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新编地图学教程
第一章导论
1.1地图的基本特征和定义
地图所具有的基本特征，都可以概括为四个方面：数学法则、地图概况、符号系统、地理信息载体。
Ø 地图必须遵循一定的数学法则
Ø 地图必须经过科学概括
Ø 地图具有完整的符号系统
Ø 地图是地理信息的载体
1.1地图的功能
1地图的认知功能
2地图的模拟功能
3地图信息的载负功能
4地图的传递功能
1.2地图的构成要素
地图的构成要素有：图形要素、数学要素、辅助要素及补充说明。
2.1地图学的定义
地图学是以地理信息可视化为核心，探讨地图的理论实质、制作技术和使用方法的综合性科学。
2.2地图德的成图方法
现代地图的生产，可分为实测地图和编绘成图两类。
实测地图又可分为野外地形测图和摄影测量成图两种。
编绘成图又可分为常规编图、遥感制图、数字制图。
2.3地图学与相关学科的关系
地球空间信息学是利用各种现代化方法来采集、量测、分析、存贮、显示、传播和应用于地理和空间分布有关的数据的一门综合和集成的信息科学和产业实体，是测量学、地图学、遥感学、计算机图形学、卫星定位技术、专家系统与现代通讯技术等的有机结合。
4.2地图的应用：1经济建设、2科学研究、3国防建设、4政治活动、文化教育、日常生活
4.3地图的类型
1按地图的图型分类。有普通地图与专题地图济一般特征的地图，它并不偏重某个要素。普通地图按内容的概括程度，区域及图幅的划分状况等分为地形图和地理图。 专题地图是着重表示一种或几种主体要素及它们之间互相关系的地图。
2按比例尺分类。 按比例尺的大小可将地图分为大、中、小三类：大于1：10万比例尺的地图，称大比例尺地图。小于1：10万二大于1：100万比例尺的地图，称中比例尺地图。小于1：100万比例尺地图，称小比例尺地图。
3按区域分类
按区域及范围从整体到拒不从达到小进行分类可以包括多个层次：
（1） 星球图、地球图；
（2） 世界图、大洲图、大洋图、半球图；
（3） 国家图以及下属的一级行政区二级行政区以及更小的行政区域地图。；
（4） 局部区域图：海洋图、海湾图、流域图。
4按地图的视觉化状况分类， 可有实地图与虚地图。
5按地图的瞬时状态分类，可有静态地图和动态地图。
6按地图维数分类，可有平面图形及立体图形。
7按其他指标分类，可按用途、语言种类、出版和使用方式、感受方式、历史年代分为多种地图。
第二章地图的数学基础
§3地图投影
地图投影的实质，是通过一定的数学法则使球面坐标和平面坐标（或极坐标）建立起一对一的函数关系。
水准面——静止而不流动的水面上每一个分子各自受到重力作用；在重力位相同时这些水分子便流动而成静止状态，形成一个重力等位面。这个面称为水准面
大地水准面——是由静止海水面向大陆延伸所形成的不规则的封闭曲面。
研究大地水准面的意义，主要在于以下几个方面：
1. 由略微不规则的大地水准面包围的大地体，是地球形状的极近似。
2. 由于大地水准面包围的大地体表面存在一定的起伏波动，对大地测量学或地球物理
学可应用重力场理论进行研究。
3. 由于大地水准面是实际重力等位面，因此人们才有可能通过测量仪器，获得相对于
似大地水准面的高程。
我国的1954年北京坐标系采用1940年克拉索夫斯基椭球体参数，1980年西安坐标系采用1975年IUGG（国际大地测量与地球物理联合会）椭球体参数，而全球定位系统则采用WGS-84（世界大地坐标系统，G873）椭球体参数。
地理坐标系统中的经纬度的三种提法：天文经纬度、大地经纬度、地心经纬度 1980年大地坐标系的大地原点，设在我国中部西安市附近的泾阳县境内。
大地控制网简称大地网，由平面控制网和高程控制网组成。
平面控制网一般可由三角测量或导线测量完成。
1956黄海高程系，水准原点高程H=72.289m
