地图

 

定义

地图是按照一定的法则,有选择地以二维或多维形式与手段在平面或球面上表示地球(或其它星球)若干现象的图形或图像，它具有严格的数学基础、符号系统、文字注记，并能用地图概括原则，科学地反映出自然和社会经济现象的分布特征及其相互关系。

简史

　　在史前时代，古人就知道用符号来记载或说明自己生活的环境、走过的路线等。现在人们能找到的最早的地图实物是刻在陶片上的古巴比伦地图(如图01-01) 据考这是4500多年前的古巴比伦城及其周围环境的地图，底格里斯河和幼发拉底河发源于北方山地，流向南方的沼泽,古巴比伦城位于两条山脉之间。
　　留存至今的古地图还有公元前1500年绘制的《尼普尔城邑图》，它存于由美国宾州大学于19世纪末在尼普尔遗址(今伊拉克的尼法尔)发掘出土的泥片中(如图01-02)。图的中心是用苏 美尔文标注的尼普尔城的名称，西南部有幼发拉底河，西北为嫩比尔杜渠，城中渠将尼普尔 分成东西两半，三面都有城墙，东面由于泥板缺损不可知。城墙上都绘有城门并有名称注记 ，城墙外北面和南面均有护城壕沟并有名称标注，西面有幼发拉底河作为屏障。城中绘有神 庙、公园，但对居住区没有表示。该图比例尺大约为1∶12万。
留存有实物的还有古埃及人于公元前1330～前1317年在芦苇上绘制的金矿山图。
 　我国关于地图的记载和传说可以追溯到4000年前，《左传》上就记载有夏代的《九鼎图 》。古经《周易》有“河图”的记载，还有“洛书图”，表明我国图书之起源。传世文献《周 礼》中有17处关于图的记载，图又与周官中14种官职相关联，如“天官冢宰·司书”“掌邦 中之版，土地之图”；“地官司徒·大司徒”“掌建邦之土地之图，与其人民之数以佐王 安 抚邦国。以天下土地之图，周知九州之地域，广轮之数，辨其山林川泽丘陵坟衍原隰之名 物 ，而辨其邦国都鄙之数，制其畿疆而沟封之，设其社稷之而树之田主”；“地官司徒 ·小司徒”“凡民讼，以地比正之，地讼，以图正之”；“地官司徒·土训”“掌通地图，以 诏地事”；“春官宗伯·冢人”“掌公墓之地，辨其兆域而为之图”；“夏官司马·司险 ” “掌九州之图，以周知其山林川泽之阻，而达其道路”；“夏官司马·职方氏”“掌天下 之 图，以掌天下之地，辨其邦国都鄙，四夷八蛮、七闽八貉、五戎六狄之人民，与其财用，九 谷六畜之数要”。1954年6月，我国考古工作者在江苏丹徒县烟墩山出土的西周初青铜器“ 宜侯矢”底内刻铸的120字铭文有两处谈到地图，即“武王、成王伐商图”和“东国图 ”。该 文记载周康王根据这两幅地图到了宜地，举行纳土封侯的册命仪式。曰：“唯四月辰在丁未 ，王者武王遂省、成王伐商图，遂省东或(国)图。王立(位)于宜，内(纳)土，南乡(向)。王 令虞侯曰：‘繇，侯于宜。’”据考证，该图成于公元前1027年或稍晚。这些记载足以说明 ，我国西周时期已有土地图、军事图、政区图等多种地图，并在战争、行管、交通、税 赋 、工程等多方面得到应用。这些地图显然已经脱离了原始地图的阶段，具有了确切的科学概 念。只可惜我国至今还没有见到过这些地图实物，有待地下考古的发现。

类型

（1）按其区域范围分为：世界图、半球图、大洲图、大洋图、大海图、国家（地区）图、省区图、市县图等。
（2）按其专题学科分为：自然地图、人口图、经济图、政治图、文化图、历史图。
（3）按其具体应用分为：参考图、教学图、地形图、航空图、海图、海岸图、天文图、交通图、旅游图等。
（4）按其使用形式分为：挂图、桌面图、地图集（册）等。
（5）按其表现形式分为：缩微地图、数字地图、电子地图、影像地图等。

