第1章地图学导论课件

地图学 地理信息科学基础课授课人：赵彦锋地图学课程计划1.导论（4学时）2.地图的数学基础（10学时）3.地图符号学（4学时）4.地图概括（4学时）5.地图表示方法（6学时）6.普通地图（2学时）7.专题地图（2学时）8.地图学发展史（2学时）9.地图分析（4学时）10.地图与GIS（2学时）11.地理信息科学支持下的地学专题制图（4学时）讨论：4学时。课程设计:第17周全部时间。第一章：导论为什么学？学什么？地理科学、地理信息科学与地图学地图与地图学基本知识为生存而生存为小爱：亲情、爱情为大爱：理想、信仰追求活的更长？追求家庭幸福、兴旺发达、后继有人。追求更高尚的理想，超脱追求更高尚的理想，超脱时空的价空的价值。为什么生存？追求什么？生存。为家人而学习：赡养父母、照顾家庭、培养子女。为更好的实现自己的价值，对社会做出独特性的贡献，让生命体验更丰富，从而获得更大的快乐。为什么而学习？根据机会（家庭条件和社会背景）。根据世俗的价值取向（挣钱难易为价值取向）。根据兴趣（个人资质及快乐与否为价值取向）。学什么专业？世俗的价值取向是不可靠的，具有很强的迷惑性！兴趣是天分和后天培养的结合，兴趣有时候是“逼”出来的！机会是决定性的。现实途径？一个行业是不是有意义，有潜力（较大的需求）。是不是有机会获得一个从事有意义而且有潜力的行业的机会。（记住机会才是决定性的。）你是不是有能力抓住这个机会。你需要培养起对这个行业的兴趣。（资质是天生的，兴趣不是天生的，而且兴趣是多变的，兴趣是通过培养建立的，而且必需服从机会的分配！）科学的人生态度-简单的判别题地理信息科学具有巨大的发展潜力！地理信息科学具有独特的魅力，只要你热衷于追求知识，就一定会培养起对它的兴趣！地理信息科学一定能帮助你实现人生价值！实现高层次的人生追求！但你所想获得的帮助的大小，完全取决于你自己，而不是取决于其他任何人，勿入宝山而空还！地理信息科学是不是值得学结论既来之，则安之。唯有潜心学习，才能不负命运赋予的机会。忠告行为正确与否，不仅取决于行为本身，还取决于行为发生的时间、地点和背景，在学校、在教室、在上课时间，理性的、科学的、高雅的选择自己的行为。第一章：导论为什么学？学什么？地理学、地理信息科学与地图学地图与地图学基本知识地理学地理学的研究对象地球表层各个圈层构成的自然和社会环境系统：（陆大道：“地理学是研究地球表层的科学”，钱学森：“地球表层系统是复杂的巨系统”。）地理事物的分布（强调地理学是研究地理和人文现象的空间分布规律，强调区域差异。）地理现象的运动（强调时间变化，从秒的时间尺度-数百年的时间尺度。）地理环境（强调地理事物时空变化性质、及与人的关系。）地理科学的特征综合性：地理科学是横断学科。区域性：空间分布及其尺度特征。动态性：时间变化特征。软科学性：可为地区和城市的发展提供战略论证（人-地关系）。工程性：可为地理建设工程，如水利、交通等具体工程措施提供论证。地理科学的研究方法从定性到定量的综合集成法。-钱学森地理科学的定义以系统论为指导，借助野外考察、勘探、遥感、社会调查统计等手段收集信息，从简单的定性分析到以计算机建模为手段的定量分析，以认识宏观世界自然和社会各种事物、现象空间、时间变化规律及其相互联系、相互作用为目的，为人类进行地理建设提供理论支持的横断学科。地理信息科学与地理学GIS概念地理信息系统是综合处理和分析空间数据的一种技术系统。它是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，实时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。GIS是否单纯依赖计算机技术？GIS系统与其他基于计算机的信息系统主要有哪些区别？特殊的研究对象-空间实体及其运动变化空间数据获取、度量和表达的方法空间数据质量控制：数据误差与不确定性规律。空间数据可视化表达：空间分布的渐变性表达与多比例尺结构（多尺度表达）。空间数据的数据格式、数据存储和数据交换。空间数据处理：信息压缩和还原、信息概括。空间分析：各种特殊的模型。