1985国家高程系，水准原点高程H=72.2604m
我国国家测绘管理部门，根据统一确定的高程起算基准面，在全国布设了一、二、三、四等水准网，以此作为全国各地实施高程测量的控制基础。
全球定位系统（GPS）
——是以人造卫星为基础的无线电导航系统，可提供高精度、全天候、实时动态定位定时及导航服务。
卫星定位的技术优势在于：
1) 观测点之间无需通视，
2) 提供3维坐标，在测定平面位置的同时测定观测点的大地高程；
3) 定位精度高，
4) 观测时间短，不超过20km的基线定位只需几分钟，而常规的基线定位需1-3h；
5) 全天候作业，一般不受天气状况的影响。
6) 操作简便，卫星捕获和跟踪观测由设备自动完成，仪器体积小，携带方便。 地图投影的变形
GPS卫星导航系统，包括三个部分：GPS卫星星座（空间部分）、地面监控系统（地面控制部分）和GPS信号接收机（用户设备部分）。
1．
2．
3． GPS卫星星座（空间部分）——它由24颗卫星成，分布在20200km高空6个等间隔的轨道上，各轨道间交角为60°，同一轨道上分布有4颗卫星。 GPS地面监控系统（地面控制部分）——包括1个主控站、3个注入站、5个监测站。 GPS信号接收机（用户设备部分）
1) 按照接收载波的能力划分
a) 双频接收机
b) 单频接收机
2) 按照功能划分
a) 大地测量型接收机
b) 导航型动态接收机
l 提高GPS接收精度的方法
1． 开发差分GPS定位技术
2． 开展网络实时动态（RTK）定位技术
l 数据类型
定性数据表示空间或时间上事物在性质上的差异，不考虑它的数量变化。
定量数据则是用可计数的值表示某一事物。
自然资源数据包括：位置、气候、地势、地质、水文、土壤、植被等所有表征自然资源与环境的数据。
社会-经济资源中最典型的是定期的人口普查、经济普查成果。
空间数据可从三个方面表述即：空间、时间和属性。
l 定性数据转换成定量数据
1. 有序数据转换
2. 二值数据转换
数据分布的量表
根据被处理数据的属性，量表法可分为：定名、顺序、间距和比率四种。
1.定名量表
定名采用众数是最佳的数学统计量，它是一个群体中出现频率最高的类别。
2．顺序量表
它是将数据组按顺序排列，其结果没有绝对的零值。
顺序量表的运算方法是选择中位数，并以四分位法研究数据的排列位置或编号的离差。
3.间距量表
采用间距量表可以区分空间数据的差别，常用的统计量是算术平均值，而描述数据的平均值离散度是标准差。
4.比率量表
比率量表和间距量表一样，按数据的间隔排序，但呈比率变化，从绝对零值开始并能执行各种算术运算。
l 地图投影变形
长度（距离）、角度（形状）、面积
l 地图投影的分类
A. 按地图投影的构成方法分类
1．几何体影
a) 方位投影
b) 圆柱投影
c) 圆锥投影
2．非几何体影
a) 伪方位投影
b) 伪圆柱投影
c) 伪圆锥投影
B. 按投影变形性质的分类
等角投影、等积投影、任意投影
（一）．墨卡托投影是等角圆柱投影
（二）．高斯-克吕格投影
这一投影的几何概念是，假想有一个椭圆柱与地球椭球体上某一经线相切，其椭圆柱的中心轴与赤道平面重合，将地球椭球体面有条件地投影到椭球圆柱面上
高斯-克吕格投影条件：
a) 中央经线和赤道投影为互相垂直的直线，且为投影的对称轴；
b) 具有等角投影的性质；
c) 中央经线投影后保持长度不变；
（三）．通用横轴墨卡托投影
通用横轴墨卡托投影是一种横轴等角割圆柱投影（universal transverse mercator projection），所以通常又称为UTM投影。
UTM投影的条件：
a) 中央经线和赤道投影为互相垂直的直线，且为投影的对称轴；
b) 具有等角投影的性质；
c) 中央经线投影后的长度比为0.9996。
（一）投影选择的依据
a) 制图区域的地理位置、形状和范围
