,产生了这门以研究制图电子设备的性能、使用方法,地图数据获取、存储、传递,地图制图软件、地图数据库、地图数据处理方法为主要内容的特殊的学科。

(5)地图制印学。研究大量制印地图的学科。传统的地图制印学包括对复照、翻版、分涂、制版、打样、印刷等工序的研究。数字制图技术的发展使地图制印产生了根本的变化,编印一体化技术可在数据处理过程中区分不同颜色,并经打样检查后按预定比例输出四张(红、黄、蓝、黑)胶片,直接去印刷厂制版印刷。进一步的发展是省掉分色胶片,直接将数据输入印刷机进行印刷。

1.8.3应用地图学

应用地图学研究地图应用的原理和方法。在应用地图学体系中,实际建立的学科有地图分析、地图解释和应用。

(1)地图分析。以分析地图的方法为主体,包括分析目的、分析方法、分析结果和分析精度四个部分。分析目的是确定在地图上分析研究的方向和可能的用途,这包括根据地图获得数量特征,研究结构和差异,揭示联系和从属性,分析动态,预测预报和质量评价。分析方法包括描述法、图解法、图解解析法(地图量测和形态量测)和解析法(各种数学模型方法)。通过这些分析方法将获得不同形式的结果供实际应用。作为应用的依据,还要分析这些结果可能达到的精度。

(2)地图解释和应用。地图解释和应用的主体是各行业的专家,他们根据使用地图的目的选择合适的方法,对分析结果加以应用,如城市规划、地籍管理、道路设计和施工、地质调查等。

1.9地图学的发展趋势

国民经济、科学研究和文化活动对地图需求的不断增加,促进了地图行业的繁荣。地图制图工作者必须不断扩大地图的选题范围,增加品种,提高地图的精度、详细性、现势性和可视性,改进制图方法,提高生产效率,改善地图使用方法并拓宽使用领域。这些探索和研究无疑会促进地图学的发展。地图学的发展趋势可以归纳为以下几个方面。

1.9.1创新的地图学理论体系的发展

理论是技术的先导,没有先进理论指导的技术是盲目的技术。随着地图学技术的迅速发展,对地图学理论研究的要求将越来越高。20世纪80年代以来,地图制图技术的跨越式发展,从根本上说,首先是得益于20世纪五六十年代信息论、系统论和控制论三大理论及电子计算机的诞生及其同地图学的结合,为地图学的发展开拓了新的思路。所以,要实现21世纪地图学的进一步发展,必须紧抓地图学理论体系的创新研究,实现地图学的“老三论冶即地图投影、地图综合和地图符号等理论在新的条件下的深化和提升,以及信息科学技术背景下的地图空间认知、地图信息传输、地图视觉感受、地图模型、地学信息图谱、空间信息语言学等新理论在地图学理论体系中的地位和作用、相互联系、内容的深层次研究,逐步形成地图学的科学理论体系。

1.9.2创新的地图学技术体系的进一步发展

技术是理论的支持,没有先进技术支持的理论是落后的理论。在过去的20多年里,地图学技术已经实现了由手工制图到计算机制图的跨越式发展,作为地图学功能的扩展和延伸的地理信息系统已达到实用化的程度,空间信息可视化与虚拟现实技术作为地图学的一个新的生长点已取得明显进展,在这个基础上进行创新性研究,并建立起新的地图学技术体系是必然的趋势。创新的地图学技术体系应包括以地图数据库、地图色彩库和地图符号库作支撑条件的全数字地图制图与地图电子出版一体化系统,以电子地图信息系统和电子地图集信息系统为主的地图信息系统,以“网络冶技术为支撑和以自主创新、三维和实时动态、实用化及产业化为目标的地理信息系统,以空间数据仓库和数据挖掘为支撑的空间决策支持系统,以模型库、数据库和纹理库为基础的地理环境仿真与虚拟现实系统,等等。

1.9.3创新的地图学应用服务体系的进一步充实和完善

地图与地理信息服务,始终是地图学赖以生存的基础,特别是在信息化时代,社会发展与人类生活都对地图与地理信息服务提出了更新、更高的要求。

很长时间内,地图学是主要以地图的形式提供服务的,而且具有“封闭体系冶的传统地图学是“以地图制作为主,忽视地图应用的研究冶,地图服务处于一种“被动冶服务的状况。随着电子计算机技术、多媒体技术和网络技术的发展,地图与地理信息服务已成为决策支持的重要基础,已经并将继续出现一些新的变化,服务的形式更加多样化,服务的技术手段更加现代化,服务的质量更加高效化。创新的地图与地理信息服务体系应包括常规地图应用服务和地理信息应用服务体系。地图应用服务体系应包括常规地图应用服务、数字地图的分布式存储与网上分发、电子地图服务、电子地图集服务等,地图品种将更加多样化;地理信息应用服务体系包括地理信息部门服务、移动位置服务、基于分布式计算模型的GISWeb服务、基于多智能代理的WebGIS服务,等等,地理信息服务将更加实时、快速和高效。

复习思考题

1.地图的基本特性是什么?

2.地图的基本内容是什么?

3.结合自己所学地图知识谈谈地图的功能与应用有哪些。

4.简述电子地图的定义与特点。

5.如何对地图学进行定义?

6.试述现代地图学的基本特征。

7.现代地图学形成过程中有哪些有重大影响的理论和技术创新?

8.现代地图学理论包括哪些方面?

9.我国古代有哪些着名的地图学家?他们有哪些主要贡献?