地图学.docx

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地图学

第一章地图与地图学

本章重点：

地图及地图学概念、地图基本特性、地图构成要素和地图分类

§1地图的基本概念

一.地图的定义

地图：

是按照一定的数学法则，将地球表面（或其他星体）上的空间信息，通过科学的概括综合，运用符号系统以可视化、数字或触摸的符号形式，缩小表达在一定载体上的图形模型，用以传递、模拟和认知它们的数量、质量在时间和空间上的分布规律和发展变化。

二.地图的基本特性

1地图必须遵循特殊的数学法则

–地图投影、比例尺、各种坐标系统（控制定向）、控制点就构成了地图的数学法则；

–可量测性和可比性；

2地图具有特定的符号系统

–直观性和易读性

3地图必须经过特异的地图概括（制图综合）

–清晰性和一览性

–地图概括过程是制图者进行科学图形思维、加工、抽象事务内在本质及其联系的过程。

4地图具有独特的传输信息的载体

–传递性、持久性

三.地图的构成要素

.地理要素（图形要素）—地图上的主体，用地图符号表示

.数学要素—地图坐标、投影、比例尺、控制点等

.图边要素（辅助要素）—润滑剂

四.地图的功能：

获取认知信息，模拟客观世界，传递信息，载负信息、感受信息、载负信息

五.地图的用途：

经济建设，国防外交，科学研究，文化教育，日常生活

六.地图的类型

普通地图：

表示自然地理和社会经济一般特征的地图，它并不偏重某个要素。

按内容概括程度，区域及图幅的划分状况等可分为地形图和地理图。

专题地图：

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。

按内容可分为自然地理图、人文社会经济图和其他地图（航海图、航空图等）

§2地图制作方法

一.地图的测绘

地图成图的基本方法：

实测成图，编绘成图（包括遥感制图、机助制图）

四.传统实测成图

.概念：

–在大地测量的基础上，利用国家大地控制网和国家高程控制网，通过实地测量而制成地图的方法。

第二章地图的数学基础

§2地图比例尺

一.地图比例尺的含义地图比例尺：

地图上一直线段长度与地面相应直线水平投影长度之比。

地图比例尺特点：

–只是一个比值，没有单位。

–比例尺越大，图面精度越高；比例尺越小，图面精度越小，但概括性越强。

比例尺精度：

是指一定比例尺的地图上0.1mm所代表的实地长度。

二.地图比例尺的表示形式

.数字比例尺

–优点：

简单易读、便于运算、明确缩小概念

.文字比例尺

–用文字注释方式表示（说明式比例尺）

–优点：

单位明确、计算方便、较大众化。

.图解比例尺

–以图形的方式来表示图上距离与实地距离关系的一种比例尺形式

.特殊比例尺

–变比例尺

–无级别比例尺

三.地图比例尺的作用

.决定着地图图形的大小

.反映地图量测精度

.决定着地图内容的详细程度

第二章地图的数学基础

本章重点：

地球椭球体、大地水准面、比例尺、地图投影的基本概念，地图投影变形及主要的地图投影类型。

一.地图投影的概念

.概念–地图投影就是在球面与平面之间建立其经纬度与直角坐标函数关系的数学方法

.实质–是研究将地球椭球面上的经纬线网按照一定的数学法则转移到平面上的方法及其变形问题。

二.地图投影的基本方法

.几何透视法

–是利用透视的关系，将地球体面上的点投影到投影面上的一种投影方法。

–把椭球面直接透视到平面上，或透视到可展开的曲面上，如平面、圆柱面和圆锥面。

–缺点：

难于纠正投影变形，精度较低。

.数学解析法

–是在球面与投影面之间建立点与点的函数关系，通过数学的方法确定经纬线交点位置的一种投影方法。