b) 比例尺
c) 地图的内容
d) 出版方式
（二）世界地图投影的依据
用于编制世界地图的投影，主要有多圆锥投影、圆柱投影和伪圆柱投影。我国选用的投影有正切差分纬线多圆锥投影。
空间斜轴墨卡托投影（space oblique Mercator projection）即SOM投影，是美国针对陆地卫星对地面扫描图像的需要设计的一种近似等角性质的投影。
桑森投影的特点是：所有纬线长度比u=1；中央经线长度比大于1，距中央经线愈远其长度比愈大；面积变形为0。
（三）区域地图投影的选择
区域地图是指除世界地图之外区域比较大的半球图、大洲图、国家图及地区图。
伪圆锥投影是法国R.Bonne于1752年设计的一种等积投影，又称彭纳投影。该投影的特点是：中央经线与中央纬线没有变形；纬线形状仍然保持和圆锥投影一样的同心圆弧。
二．地图比例尺的表示
传统地图上的比例尺通常有以下几种表现形式：数字式比例尺、文字式比例尺、图解式比例尺。
（1） 数字式比例尺
（2） 文字式比例尺
（3） 图解比例尺可分为直线比例尺、斜分比例尺和复式比例尺。
直线比例尺，是以直线线段形式标明图上线段长度所对应的地面距离。
斜分比例尺，是一种根据相似三角形原理制成的图解比例尺，利用这种斜分比例尺，可以量取比例尺基本长度单位的百分之一。
复式比例尺，是一种根据地图主比例尺和地图投影长度变形分不归了几的一种图解比例尺。
地图数据源
1． 角度交会：前方交会、侧方交会、后方交会
2． 经纬仪：光学经纬仪和电子经纬仪
3． 水准仪：微倾式水准仪、自动安平式水准仪、精密式水准仪
（一） 碎部测量
1. 展绘坐标点
2. 视距法量测
3. 碎部点的选择与施测
4. 绘图
（二）地面测量的现代方法
1. 全站仪测图
2. 数字测图系统
像片上的“三点两线”：像第三章地图概括
1.2实施地图概括的四个步骤
地图概括的方法，可以归纳为：分类、简化、夸张、符号化四个步骤。
1.3制约地图概括的因素
对地图概括产生影响的因素主要有：地图的用途和主题、比例尺、地图区域特征、数据质量和图解限制。
2.1地图概括的数量分析方法
图解计算法、等比数列法、区域指标法、回归分析法和开放根规律。
第四张.地图符号
3.1视觉变量
视觉变量是构成图形的基本要素，也称图形要素，在地图符号设计中正是通过这些量的变化来表达地理现象间的差异的。
基本视觉变量包括：形状、尺寸、方向、颜色、网纹五个方面。 其中颜色变量的分量为色相、亮度、彩度； 网纹的分量为排列、尺寸、样式，而排列又具有不同的方式、顺序、方向、间隔。
4.1彩色的量度
色彩的三个属性（色彩三要素）：色相、亮度和彩度。
1色相即色彩的相貌，是色彩最基本的特征，它取决于某种彩色反射光谱的主波长。我们把红、橙、黄、绿、蓝、紫定为基本相色。
三原色 又称加色原色：红、绿、蓝。用于光的混合和色彩监视器的色彩显示。 三间色 又称减色原色：黄、品红、青。用于颜料和印刷。
色光三原色为：红、绿、蓝
色料三原色为：黄、品红、青
色光混合又称为色光加色混合，越加越亮。其等量三原色混合时，遵循下列规律：
红光+绿光=黄光
红光+蓝光=品红光
绿光+蓝光=青光
红光+绿光+蓝光=白光
色料混合又称为色光料减色混合，越加越暗。其等量三原色混合时，遵循下列规律：
黄+品=红
品+青=蓝
青+黄=绿
黄+品+青=黑
2亮度也称为明度，表示色彩的明亮程度。
3彩度也称纯度或饱和度，是反射或透射光线接近光谱色的程度。彩度越高色彩越纯，感觉越艳丽；彩度越低色彩越涩，感觉越浑浊。纯色是彩度最高一级。彩度常常参与地图的配色，不同的彩度弥补了图面的彩色设计。
6.2注记
地图注记可分为地名注记、说明注记、图幅注记。
第五章 地图表示
l 点状符号基本变化包括三种类型：几何、文字和象形。
l 线状符号的特征
按定位特征有：精确定位和概略定位两种。
按状态特征又可分为：静态和动态两种。
