第一章地图基本知识.

主讲教师马明舟测绘工程教研室教学学时：32学时学分：2学分后续课程：测绘学基础、电子地图与导航、计算机地图制图、GIS软件应用实习平日成绩：考勤（20）+课后作业（40）+测验（40）期末考试：闭卷笔试（100）课程成绩=平日×30%+期末×70%课堂纪律：无故旷课三次以上，取消考试资格；请假2次以上，记为一次旷课。地图的基本概念地图的分类地图的功能地图的基本内容地图的成图方法地图的分幅与编号一、地图的特性二、地图的定义地图是人类在社会实践中创造的认识地面的工具，同时又是人类认识地面的结果。数学基础符号系统地图概括地图的实质就是在二维的平面空间上展示地球球面上的三维空间的地理信息。地图与地球表面（曲面）之间存在有的矛盾：（1）平面与曲面之间的转换——地图投影；（2）尺度的转换——比例尺；（3）空间位置的唯一性，可量测性——坐标系统。结论：任何一幅地图，都不能缺少数学要素，数学解决了地球曲面向地图平面转换的基本问题。因此，数学基础被视作为地图的第一基本特性。前提：地图不像影像一样，完整的还原了地表的真实模样，地表原貌是一个复杂的组合体，由不同种类、不同属性的地物和地貌所构成。而地图的表达空间有限，需要对地表原貌的事物进行简化和抽象——借助于地图符号来表达。符号：是人类介以传递信息的图形工具，符号的种类繁多，主要的符号包括了象形符号和几何符号，及其相互组合。符号的代表性和信息性，使得地图符号具有了两个基本功能：（1）单个符号指示地理事物的位置、种类和特征，传递出空间位置信息和属性信息；（2）符号的组合效应表达地物的空间组合和相互联系。结论：符号系统使地图由繁入简，直观的表达了地理信息。地图符号是传递信息最直观的语言。地图符号的微小变化（形状、尺寸、颜色）都会引起信息的巨大变化。因此，研究地图符号的表达方法，是地图制图中重要的工作。符号系统是地图的第二基本特征。前提：地图的尺寸有限，而符号具有一定的尺寸，但制图对象的空间信息的保有量是十分巨大的，如何在有限的空间里表达真实的、科学的、直观的、有用的地理信息？答案：在地图制图的过程中，根据制图的目的、用途等因素对地理信息进行选取、简化和概括，去次留主，化繁为简——地图概括（制图综合）地图概括是具有条件性的：（1）比例尺；（2）制图用途；（3）制图区域的地理特点。地图概括的条件发生改变时，地图概括的程度、方法和要求也随之改变。结论：地图概括是地图制图过程中，不可缺少的重要过程，地图概括的好与坏决定了地图内容的真实性与科学性。地图概括的手段有经验方法和数学方法。地图概括的过程很复杂，如何借助计算机来完成地图概括工作，是地图制图工作中研究的热门方向。地图概括是地图具有的第三个基本特性。结论：地图概括是地图制图过程中，不可缺少的重要过程，地图概括的好与坏决定了地图内容的真实性与科学性。地图概括的手段有经验方法和数学方法。地图概括的过程很复杂，如何借助计算机来完成地图概括工作，是地图制图工作中研究的热门方向。地图概括是地图具有的第三个基本特性。结合地图的三个基本特性，给出地图的定义：地图是根据构成地图数学基础的数学法则、构成地图可视化基础的符号法则和构成地图内容地理基础的综合法则将地球表面缩绘到平面上的表象，反映了各种自然和社会现象的空间分布、组合、联系及其在时空中的变化和发展。这个定义中涵盖了：（1）地图的三个基本特性：数学基础、符号系统、地图概括（制图综合）；（2）地图的任务：将地球表面缩绘到平面上；（3）地图的作用：反应了各种自然和社会现象的空间分布、组合、联系及其在时空中的变化和发展。