空间数据获取空间数据描述 ab c地理坐标投影：球面变平面随时间发生的变化GIS的组成硬件硬件软件件数据数据n计算机主机n数据输入设备n数据存储设备n数据输出设备n空间特征n属性特征n时间特征n系统开发人员nGIS 最终用户数据输入子系统数据的预处理子系统数据的存贮与管理子系统空间分析子系统数据输出子系统操作者操作者模型模型气象、土壤、水文、社会经济系统计算机比喻为通用的记忆、语言和思维工具，而GIS系统就如同高级语言支持下形成的专业数据库、专业术语和专业思维工具，包括骨骼血管等硬件、神经系统（操作系统）和专业思维系统（GIS平台，如ArcGIS、Mapinfo）、大脑存储介质（专业数据库及其组织结构）、专业分析系统（数据的管理、分析和建模），并转化为一般大众所接受的知识（专著、分析报告等）。计算机系统可以比喻为人，或者人的功能的延伸。GIS则可比喻为具备专业背景的人，或者做为专家的人的延伸。特殊的研究方法交叉性：测绘与地图、计算机、数学、地理学。它们都必不可少！共同构成地理信息科学不断发展的4轮驱动。简言之，就是对空间对象，需要采用特殊的数学工具进行处理和计算，并研究不同于一般文本数据存储、查询和表达的专业系统，最终与各种类型的专家知识很好结合，解决实际问题。目前主要地仍是偏重测绘基本知识和计算机技能培养！当前还没有建立一种把4种学科的技能都能扎实奠定的教育机制！特定的学科目的和广泛的应用领域-从数据处理到信息挖掘“数据”不等于“信息”，后者是包含客观规律的知识。数据向信息转化，需要分析和挖掘。信息科学，以发现有价值的自然和社会运动的客观规律为目的。地理信息工程，注重于对数据进行管理和非专业的计算（普遍性的数理统计和空间分析等）。地理信息科学，则拓展到对地理信息提取，还涉及到地球科学即规律性知识的挖掘，我的理解是以地理信息系统为手段，研究各种地球现象运动变化规律。是地理学为主导，信息计算平台为工具，进行专业的计算（各种地理规律模型，如气象、地质、水文、土壤、乃至全球变化）。既注重地理信息数据在计算机系统中运算和处理的特殊性问题；又要强调对相关地学专业的理解，为人类深化认识地球运动变化规律服务。“地理信息科学”的概念，承载着人类理解地球、科学、高效、精准管理和应用地球资源的理想，承担着应对人类社会面临的日益严重的各种资源、环境、生态、粮食、安全等问题的任务。由技术-科学的观点变更2008年国标的学科分类有2个口径：测绘科学下地图制图学与地理信息工程；地理学下地理信息系统。2012年国标的学科分类统一为1个口径：即地理学下的“地理信息科学”；测绘学科下设“遥感技术”，3S技术各自有了明确的学科归属。对“地理信息科学”的解读将地理信息有关的处理、存储、传输、显示等视为一系列科学问题，而不仅仅是技术。事实上也的确如此，因为地理信息的抽象方法、关系描述和表达模型、数据结构、数据库、空间数据无缝拼接、空间分析、多尺度数据的科学概括和无极比例尺自动表达等方面确实存在诸多问题，既然没有现成的解决办法，就不是简单的由理论转化为实践的工程技术问题。因此，称之为科学更为合适。GIS用户的发展测绘制图的专业人员所有需要空间信息的专业部门所有专业部门、各种社会管理和服务部门所有人未来趋势测绘和制图、土地和水资源、气象、地质、矿产、农业、环境、军事、交通、医学、旅游、安全管理和紧急救援 ，人类将离不开它！甚至各行各业都离不开它，这个趋势已经越来越明显！瓶颈：计算机工具和应用学科之间的沟通几乎是当前该领域发展的唯一瓶颈。但这一瓶颈的破除只是时间问题。从这个角度理解，地理信息科学中强化对应用领域的专业授课十分重要，并且必然地地理信息科学应当进一步分工和分化！地图学与地理信息科学以地理要素为基本认知元素的地理信息认知过程要素集合世界名称选择量测拟合集成分解现实世界概念世界地理空间世界尺度世界项目世界点世界几何世界地理要素世界含义镶嵌编码布局测量定位属性范围包含成员1.地理信息的抽象和表达：基于地球椭球体和地理坐标的描述、符号化、专题化、多尺度抽象仍是“现实世界-尺度世界”转变所遵循的原则2.空间分析越来越成为GIS的重要特色和意义所在，传统地图分析也是其中的重要组成部分。3.图形思维方法培养始终是阅读和使用地图，以及使用GIS进行工作所需要的最重要的素质。第一章：导论为什么学？学什么？