按照地图的内容，地图可分为普通地图、地形图和专题地图三种。普通地理图（General Map）是以同等详细程度来表示地面上主要的自然和社会经济现象的地图，能比较全面地反映出制图区域的地理特征，包括水系、地形、土质、植被、居民地、交通网、境界线以及主要的社会经济要素等。它和地形图的区别主要表现在：地图投影、分幅、比例尺和表示方法等具有一定的灵活性，表示的内容比同比例尺地形图概括，几何精度较地形图低。地形图（Topographic Map）是指国家几种基本比例尺（1：5千，1：1万，1：2.5万，1：5万，1：10万，1：25万，1：50万，1：100万）的全要素地图。它是按照统一的规范和符号系统测（或编）制的，全面而详尽地表示各种地理事物，有较高的几何精度，能满足多方面用图的需要，是国家各项建设的基础资料，也是编制其它地图的原始资料。专题地图（Thematic Map）是着重表示一种或几种自然或社会经济现象的地理分布，或强调表示这些现象的某一方面特征的地图。专题地图的主题多种多样，服务对象也很广泛。可进一步分为自然地图和社会经济地图。

地图名词解释

比例尺

地图上某线段的长度与实地相应线段的水平长度之比，称为地图的比例尺。其表现形式有数字比例尺、文字比例尺和图解比例尺。比例尺大于和等于1：10万的地图，如1：10万、1：5万、1：2.5万、1：1万、1：5千等的地图可称为大比例尺地图。比例尺小于1：10万并大于1：100万的地图，如1：25万、1：50万等的地图可称为中比例尺地图。比例尺小于和等于1：100万的地图，如1：100万、1：250万、1：600万、1：2000万等的地图可称为小比例尺地图。

栅格图

栅格图是基于一套行列组成的方格数据模型，使用一组方格描述地理要素，每一个方格的值代表一个现实的地理要素。
栅格数据适合于做空间分析和图象数据格式的存储，不适合做不连续的数据处理。

矢量图

矢量图是基于直角坐标系统，用点、线、多边形描述地理要素的数据模型或数据结构。每一个地理要素由一系列有顺序的的x、y坐标描述，这些要素与属性相结合。
大地测量与地图制图的基本原理
地球是一个自然表面极其复杂与不规则的椭球体，而地图是在平面上描述各种制图现象，如何建立地球表面与地图平面的对应关系？为解决这一问题，人们引入大地体的概念。大地体是由大地水准面包围而成。大地水准面是假定在重力作用下海水面静止时的平均水面，并设想此面穿过大陆与岛屿，连续扩展形成处处与铅垂线成正交的闭合曲面。由于地壳内部物质密度分布不均匀，大地水准面也有高低起伏。虽然此高低起伏已经不大，比地球自然表面规则得多，但仍不能用简单的数学公式表示。为了测量成果的计算和制图的需要，人们选用一个同大地体相近的可以用数学方法来表达的旋转椭球体来代替，简称地球椭球体。它是一个规则的曲面，是测量和制图的基础。地球自然表面点位坐标系的确定包括两个方面的内容：一是地面点在地球椭球体面上的投影位置，采用地理坐标系；二是地面点至大地水准面上的垂直距离，采用高程系。
什么是大地坐标系？
大地坐标系是大地测量中以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系。地面点的位置用大地经度、大地纬度和大地高度表示。大地坐标系的确立包括选择一个椭球、对椭球进行定位和确定大地起算数据。一个形状、大小和定位、定向都已确定的地球椭球叫参考椭球。参考椭球一旦确定，则标志着大地坐标系已经建立。
什么是54北京坐标系？
新中国成立后，很长一段时间采用1954年北京坐标系统，它与苏联1942年建立的以普尔科夫天文台为原点的大地坐标系统相联系，相应的椭球为克拉索夫斯基椭球。到20世纪80年代初，我国已基本完成了天文大地测量，经计算表明，54坐标系统普遍低于我国的大地水准面，平均误差为29米左右。