地图定义的发展随着人类社会实践的深化和科学技术的发展，现代地图在内容和形式上发生了巨大变化：（1）存储介质上：纸质地图→电子地图、数字地图，使地图的用途更为广泛；（2）制图形式：经验制图→模型制图，提高了制图的科学性、客观性；（3）表达方式：二维、静态→三维（多维）、动态地图的发展和变化，也使人们对地图的认识和概念发生了改变，因此，结合现代地图的诸多新的特质，给出一个现代地图的定义：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。地图是人类认识和改造世界的工具，因此地图应用在许多的领域和行业中。地图的种类和数量越来越多。对地图进行合理的分类，有助于了解不同地图的性质、特点及其应用范畴。按主题（内容）分类按比例尺分类按制图区域分类按用途分类按照地图表现的地理要素（信息、事物）的种类多少加以区分：普通地图专题地图指以相对平衡的详细程度表示水系、地貌和土质、植被、居民地、交通运输网、境界等基本地理要素的地图。特点：各种地理要素的表达全面，比较详细，没有突出。根据专业方面的需要，以一种或几种地理要素为主题的地图。特点：主题要素很详细，而其他要素则视反映主题要素的需要，作为基础地理要素有选择的表示。自然现象地图•自然地理图•地质图•地球物理图•气象气候图•土壤图•植被图•动物图社会现象地图•人口图•经济地图•服务地图•政治与行政区划图•历史地图比例尺在一定程度上影响着地图内容的详细程度和使用特点，是一种普通地图分类的辅助标志：地理图地形图比例尺小于1:100万的普通地图。特点：（1）制图的区域范围较大，内容较为概略，主要内容突出，强调反映各地理要素的基本分布规律；（2）没有固定的比例尺序列，没有统一的制图规范和图式。详细表示地面各种基本地理要素的普通地图。（比例尺不小于1:100W）特点：（1）制图的区域范围小，内容详细；（2）我国制定的11种地形图比例尺：1:100W、1:50W、1:25W、1:10W、1:5W、1:2.5W、1:1W、1:5000、1:2000、1:1000、1:500。（3）统一的制图规范和图式全球地图大洲、大洋图国家地图省、市、县域地图•战术地图、战役地图、战略地图•军事地形图、协同图军事地图•国民经济与管理地图•教育、科学与文化地图民用地图地图的模拟功能地图的信息负载功能地图的信息传递功能地图的空间认知功能从本质上说，地图是一种经过简化和抽象化的地理空间模型。模型：就是同实物相似的物体。功能基础：数学基础、符号系统；实现方法：符号的直观表达，间接的测量和计算，客观的思维和分析。地图是地理信息的载体。传统模拟地图的信息负载依靠地图符号。地图中包含的信息分为：直接信息间接信息地图的信息负载功能是信息传递功能的条件，从信息论的角度来看，地图信息传递的过程如下：客观世界制图者认识、生产地图使用者使用、解释地图不仅直观地表示任何制图对象的质量特征、数量差别和动态变化（直接信息），而且能反映各种现象的分布规律及相互联系（间接信息）。对地图信息的识别，即代替对现实世界信息的识别。因此，地图作为重要的手段和成果应用于区域性学科调查研究中，被称作为地学、地理学的“第二语言”。数学要素坐标网地图比例尺测量控制点地理要素自然地理要素社会经济要素其他要素辅助要素读图工具参考资料数学要素是数学基础在地图上的表现形式，是一切地图的最基本要素。数学要素主要由与地图投影相关的三个要素构成：1.坐标网2.地图比例尺3.坐标控制点地图上的坐标系统有两种：（1）地理坐标：用经度L、纬度B表示一个点在球面上的位置；（2）平面直角坐标：用纵坐标x、横坐标y表示一个点在二维平面中的位置。地图坐标的体现形式就是坐标网，因此坐标网又分成：地理坐标网和平面直角坐标网。地理图和专题地图上一般只有地理坐标网；标准比例尺地形图上，既有地理坐标网，又有平面直角坐标网；大比例尺的地形图上，一般只有平面直角坐标网。坐标网的作用：绘制地图时，它是绘制地图内容图形的控制网；使用地图时，可以根据它确定地面点的位置和进行各种量算。狭义上的地图比例尺：地图上某线段与其实际距离之比。