–大多数数学解析法是在透视投影的基础上，建立球面与投影面之间点与点的函数关系——以正轴圆锥投影为例

三.地图投影的变形

——地图投影变形的概念

–指球面转换成平面后，地图上所产生的长度、角度和面积误差。

把地图上和地球仪上的经纬线网进行比较，可以发现变形表现在三个方面：

–长度

–面积

–角度

角度——纬差相等的经线弧长相等；同一条纬线上经差相等的纬线弧长相等，在不同的纬线上，经差相等的纬线弧长不等，而是从赤道向两极逐渐缩小的。

长度——同一纬度带内，经差相同的经纬线网格面积相等，不同纬度带内，网格面积不等，同一经度带内，纬度越高，梯形面积越小。

由低纬向高纬逐渐缩小。

面积——

方位等积投影

等积圆锥投影

等角圆锥投影

–面积变形（Vp）：

（微分圆）面比P与1的差值

–角度变形：

投影后与投影前角度之差ω

.变形的表示：

变形椭圆、等变形线

三.地图投影的变形

.等变形线：

–就是变形值相等的各点的连线，它是根据计算的各种变形的数值（如p,w）绘于经纬线网格内的，如面积等变形线。

–常用等变形线来表示制图区域的变形分布特征

.变形椭圆：

–取地面上一个微分圆（小到可忽略地球曲面的影响，把它当作平面看待），它投影到平面上通常会变为椭圆，通过对这个椭圆的研究，分析地图投影的变形状况。

这种图解方法就叫变形椭圆。

特别方向：

变形椭圆上相互垂直的两个方向及经向和纬向

伪方位投影——伪方位投影：

在方位投影的基础上，根据某些条件改变经线形状而成，除中央经线为直线外，其余均投影为对称中央经线的曲线。

伪圆柱投影——伪圆柱投影：

在圆柱投影基础上，根据某些条件改变经线形状而成，无等角投影。

除中央经线为直线外，其余均投影为对称中央经线的曲线。

伪圆锥投影——伪圆锥投影：

在圆锥投影基础上，根据某些条件改变经线形状而成，无等角投影。

除中央经线为直线外，其余均投影为对称中央经线的曲线。

多圆锥投影——多圆锥投影：

设想有更多的圆锥面与球面相切，投影后沿一母线剪开展平。

纬线投影为同轴圆弧，其圆心都在中央经线的延长线上。

中央经线为直线，其余经线投影为对称于中央经线的曲线。

——按变形性质分类

.等角投影：

–投影面上某点的任意两方向线夹角与椭球面上相应两线段夹角相等，即角度变形为零ω=0（或a=b，m=n）。

.等积投影：

–投影面与椭球面上相应区域的面积相等，即面积变形为零Vp=0（或P=1，a=1/b）。

.任意投影：

–投影图上，长度、面积和角度都有变形，它既不等角又不等积。

其中，等距投影是在特定方向上没有长度变形的任意投影（m=1）。

一.简单投影：

指继承了几何投影的基本特征，经纬网形状简单、变形规律亦不复杂的投影。

1.方位投影

2.圆锥投影：

以投影中心为圆心呈同心圆分布。

正轴时等变形线平行于纬线。

3.圆柱投影：

墨卡托投影、UTM投影、SOM投影、高斯-克吕格投影

.墨卡托投影－－正轴等角切圆柱投影

.大圆航线：

–地球面上两点间最短距离是通过两点间的大圆弧，又称大圆航线等角航线在图上表现为直线。

这一特性对航海具有很重要的意义。

地球面上两点间最短距离是通过两点间的大圆弧，也称为大圆航线

常见圆柱投影的特征及其用途

.通用横轴墨卡托投影——横轴等角割圆柱投影–以横轴椭圆柱面割于地球椭球体的两条等高圈，按等角条件，将中央经线两侧各一定范围内的地区投影到椭圆柱面上，再将其展成平面而得。

又称UniversalTransverseMercator——UTM投影。

.高斯-克吕格投影——横轴等角切椭圆柱投影–以椭圆柱为投影面，使地球椭球体的某一经线与椭圆柱相切，然后按等角条件，将中央经线两侧各一定范围内的地区投影到椭圆柱面上，再将其展成平面而得。