等值线是由某种现象的数值相等的各点所连成的一条光滑曲线。
等值线法是用一组等值线来表示连续面状分布的制图现象数量特征的渐变方法。 l 等值线图具有以下特点：
（1） 等值线图形是对制图现象空间形态较好的几何模型。
（2） 等值线是封闭连续的曲线，同一条等值线上数据值处处相同。
（3） 通常情况下，等值线彼此不相交，但特殊情况下（如垂直悬崖），可能会重叠。
（4） 在数值间隔相同的情况下，等值线愈密，空间的垂直变化就愈大，其几何形态上的坡度就越陡；相反，等值线稀疏，空间的垂直变化就愈小，其几何形态上的坡度就越缓。 等高线的分层设色与晕渲
分层设色法是在等高线的基础上根据地图用途、比例尺和区域特征，将等高线划分为不同高程范围的高程带，并以不同颜色普染，通过色相、色调的差异表示地势高低的方法。
晕渲法也叫山地阴影法，是用深浅不同的色调表示地形起伏形态。按光源的位置分直照晕渲、斜照晕渲和综合光照晕渲；按颜色分墨渲和彩色晕渲。
动态地图的功能：过程再现、实时跟踪、运动模拟
在原有的静态视觉变量基础上，人们又引出了描述动态特征的四个动态视觉变量：
1. 发生时长
2. 变化速度
3. 变化次序
4. 节奏
第六章 地图图型
地图图型是指按照某种指标，对地图所划分的类型。把地图分为普通地图与专题地图两大类。普通地图又分为地形图和地理图两种类型。
普通地图是表示地球表面的水系、地势、土质植被、居民点、交通网、境界线等自然地理要素和社会人文要素一般特征的地图。专题地图是把专题现象或普通地图的某些要素在地理底图上显示的特别完备和详细而将其余要素列于次要地位，或不予表示，从而使内容专题化的地图。
1.1普通地图的内容及其类型
地理图：是指概括程度比较高，以反映要素基本分布规律为主的一种普通地图。
1.2自然地理要素的表示
水系、地貌、土质、与植被统称为普通地图上的自然地理要素。
地图上表示的海洋、江河、湖泊、水库、渠道、井泉等自然与人工水体，统称为水系。 地势的表示方法，主要有：等高线法、分层设色法、晕渲法。
1.3社会人文要素的表示
居民点、交通网、境界线统称为普通地图上的社会人文要素。
1居民点 是人类由于社会生产和生活的需要而形成的居住和活动的场所。特别在地理图上，主要表示居民点的位置、类型、人口数量和行政等级。
2交通网是陆路交通、水陆交通、空中交通的统称。
3境界 普通地图上表示的境界包括政治区划界和行政区划界。
国家基本地形图的特点：一是具有统一大地坐标系统和高程系统；二是具有完整的比例尺系列和分幅编号系统；三是国家基本地形图是依据国家测绘管理部门统一制订的测量与编
绘规范和《地形图图式》完成的，以便能保证由各地方测绘部门分工完成的地形图，在质量、规格上的完全统一。
国家基本地形图投影分带（1：2.5万—1：50万地形图采用经差6°分带投影，而1：1万及更大比例尺地形图，则采用经差3°分带投影。）
地形图辅助要素是除数学基础、地理要素之外的地形图内容的另一个重要组成部分。具体包括：说明性内容部分和工具性内容部分。
3.1地理图的编制特点
1地图内容的高度概括性
2地图设计的灵活多样性
3制图资料种类的多样性与精度的不均一性
3.2地理图编制过程
1地图设计阶段
2地图编绘阶段
3出版准备
3.3地理图设计的主要内容
1编辑设计前的设计准备工作阶段
2正式编辑设计工作阶段
3地理图编绘与出版准备
4.1专题地图的特性
1表现主题内容广泛
2具备地理基础和专题要素双重内容的层面
3表示方法多样，图面配置多样
4.2类型
1按专题内容分类
根据内容专题地图可分为四大类：表示自然现象主题的自然地图；表示社会经济现象主题的社会经济地图；反映环境状况的环境地图；其他专题地图。
（1） 自然地图 主要包括地理环境中各种自然地理要素形成的专题地图较常用的有：大
气现象地图、地质图、地势图、水文图、