M=d/D广义概念：地图上某线段与其在地球表面上的长度之比。地图比例尺指明了地理空间缩小的程度，也制约着地图内容的详细程度。测量控制点是测图和制图的控制基础，他保证将地球的自然表面到平面上这一过程中，使地图上的地理要素对坐标网具有正确的位置。关于测量控制点的介绍，将在《测绘学基础》课程中，有初步的认识，在《大地测量学》中，作详细的介绍。地理要素是地图的主要成分，由地图符号予以表达。包括了：自然和社会经济现象及其分布、性质和联系，有时还要有其变化和发展。地理要素可以分成：1.自然地理要素2.社会经济要素3.其他要素自然地理要素包括了三个基本类型：水系要素地貌要素植被要素社会经济要素包括了三个基本类型：居民地交通运输网境界及行政中心、经济标志除自然地理要素和社会经济要素以外，如科学、文化、卫生、历史等标识。读图工具•图例•图解比例尺•三北方向•图幅接合表•行政区划略图参考资料•参考资料是指说明性内容，如编图及出版单位、成图时间、地图投影、坐标系、高程系、资料说明等。根据制图资料的不同、制图技术的不同，地图成图的方法主要包括两种形式：•野外地形测图•摄影测量成图实测成图法•常规编图•遥感制图•数字制图编绘成图法通过地面上的实地测量而制成地图的方法，为提高测量成果的精度，采取从整体到局部，先控制后碎部的原则，先建立测量控制网，再以控制网为基础进行碎部测量，即用各种测量仪器，测定地面上各点的平面位置和高程，在按规定的符号和注记将测量成果绘成地图。主要包括：野外地形测图和摄影测量成图。野外地形测图是最传统的测图方法，主要测量工作在地面上完成，精度高、周期长、工作量大，适用于小区域、大比例尺地形图测绘。野外地形测图的主要方法：（1）经纬仪测绘法（测绘学基础）（2）全站仪数字测图（数字测图原理与方法）（3）GPSRTK测图（GNSS原理与应用）大地控制测量加密控制网展绘控制点碎部测量符号化清绘地图复制在飞机上用航摄仪器对地面连续摄取像片，结合地面控制点测量、调绘和立体测绘等步骤，绘制出地形图的作业。适用于标准比例尺地形图的测绘。基本流程如图：大地控制测量航空摄影加密控制网室内像片控制测量像片调绘室内像片测图符号化清绘地图复制根据已有的地图和其他编绘地图的资料，在室内编制新地图的方法。不需要到实地进行大规模的数据采集工作。适用于大区域的地理图、专题地图的制图。根据成图方法不同，又分为：（1）常规编图（2）遥感制图（3）数字制图将原始地图资料经过复照、晒蓝、镶嵌，制成编绘底图，再参考其他制图的资料，经过制图综合和编辑加工成新的地图。主要适用于：军事地图、小比例尺的专题地图、历史地图的编制。资料收集、分类地图设计原图编绘出版前准备地图制印区域特点分析以遥感影像为主要的数据源，进行地图的编制过程。特点：速度快、信息丰富，精度不及摄影测量。主要适用于：大区域范围内地理图、专题地图的编制。又称为计算机制图，是指在计算机辅助下，完成传统纸质地图向数字地图的转换。目前数字地图制作的主要方法，应用较为广泛，适用于各种数字地图的制作。数字制图的基本过程：纸质地图的栅格化→图像纠正→地图数字化当制图区域确定时，若制图的内容概略，制图的比例尺较小，可以将整个制图区域绘制在一张地图上。但是，当制图内容详细，比例尺就要增大，无法在一张地图上完整绘制整个区域，特别是地形图。需要将地面按照一定的规则划分成若干块区域，这一过程就是地图分幅。为了保管和使用方便，每一种基本比例尺地形图都规定有一定的图廓大小，每一幅图都具有相应的、唯一的号码标志，这项工作叫地形图编号。地图分幅的方法：•适用于大比例尺地形图分幅矩形分幅•适用于标准比例尺地形图分幅经纬线分幅矩形分幅：沿平面直角坐标网格分幅，地形图的图幅一般有两种规格：•多数地形图50cm*50cm•少数地形图50cm*40cm矩形分幅的地形图编