二.复杂投影

1.伪投影

.伪投影：

一般是指在正轴简单投影的基础上，保持纬线的形状不变，而经线改变为对称曲线，以满足某种投影条件的投影。

（1）伪圆锥投影——彭纳投影

.等积投影，同纬度带球面梯形面积相等

（2）伪圆柱投影——桑逊投影

.等积投影，赤道和中央经线是两条没有变形的线，离开这两条线越远，长度、角度变形越大

（3）伪圆柱投影——摩尔威特投影

–等积投影。

2.多圆锥投影

.狭义的多圆锥投影–是指用多个不同锥顶角的圆锥与地球相切，并获得若干以各标准纬线为中心的投影带，然后将这些投影带沿着某一经线连接起来。

由于圆锥顶点不是一个，所以纬线投影为同轴圆弧。

.广义的多圆锥投影–即指纬线为同轴圆弧的投影。

（1）普通多圆锥投影–用途：

世界政区图

（2）等差分纬线多圆锥投影

第三章地图符号

本章重点：

量表在符号设计中的应用和地图符号视觉变量

•地图符号的本质：

–地图符号是一种物质的对象（图形），它用来代指抽象的概念，这种指代以约定关系为基础

二.地图符号的功能

•地图符号是空间信息传递的手段。

•地图符号构成的符号模型，不受比例尺缩小的限制，仍能反映区域的基本面貌。

•地图符号提供地图极大的表现能力。

•地图符号能再现客体的空间模型，或者给难以表达的现象建立构想模型。

如等高线、等温线

三.地图符号的特征

•综合抽象性–分类、分级、抽象，综合反映对象本质特征

•系统性–线划符号、色彩符号和地图注记相互关联

•系统性–根据事物现象的性质、结构等划分为类、亚类、种、属等不同类别和级别，设计与其对应的系列符号

•时空性–可表达地表事物现象的空间特征（如空间分布、空间结构、质量特征、数量特征等）和时间特征（如发展趋势、动态迁移、演化特征、空间结构变化等）

四.地图符号的优点

–大大简化了物体的图形——提高清晰度、增加了载负量；

–能根据需要显示小而重要的物体；

–能显示相互重叠的物体和现象；

–能显示要素的定性和定量特征；

–能显示不能直接看到的自然和社会现象。

–使地图更直观、形象

六.地图符号的分类

按制图对象空间分布状态分类

•点状符号：

存在于一个地理位置上的事物，离散的空间现象，一个控制点，一座城市等，在地图上表现为一个定位点；

•线状符号：

存在于空间的有序现象，如河流，具有相对长度和路线，在地图上是一个线段；

•面状符号：

指事物占有范围、连续的空间现象。

如区域性自然资源、气候类型分布等，在地图上是一个图斑；

二.视觉变量的构成：

位置、形状、尺寸、色彩、网纹、方向

五.视觉变量的视觉感受效果

•整体感–是指阅读不同视觉变量构成的符号图形时，感觉好像一个整体，没有那一种显得特别突出。

形状、方向、色彩、网纹、尺寸等变量都可以产生符号图形的整体感。

•选择感–是与整体感相反的感受，指要把某种要素的符号突出于其他符号之上，以增强其视觉差别。

如选用强烈对比的色相或增大亮度、纯度、尺寸差别。

•等级感–是指符号图形被观察时能迅速、明确地产生出的等级感受效果。

尺寸、亮度是形成等级感的主要视觉变量；色相、纯度、网纹和亮度变量结合也可产生等级感。

•质量感–是指被观察对象能被区分成不同的类别或性质的感受效果。

主要由形状和色相变量产生，两者结合产生的符号的质量感最有效，网纹和方向在一定条件下也可产生质量感。

•数量感–是指读图时从符号的对比中获得的数量差异感受效果。

尺寸是产生数量感最有效的视觉变量。

•动态感–是指阅读符号图形能产生一种运动的视觉感受效果。

由一些视觉变量有序排列和变化产生。

箭形符号是一种常用、特殊的反映动态感的有效方法；动态感和形状、尺寸、方向、亮度、网纹等视觉变量有关；位置变量也可产生动态感。

•立体感–是指通过视觉变量组合，能从二维平面上产生三维空间的视觉效果。