地理学、地理信息科学与地图学地图与地图学基本知识什么是地图风景照片、风景画、卫星影像、航空影像、公园或风景区的向导图、火车站的铁路路线图、手绘的地理草图是地图吗？地图的初步认识地图的特征地图的构成要素地图的功能与应用地图的定义地图的分类地图绘制的基本方法1、具有数学法则x=F1(L,B)y=F2(L,B)2、必须经过科学概括3、具有科学的描述手段传统地图学：强调地图符号系统现代地图学：符号形式、数字形式、多媒体形式可共存。4、地图是承载地理信息的载体地图的特征地图的构成要素地图的功能与应用地图的定义地图的分类地图绘制的基本方法第一章：导论为什么学？学什么？地理科学、地理信息科学与地图学地图与地图学基本知识1、数学要素2、地理要素自然地理要素：水系、地貌、植被等。社会经济要素：交通、居民地、境界、行政中心、经济标志如发电厂、矿井位置等。其他要素：学校、医院、革命烈士纪念碑等位置。3、辅助要素工具性辅助要素：图例系统、比例尺、坡度尺等说明性辅助要素：图名、图号、出版时间、单位等。补充性辅助要素：附图、图像（照片）、表格、文字等。地图的特征地图的构成要素地图的功能与应用地图的定义地图的分类地图绘制的基本方法1、认知功能 可以可以组成整体、全局的概念，也就是确立地理信息成整体、全局的概念，也就是确立地理信息明确的空明确的空间位置位置获得物体所具有的定性及定量特征得物体所具有的定性及定量特征建立地物与地物或建立地物与地物或现象与象与现象象间的空的空间关系关系易于建立正确的空易于建立正确的空间图像像2、模拟功能 军队的眼睛3、空间信息载负与传递功能地图应用（1）经济建设（2）科学研究（3）国防建设（4）政治活动、文化教育、日常生活地图的特征地图的构成要素地图的功能与应用地图的定义地图的分类地图绘制的基本方法地图的定义地图是根据由数学方法确定的构成地图数学基础的数学法则和构成地图内容地理基础的制图综合法则记录空间地理环境信息的载体，是传递空间地理环境信息的工具，能反映各种自然和社会现象的多维信息、空间分布、组合、联系和制约及其在时空中的变化和发展。-王家耀王家耀地地图学原理与方法学原理与方法,2006 地图是遵循一定的数学法则，将地理信息通过科学的概括综合，运用符号系统表示在一定的载体上的图形，以传递它们的数量、质量在时间和空间上的分布规律和发展变化。-蔡孟裔等蔡孟裔等新新编地地图学教程学教程，2000地图是对真实地理世界的抽象和概括，并主要以视觉或数字的方式存储和传递地理信息，是人们认识地理世界的工具。-焦健、曾琪明焦健、曾琪明地地图学学,2005地图的特征地图的构成要素地图的功能地图的定义地图的分类地图绘制的基本方法（1）按图型按图型 有普通地图与专题地图之有普通地图与专题地图之分分（2 2）按比例尺分类）按比例尺分类 大大 （1 1：1010万）万）中中 （1 1：1010万万 1 1：100100万）万）小小 （1 1：100100万）万）(3)(3)按区域分类按区域分类星球星球图，地球，地球图世界世界图，大洲，大洲图,大洋大洋图,半球半球图国家国家图，次，次级行政区行政区图等等局部区域局部区域图:海域海域图，区域，区域图等等(4)(4)按地图的视觉化状况分类按地图的视觉化状况分类 可有实地图与虚地图。实地图是空间数据可视化的地图，包括纸介质和屏幕地图。它是将地图信息经过抽象和符号化以后在指定的载体上形成的。虚地图指存贮于人脑或电脑中的地图，前者即为“心象地图”后者即为“数字地图”。实地图和虚地图可以相互转换，如屏幕地图与存贮在磁带上的数字地图。(5)(5)按地图的瞬时状态分类按地图的瞬时状态分类可有静态地图和动态地图。静态地图它所表示的内容都是被固化的。以静态地图来反映动态事物，可以借助于地图符号的变化或同一现象、不同时相静态地图的对比来实现。动态地图是连续快速呈现的一组反映随时间变化的地图，只能在屏幕上以播放的形式实现。(6)(6)按地图维数分类按地图维数分类可有平面图形及立体图形。在三维地图基础上利用虚拟现实技术，通过头盔，数据手套等工具，形成了一种称为“可进入”地图的新品种，使用者能产生亲临其境的感觉。