（2） 社会经济地图 社会经济类的专题地图涉及面十分广泛。有：人口地图、经济地图、
社会事业地图、政治行政区划地图、历史地理图、城市地图
（3） 环境地图人类对自身生存环境的重视，环境恶化的趋势以及对环境持续化发展的要
求，使环境地图成为专题地图中的新型独立图种。包括：环境背景条件地图、环境污染现状地图、环境质量评价及环境影响评价地图、环境预测及区划、规划地图。自然灾害地图。
（4） 其他专题地图 指上述类型以外的专题地图，主要有各类航图及工程技术图等。 2按专题现象概括程度分类
根据对专题现象的概括程度，可将专题地图分为解析图、组合图、合成图。
专题地图数据类型：地图数据、影像数据、实测数据和统计数据、文字资料。
专题地图数据的分析评价（政治性分析评价、科学性分析评价、现势性的分析评价） 专题地图数据的处理加工{地图数据处理加工（归并或改变分类、改变数量指标、改变表示方法）、影像数据处理加工、实测与统计数据处理加工}
图例设计应遵循一些基本要求，最主要的是图例符号的完备与一致性、图例系统的科学性。
专题地图的图面配置
1良好的图面配置总体效果
（1） 符号及图形的清晰与易读
（2） 整体图面的视觉对比度
（3） 图形与背景
（4） 图形的视觉平衡效果
（5） 图面设计的层次结构
2图面内容的安排
在同一幅地图上，图面内容的安排包括：各种大小或类型的地图的配置；地图的图名、图例、统计图表、照片影像、文字说明等的位置与大小；专题要素与底图要素的配合与取舍；专题内容与图廓的关系等。
（1）主图
（2）副图
（3）图名
（4）图例
（5）比例尺
（6）统计图表与文字说明
（7）图廓
l 卫星影像图和影像地图
根据它的技术条件的地理要素符号化程度的不同，可分为卫星影像镶嵌图、卫星影像图和卫星影像地图三种。
影像图斑的矢量化可分为四个步骤：1勾边；2细化；3找节点；4转矢量。 l 遥感系列制图的基本要求
1. 统一信息源
2. 统一对制图区域地理特征的认识
3. 制定统一的设计原则
4. 按一定的规则顺序成图
§7地图集编制
7.1地图集的定义与特点
1地图集的定义
地图集是围绕特定的主题与用途，在地学原理指导下，运用信息论、系统论、区位理论，遵循总体设计原则，经过对各种现象与要素的分析与综合，形成具有一定数量地图的集合体。
2地图集的特点主要有：
（1） 地图集是科学成果的综合总结
（2） 地图集对所选主题具有系统完备的内容
（3） 地图集必须实现内容形式等诸方面的统一与协调。
（4） 表示方法多样
（5） 地图是科学性与艺术性相结合的结果
（6） 编图程序及制印工艺复杂
（7） 地图集由于其集成化和系列化的特点，为用图者有效的建立了多维深入的空间认知环境。
7.2地图集的分类
按常用的指标：内容、用途、区域范围、成图方法、地图集等可以分为不同的类型。
7.3地图集的编制方法
地图集的编制过程与单幅地图相同，也分为编辑准备，原图编绘，出版准备以及地图制印四个阶段。
编制地图集应提供主要技术参数，包括：开本、比例尺、图组及图幅顺序、地图分幅、纸张、用色数、印数等内容。
第八章 数字地图制图
数字制图技术的实质是以地图学理论为基础，以计算机技术为支撑，以技术集成为特征的应用学科。
常用的空间数据结构有矢量结构和栅格结构两大类
多媒体技术，就是采用多种信息载体的组合，使信息表现的更全面、更真实、更准确，最终得以全方位的传输。
图形数据的基本要素为点、线、面和体
数字地图的特点：动态特性、无缝特性、多媒体特性、共享特性、多维特性、易于与验收；地名管理部门对各类地名的审校与验收。凡涉及重大政治问题，如国界线，陆地、岛屿、水域的归属等，必要时还应送政府主管部门审批。
地图分析的作用
1. 研究各种要素或现象的分布特点和分布规律
2. 研究各种要素或现象之间的相互联系
3. 研究各种现象的动态变化
4. 进行预测预报
5. 进行综合评价