一般根据空间透视规律组织图形，利用近大远小（尺寸）、光影变化（亮度）、压盖遮挡、色彩空间透视、网纹变化等形成立体感。

§3地图符号的设计

一.地图符号设计的基本原则

.形状图案化：

对制图形象素材进行整理、夸张、变形，使之成为比较简单的规则化图形。

.种类简化：

——清晰性

.符号要有对比协调性

.符号要有逻辑系统性

.符号要有逻辑系统性

.图形色彩要有象征性

.总体要有艺术性

.适应性：

不同地图类型和使用者要求不同

二.影响地图符号设计的因素

符号设计

区域资料特征

视觉要求

使用要求

制作与成本要求

四.点状符号的设计

.几何符号、象形符号、透视符号、文字符号。

.主要视觉变量：

形状、尺寸和色彩的变化等。

–形状变化：

反映事物的质量特征，改变符号轮廓和符号内部结构。

–大小及内部变化：

表示制图对象的数量指标，要与地图用途和事物等级一致。

–颜色变化：

表示事物的质量特征，包括符号本身线划的颜色和其内部面状色的变化。

五.线状符号的设计

.定性线状符号、等级线状符号、趋势面线状符号

–形状视觉变量的设计主要是使用一种或几种图形元素的重复、连续变化以及虚实变化、

图形变化，来表示制图对象的性质。

–主要利用尺寸视觉变量表示制图对象的等级、强度；利用色彩、形状等视觉变量辅助表示。

等级线状符号也可用尺寸变量结合形状变量来表达等级、顺序、强度概念，这时在变化线的尺寸时，也变化线条的单双、虚实、结构及附加短线。

六.面状符号的设计

.晕线面状符号、花纹面状符号、色彩面状符号

–由不同方向、形状、粗细、疏密、颜色、间隔排列的平行线组成。

–晕线方向、形状、交叉排列组合及粗细的变化表示定名量表数据；

–晕线粗细、疏密、间隔排列的变化表示顺序量表、间隔量表和比率量表数据。

地图注记

一.地图注记的功能

.表明制图对象

.标明制图对象属性

.说明性功能

二.地图注记的类型

.地图注记：

是地图符号的一种，能起定位的作用，是将地图信息在制图者与用图者之间进行传递的重要方式。

–名称注记：

说明各种事物的专有名称

–说明注记：

说明事物的种类、性质或特征

–数字注记：

说明事物的数量特征

–图幅注记：

说明地图的编制状况

三.地图注记的构成要素

.字体（形状）：

–表示制图度想的名称和类别、性质

.字级（尺寸）：

–反映被注对象的等级和重要性

.字色（色彩）：

–表示制图度想的名称和类别、性质

.字距–注记中字间的距离

.字列–注记的定位与排列

四.地图注记的配置

.基本原则：

明确标明被注对象，尽量排列在空白处，不压盖切断其他线划或注记，并能反映被注地物的空间分布特征。

.注记的定位

–水平字列：

平行于南北图廓

–垂直字列：

垂直于南北图廓

–雁行字列：

字符连线与注示物走向平行，成直线，字直立

–屈曲字列：

字符连线与注示物走向平行，成自然弯曲，字向不直立

四.地图注记的配置

.点状符号的注记：

–以水平子列配置，且多置于其右方，可沿着纬线方向排列或平行于上下图廓线。

.线状符号的注记：

–常用水平、垂直、雁形或屈字列设计编排，且注记轴心应与符号平行或依符号轴线排列。

.面状符号的注记：

–多用雁行或屈字列，配置在符号相应面积内，并沿符号中部的主轴线布设。

五.注记与地名

.注记中名称注记的主要种类是地名

.地名具有音、形、义三要素

.地名的重要性：

–地名关系着行政管理、领土主权和民族尊严

第四章地图概括

本章重点：

制约地图概括的因素和地图概括的基本方法和原理

§1地图概括概述

一.地图概括的实质–就是解决广阔制图区域内繁多的地理事物完整无缺地显示在地图上。

•地图概括–就是要根据地图的用途、比例尺、制图区的景观特征，选取和强调主要的、带有规律性和典型性的，舍掉次要的、非本质的，在有限的图面上，以图形表示出制图区域的基本特征和制图现象的主要特点。