80西安坐标系

1978年4月在西安召开全国天文大地网平差会议，确定重新定位，建立我国新的坐标系。为此有了1980年国家大地坐标系。1980年国家大地坐标系采用地球椭球基本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据。该坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，位于西安市西北方向约60公里，故称1980年西安坐标系，又简称西安大地原点。基准面采用青岛大港验潮站1952－1979年确定的黄海平均海水面（即1985国家高程基准）。
什么是地心坐标系？
以地球的质心作为坐标原点的坐标系称之为地心坐标系，即要求椭球体的中心与地心重合。人造地球卫星绕地球运行时，轨道平面时时通过地球的质心，同样对于远程武器和各种宇宙飞行器的跟踪观测也是以地球的质心作为坐标系的原点，参考坐标系已不能满足精确推算轨道与跟踪观测的要求。因此建立精确的地心坐标系对于卫星大地测量、全球性导航和地球动态研究等都具有重要意义。

WGS－84坐标系

WGS－84坐标系是一种国际上采用的地心坐标系。坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向国际时间局（BIH）1984.0定义的协议地极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的协议子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系。这是一个国际协议地球参考系统（ITRS），是目前国际上统一采用的大地坐标系。

地图投影

地图投影是研究把地球椭球体面上的经纬网按照一定的数学法则转绘到平面上的方法及其变形问题。地图投影的方法有几何法和解析法。几何法是以平面、圆柱面、圆锥面为承影面，将曲面（地球椭球面）转绘到平面（地图）上的一种古老方法，这种直观的透视投影方法有很大的局限性。解析法是确定球面上的地理坐标与平面上对应点的直角坐标之间的函数关系。我国基本比例尺地形图采用1：100万地形图，20世纪70年代以前一直采用国际百万分之一投影（又称改良都圆锥投影），现在改用正轴等角割圆锥投影。我国1：50万和更大比例尺地形图，统一采用高斯－克吕格投影。高斯－克吕格投影是横轴等角椭圆柱投影。其原理是：假设用一空心圆柱横套在地球椭球体上，使椭圆柱轴通过地心，椭圆柱面与椭圆体面某一经线相切；然后，用解析法使地球椭球体面上经纬网保持角度相等的关系，并投影到椭圆柱面上；最后，将椭圆柱面切开展成平面，就得到投影后的图形。此投影由德国科学家高斯首创，后经克吕格补充，简称高斯投影。

地图最大精度

视力正常的人的肉眼能分辨的图上最短距离是0.1毫米。因此，相当于图上0.1毫米的实地水平长度就是地图上所能表示的最精密限度，称为比例尺的最大精度。
下表为国家基本比例尺地形图的最大精度： 比例尺 1:1万 1:2.5万 1:5万 1:10万 1:25万 1:50万 1:100万
最大精度(m) 1 2.5 5 10 25 50 100

数字地图

数字地图是存储在计算机的硬盘、软盘、光盘或磁带等介质上的，地图内容是通过数字来表示的，需要通过专用的计算机软件对这些数字进行显示、读取、检索、分析。  

栅格地图（DRG）

数字栅格地图(DRG)是纸质地图的栅格数字化产品。每幅图经扫描、集合纠正、图幅处理与数据的压缩处理，形成在内容、精度和色彩上与地图保持一致 的栅格文件。

什么是数字线划地图（DLG）

数字线划地图（DLG）是以矢量数据格式形成的数字地图。这种地图能进行空间信息的分层与叠加，提取属性数据，根据矢量对象查询属性或根据属性查询矢量对象，数据易于更新与编辑和创建专题属性和绘制专题地图等。

数字高程模型（DEM）

数字高程模型（DEM）是区域地面高程的数字表示，是建立在地图投影平面上规则格网点的平面坐标（x,y）及其高程（z）数据集，是地理信息系统赖以进行分析的核心数据系统。DEM的水平间隔可随地貌类型的不同而改变，根据 不同的高程精度，可分为不同等级产品。目前，世界主要发达国家纷纷建立了覆盖本国的数字高程模型系

数字正射影像（DOM）

数字正射影像（DOM）是利用数字高程模型对扫描处理的数字化的航空相片或遥感图像（单色或彩色），经逐个像元纠正，再进行影像镶嵌，根据图幅范围剪彩生成的影像数据。一般带有公里格网、图廓整饰和注记的平面图。