（7 7）按按感受方式感受方式 ：线划地图、数字地图、影像地图、触觉：线划地图、数字地图、影像地图、触觉地图、多媒体地图地图、多媒体地图等等宋宋长安城安城19911991年沙漠年沙漠军刀行刀行动新石器新石器时代代 （8 8）按）按历史年代：分为古代地图、近代地图、现代历史年代：分为古代地图、近代地图、现代地图地图 (9)(9)按其他指标分类按其他指标分类 按用途：教学地图、文化地图、军用地图等。按语言种类：汉语地图、外文地图、少数民族语言地图等。按出版使用方式：桌图、挂图、屏幕地图、地图集。地图的特征地图的构成要素地图的功能地图的分类地图绘制的基本方法（1）地面实测成图（2 2）航空摄影测）航空摄影测量成量成图图（3）遥感制图IKONOS影像The image were acquired by the Shuttle Radar Topography Mission aboard the Space Shuttle Endeavor,Feb.,2000（4 4）编绘成图：根据已有的地图或其他编图资料，编绘成图：根据已有的地图或其他编图资料，在室内编制新图的在室内编制新图的方法方法常常规编图遥感成遥感成图计算机制算机制图 地图学的初步认识特殊问题研究内容研究方法地图学定义地图学学科体系地图学的特殊问题1、地球平原与地图平面的矛盾。2、地表原貌与地图抽象性之间的矛盾。3、地理要素（现象）复杂性与地图概括性之间的矛盾。研究内容地图数学基础：地图投影。空间信息抽象、表达和传递:认知逻辑、符号学和其他数字表达方法、信息传递理论的那个。制图技术：符号设计和刻画、出版印刷工艺等。地图分析方法。研究方法数学和计算机的方法（测绘数学、GIS空间分析）美学方法心理学方法（认知心理学、感受心理学）传统地图学的定义:ICA 的定义:鲁滨逊的定义:J.L.莫里逊的信息论:地图学是研究空间信息图形表达、存贮和传递的科学。地图学是一个传输系统，包含了从地图制作到使用的各个环节之间联系的探索。传输链：客观存在制图者的概念地图地图读者。研究制作地图的艺术、科学和技术以及把地图作为科学文件和艺术作品。研究地图的发展与实质,同时也是研究地图编制与复制的科学。地图学定义K.A.萨里谢夫模型论:辞海（1980版）的定义:课本的定义:地图学是用特殊的形象符号模型（地图图形）来表示和研究自然与社会现象的空间分布、组合和相互联系及其在时间中变化的科学。研究地图及其制作理论、工艺技术和应用的科学。地图学是以地图信息传递为中心的，探讨地图的理论实质、制作技术和使用方法的综合性科学。早期的地图学是由数学地图学、地图编制学、地图制印三个分支学科组成。继而又发展成为地图概论、数学制图学、地图编制学、地图整饰学、地图制印学等五个分支学科。自20世纪70年代起运用信息论的观点研究地图信息传递的特点，提出了地图学领域分为理论地图学与应用地图学两个基本部分。地图学学科体系（1 1）5050年代年代,瑞士地瑞士地图学家英霍夫把地学家英霍夫把地图学分学分为理理论地地图学和学和实用地用地图学学两个分支学科两个分支学科组成。成。（2 2）7 70 0年代年代,德国地德国地图学家佛莱泰格把地学家佛莱泰格把地图学学分分为地地图学理学理论、地、地图学方法学方法论和地和地图学学实践践三个分支学科三个分支学科组成成。（3 3）荷）荷兰地地图学家博斯把地学家博斯把地图学分学分为地地图内内容、地容、地图生生产设计、地、地图配置、符号配置、符号设计和地和地图概括概括五个分支学科五个分支学科组成。成。（4 4）我国地）我国地图学家把地学家把地图学分学分为理理论地地图学、学、地地图制制图学和学和应用地用地图学三个分支学科学三个分支学科组成。成。地图学由地图理论、制图技术和地图应用三个分支学科组成。地图学 理论地图学 地图制图学 应用地图学 地图发展史地图投影地图信息论地图模式论地图符号学地图感受理论制图综合理论地图可视化理论普通地图制图学专题地图制图学遥感制图学地图制印学计算机制图学网络地图设计与制作地图评价地图分析地图应用电子地图应用地图教育地地 图 学学地图学与相关学科的关系测量学地理学色彩学与美学色彩学与美学地名学地名学计算机技算机技术遥感技遥感技术心理学心理学符号学符号学地理信息系地理信息系统数学本章要点回顾地理学、地理信息科学、地图学的关系。地图的特征、构成、功能、定义、分类等。地图学的研究内容与学科分支。