二.影响地图概括的因素

——地图的用途和主题

•地图用途决定了地图概括的方向（有目的的概括）•编制地图的目的与任务不同，需要在图面上反映在空间数据的广度和深度也不同，因此地图的用途是地图概括的主导因素。

——地图比例尺

•地图比例尺是决定地图概括数量特征的主要因素，限定了制图区域幅面和要素总量。

•比例尺的变更也制约图上地物的质量特征

——制图区域地理特征

•不同区域具有景物各异的地理特征（组成，地理分布及其相互关系）•地图概括必须保证制图区域的基本特征和典型特点不会消失，即体现出地理适应性。

——数据质量

–数据的种类、特点及质量–资料收集完备和准确–空间数据的形式

——图解限制

•地图是以图形符号来表示各种事物和现象的•符号的形状、尺寸、颜色和结构的直接影响：

——制图者

•地图概括是由地图的编绘者来完成的•地图概括是人们制作地图的一种主观过程•编绘者对客观事物的认识程度对制图概括起着决定性作用，制图者决定着地图概括的质量•提高制图者的综合素质，是提高地图质量的重要保证

地图概括的原则就是要全面、系统、综合地考虑各影响因素对地图概括的作用，从而确定不同的地图概括标准。

三.地图概括的原则

1、符合地图用途的需要2、保持地图清晰易读且内容完备3、保证一定的地图精度4、反映出制图区域地理特征

–制图区域内各要素的质量、数量、分布规律和相互关系是客观存在的事实，地图概括的目的就是在地图上模拟出各要素客观的典型地理特征。

四.地图概括的方法步骤

简化地图概括分类符号化归纳

四.地图概括的方法步骤

——分类：

空间数据的排序、分级或分群

——简化：

显示空间数据的重要特征，删弃不重要的细部。

——符号化与归纳

•符号化–就是把简化和分类处理后的制图数据结果，根据其基本特征、相对重要性和相关位置制成可视化符号图形的过程。

•归纳–是运用逻辑的、地理的推理法，超越所选取的数据范围扩展概括出地图信息内容的过程。

第五章普通地图

本章重点：

普通地图的定义与类型、地形图中地貌的表示方法

一、普通地图的定义与类型

1、定义：

均衡地表示地表的自然、社会经济要素一般特征的地图。

2、分类：

按比例尺分：

大比例尺（大于等于1：

10万），中比例尺（大于1：

100万，小于1：

10万）和小比例尺（小于等于1：

100万）。

按比例尺和内容的概括程度分类有地形图和普通地理图之分。

地形图：

一般按照统一的大地控制基础、地图投影、分幅编号，统一的测制规范、图式符号系统，统一的比例尺（我国规定1：

100万、1：

50万、1：

25万、1：

10万、1：

5万、1：

2.5万、1：

1万和1：

5千），统一组织测制的1：

100万和更大比例尺的普通地图。

地理图：

一般式相对概括地表示制图区的自然、社会经济要素的基本特征、分布规律及其相互关系的普通地图。

地理图的比例尺都小于1：

100万。

3、普通地图的内容包括数学基础，地理要素和图边要素，其中地理要素包括水系、地貌、土质植被、居民地、交通线、境界线和独立地物。

特征：

完备、均衡性可量测性与概括性制图规范的一致性系统性权威性应用的广泛性

4、用途

大于等于1：

2.5万地形图：

工程建设、勘察设计、城市规划、农业生产建设

大于等于1：

10万地形图：

规划设计、勘察选线、野外考察

大于等于1：

50万地形图：

总体设计、道路选线、资源普查

1：

100万地形图：

主要供国家、省区市总体规划

小于1：

100万地理图：

主要用于一般参考，中远程导弹发射

二、自然地理要素的表示

1、海洋

海岸：

沿岸地带、潮浸地带和沿海地带。

沿岸地带：

海水高潮线以上的陆上部分，主要用等高线和地貌符号表示。

潮浸地带：

海水高潮线和低潮线之间的范围，一各种形式的黑色点线、虚线等符号表示干出滩的分布范围，海岸性质，通航情况和登陆条件

海岸线：

用蓝实线表示。

沿海地带：

指低潮线以下到波浪作用下限的海底狭长地带，常用符号重点表示该范围内的岛礁和海底地形。

海底地貌：

大陆架、大陆坡和大洋底。