地图的重要性

　　相邻国家之间，常有不断的矛盾，其中重要的一个原因是国土边界的争议。为了保持国与国之间的长期和睦平等关系，必需严格划定国家之间的界线。划定国界需要有凭证，这就是国与国之间签订边界条约的重要附件——边界地图。边界地图以精确的大比例尺地图为基础，图上标明沿边界上每一个界桩的精确经纬度，达到“秒”数，并以连接界桩之间的界线，确定为边界法定线。在实际地面上，有的界桩之间并无阻拦，如铁丝网、壕沟之类；有的则是阻隔严峻，有宽而高的筒状铁丝网，还在内侧建有公路，用于巡查越境者；有的则以天然的河流或山脊为界。在签订了边界条约并有边界地图作为版图凭证以后，国家的国土完整性、庄严性有了保障，然后就能依照国际法行事，边界国双方人员不得越雷池一步，并可对越境者绳之以法。双方往来必须通过指定的通道口，不能随意穿越边界。
    　国家之间有边界地图。在国内行政区辖以及不同单位、部门所属的土地也有境界图和地籍图。城市里寸土寸金，需要建“土地档案，每一平方米的土地使用权，都要划定属主。在社会主义国家，土地虽属国家所有，但使用者对使用的每一平方米的土地，仍需交纳土地使用费。因此，土地管理部门要编制土地地籍图，掌握土地使用对象的使用面积。遇有变动，就要进行调整，重新划定使用面积和使用者；遇有土地争议，则以地籍图为凭证。这种地籍图，我国古已有之，当时称鱼鳞图。在春秋时代，孔子就曾任过土地管理员。今天，土地管理部门责任重大，对国家每平方土地的使用和构成都要进行严格监督。

附：我国基本比例尺地形图如何分幅与编号

为了保管和使用方便，我国对每一种基本比例尺地形图的图廓大小都做了规定，每一幅地形图给出了相应的号码标志，这就是地形图的分幅与编号。地形图分幅有两种方法：一是矩形分幅，一是经纬线分幅，我国采用经纬线分幅。
1991年前我国基本比例尺地形图分幅与编号系统是一1：100万地形图为基础，延伸出1：50万、1：25万、1：10万三种比例尺；在1：10万地形图基础上又延伸出两支：第一支为1：5万及1：2.5万比例尺；第二支为1：1万比例尺。1：100万地形图采用行列式编号，其它六种比例尺的地形图都是在1：100万地形图的图号后面增加一个或数个自然序数（字符或数字）编号标志而成。
1：100万地形图的分幅和编号是国际上统一规定的，从赤道起向两极纬差每40为一列，将南北半球分别分成22列，依次以字母A、B、C、D……V表示；由经度180o起，从西向东，每经差6o为一行，将全球分成60行，依次用数字1、2、3、4……60表示，采用“横列号－行号”编号表示。
1991年我国制定了《国家基本比例尺地形图分幅和编号》的国家标准，自1991年起新测和更新的地形图，照此标准进行分幅和编号。

地图起源和古代地图

约公元前2500年制作在粘土片上的古巴比伦地图（用简单方法表示山脉、四个城镇、入海河道及地形特征），是现存最古老的地图。
中国夏禹时铸造了九鼎图；《周礼》中有“天下地图”、“土地地图”、“金玉锡石之图”等记载。公元前168年绘在帛上的地形图、驻军图和城邑图是我国现存最早实测地图。
希腊的托勒密（公元90--168年）是第一个用普通圆锥投影绘制地图的人。
中国西晋裴秀（公元223--271年）编制了《禹贡地域图》和《地形方丈图》，并总结了“制图六体”。唐贾耽（公元729--805年）用朱墨二色分示古今地名编制的《海内华夷图》传世500年。北宋沈括（公元1031--1095年）编制“二寸折百里”的《天下州县图》二十幅，是当时最佳全国地图。元代朱思本（公元1273--1333年）绘制了长宽各7尺的全国地图《舆地图》二卷。

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