主要用水深注记（用蓝色阿拉伯数字几何中心代替）、等深线（蓝细实线或蓝点线符号）和分层设色法（相邻两根等深线之间涂以深浅不同的蓝颜色来表示海底起伏）来表示。

2、大陆水系：

表示的重点是反映出水陆交界线及水涯线，表示水系的分布、类型、形态、数量特征、航运等

河流主要采用蓝色线状符号和注记表示。

湖泊：

用蓝色水涯线和其内浅蓝普染色面状符号表示湖泊、水库池塘的分布。

蓝色虚水涯线表示季节湖。

用浅蓝、浅紫色或文字注记表示淡水、咸水、水质。

水源地：

蓝色记号性点状符号表示空间分布。

水系附属物：

半依比例尺线状符号或点状符号

重点：

3、地貌：

采用写景法、晕渲法、等高线法和分层设色法。

晕渲法：

假定光源照射地表产生阴影，利用黑色的浓淡或彩色的深浅显示坡面明暗变化，以表达地貌的起伏、分布和类型特征的方法。

（阴影法）

等高线法：

等高线类型：

首曲线、计曲线、间曲线和助曲线

等高距：

地图上相邻等高线的高程差。

0.2mm乘以比例尺分母

特征：

在同一条等高线上，各点的高程均相等。

等高线是闭合曲线。

等高线不能相交和重合，只在陡坡或悬崖处才出现重叠或相交。

等高线越稀，斜坡越平缓；相反越陡。

两条等高线间距离最短的方向就是最大坡度方向。

等高线与分水线或集水线垂直相交。

分层设色法：

•在等高线的基础上，根据地图的用途、比例尺和区域特征，将等高线划分一些层级，并在每一层级的面积内普染不同的颜色，以色相、色调的差异表示地势高低的方法。

•特点：

立体感较强

•应用：

中小比例尺地理图的地貌表示多和晕线法配合使用

居民地：

城市：

指县级及其以上政府驻地。

用粗等线体表示。

–集镇：

乡镇级政府驻地。

用中等线体表示。

–村庄：

农村散列式居民地。

用细等线体表示。

–特殊居民地：

用黑色定位点状符号表示。

窑洞蒙古包工棚…

人口数量：

–一般通过大小不同的圈形符号加以区分

–用名称注记字体、字级别来区分

行政等级：

–我国分为首都、省、自治区、直辖市人民政府所在地；市、自治州、盟人民政府所在地；县、自治县、旗人民政府所在地；乡、镇人民政府驻地；村民委员会驻地6级。

–用地名注记的字体、字级、字色区分；用居民地圈形符号形状、尺寸变化来表示；用名称注记下方加绘辅助线来区分。

二.交通线

•交通线：

是连接居民地之间的纽带，是居民地彼此之间进行各种政治、经济、文化、军事活动的重要通道。

•交通线的表示：

图上主要用线状符号的形状、尺寸、颜色和注记表示交通线的分布、类型和等级、形状特征、通行状况等。

•表示的具体内容分

–陆路交通：

铁路、公路及其他道路。

–水陆交通：

江河航线和海洋航线。

由带箭头短线表示。

–空中交通：

由航空站体现

–管线运输：

•运输管道：

小圆加直线符号表示，说明注记表示性质

•高压线路：

点加带箭头的直线状符号表示，绘制有方位意义的电线杆

•通信线路：

点和直线符号表示，绘制有方位意义的电线杆

境界线：

区域范围的分界线。

包括政区界和其他地域界。

•境界线的表示：

图上用不同粗细短虚线结合不同大小的点线、反映出境界线的等级、位置及与其他要素的关系。

–国界：

工字形短粗线加点的连接线（粗虚线）

–省界：

短线、两点的连接线

–地区界：

两短线、一点的连接线

–县界：

一短线、一点的连接线

–自然保护区界：

带齿的虚线

第六章专题地图

本章重点：

专题地图和电子地图的基本类型，专题要素特征及其表示方法。

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

地图内容主题化：

突出表达一种或多种要素

主题要素特殊化：

强调主题要素的重要特征

地图功能多元化

–表示制图对象的空间分布规律及其相互关系

–反映制图对象的发展规律和动态规律

–如动态地图（人口变化），预测地图（天气预报）

表达形式多样化：

无规定的符号系统、表达形式多种多样、丰富多彩

表示内容前瞻化：

可反映学科前沿信息及成果

①按专题内容性质分类

自然地图社会经济地图其他专题地图

③按专题现象概括程度分类

分析图（解析图）组合图（多部门图）综合图（合成图）