我国古代就有地图的绘制,以下是三国时期到元代的几个代表性演进史。由叙述中可以得知古人测量绘制地图的方法。
我国在宋代也有航海图绘制的能力,当然,元代之后的科学更是发展迅速(比如说,混天地动仪,可测量天文)。而在同时期的外国科学发展也是很神妙的…(比如说,荷兰人驾船绕行台湾绘制的台湾全图)。
第一部测算专著——《海岛算经》
《海岛算经》是三国时期(西元三世纪)的数学家刘徽所著。他在为《九章算术》作注时,写了《重差》一卷,附於该书之后。
唐代数学家李淳风将《重差》单列出来,取名《海岛算经》,并列为我国古代的数学经典《算经十书》之一。该书全部9个算例均涉及测高望远及其计算问题。9个算例分别是:测量海岛的高度(望海岛),测量山上的松树的高度(望松),测量城市的大小(望邑),测量涧谷的深度(望谷),居高测量地面上塔楼的高度(望楼),测量河流的宽度(望波口),测量清水潭的深度(望清渊),从山上测量湖塘的宽度(望津),从山上测量一座城市的大小(临邑)。
为解决这些问题,刘徽提出了重表法、连索法和累距法等具体的测量和计算方法。这些方法归结到一点,就是重差测量术。重差测量术是借助矩、表、绳的简单测量工具,依据相似直角三角形对应边成比例的内在关系,进行测高、望远、量深的理论和方法。在刘徽之前,赵爽在为《周髀算经》作注时曾作日高图,首先提出了重差测量理论。而刘徽在《海岛算经》中活用重差理论,巧妙地提出了多种具体的测量和计算方法,把重差测量理论推广开来。
《海岛算经》是一部影响久远的测算专著。它所详细揭示的重差测量理论和方法,成为古代测量的基本依据,为实现直接测量(步量或丈量)向间接测量的飞跃架起了桥梁。直到今天,重差测量理论和方法在某些场合仍有借鉴意义。
什麼是「制图六体」
制图六体,是晋代制图学家裴秀提出的绘制地图的六条原则。
裴秀(西元224~271年)字秀彦,河东闻喜(今属山西省)人,晋武帝时官司空,后任宰相。他根据「六军所经,地域远近,山川险易,征路迂直」,校验了魏国留下的旧图。
由於旧图绘制粗略,加之地名改变,他在门客京相璠的帮助下,编制了我国最早的地图集——《禹贡地域图》、《地形方文图》。他总结了前人制图经验,提出了地图制图的六条原则,即「制图六体」:一为「分率」,用以反映面积、长宽之比例,即今之比例尺;二为「准望」,用以确定地貌、地物彼此间的相互方位关系;三为「道裏」,用以确定两地之间道路的距离;四为「高下」,即相对高程;五为「方邪」,即地面坡度的起伏;六为「迂直」,即实地高低起伏与图上距离的换算。
裴秀认为,制图六体是相互联系的,在地图制作中极为重要。地图如果只有图形而没有分率,就无法进行实地和图上距离的比较和量测;如果按比例尺绘图,不考虑准望,那麼在这一处的地图精度还可以,在其他地方就会有偏差;有了方位而无道裏,就不知图上各居民地之间的远近,就如山海阻隔不能相通;有了距离,而不测高下,不知山的坡度大小,则径路之数必与远近之实相违,地图同样精度不高,不能应用。
这六条原则的综合运用正确地解决了地图比例尺、方位、距离及其改化问题。所以制图六体成为我国明代以前地图制图学理论的基础,在我国和世界地图制图学史上有重要地位。
计裏画方
「计裏画方」,是按比例尺绘制地图的一种方法。绘图时,先在图上布满方格,方格中边长代表实地裏数,相当於现代地形图上的方裏网格;然后按方格绘制地图内容,以保证一定的准确性。据文字记载,此法始于我国晋代裴秀提出的 「制图六体」原则,他曾以一寸折百里的比例编制了《地形方丈图》。
唐代贾耽,以每寸折百里的比例编制了《海内华夷图》。北宋沈括,以二寸折百里编制了《天下州县图》(又称《守令图》)。元代朱思本,用计裏画方的方法绘制的全国地图——《舆地图》,精确性超过前人。此法沿用1500余年,直到清初,在我国和世界地图制图学史上具有重要意义。
元代郭守敬在测绘上的建树
郭守敬在测绘上作出的最大贡献,是他首创的以我国沿海海平面作为水准测量的基准面。当时,郭守敬曾经从河套东头的孟门山(今陕西宜川至山西吉县一带)起,顺中条山往东,沿黄河故道测量地形,掌握了大河之北纵横数百里地区内地势起伏的变化。
这是在黄河中游的一次大面积地形测量。大面积测量必须解决各局部测量资料的统一归化问题。据《元朝名臣事略》记载,郭守敬「又尝以海平面较京师至汴梁地形高下之差,谓汴梁之水去海甚远,其流峻急,而京师之水去海至近,其流且缓,其言倍而有微,此水利之学,其不可得也」。
这是我国史书上第一次记载利用海平面作为基准来建立统一的高程系统,创立了「海拔」这一科学概念。这一工作,对於测量事业的发展,具有十分重大的意义,是我国大面积测量发展到一定水平所孕育出的杰出科学成果。
直到今日,世界各国的区域性测量,其水准测量成果均归化到以海岸某点的平均海水面作为基准面的高程系统中去。我国现就采用青岛港验潮站历年记录的黄海平均海水面作为基准面,并在青岛设有水准原点,全国的高程均以此为基准。这一科学方法。仍将继续沿用。地图简史
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1 9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4 000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。
中国古代和近代的地图
我国存留的地图中,年代最早的当属20世纪80年代在天水放马滩墓中发现的战国秦(公元 前2 39年)绘制于木板上的《圭县地图》。该图上绘有河流、山脉、沟谷、森林及树种名称,有80多处注记,有方位,比例尺约为1∶30万,应当是代表了当时地图的最高水平。1973年在湖南长沙马王堆汉墓出土的三幅地图,为我们提供了研究汉代地图的珍贵史料 。三幅图均绘于帛上,为公元前168年以前的作品。图01-03是其中的地形图。
该图为98cm长的正方形,描述的是西汉初年的长沙国南部,今湘江上游第一大支流潇水流域、南岭、九 嶷山及其附近地区,内容包括山脉、河流、聚落、道路等,用闭合曲线表示山体轮廓,以高 低不等的9根柱状符号表示九嶷山的9座不同高度的山峰。有80多个居民点,20多条道路,30 多条河流。另外两幅是表示在地理基础上的9支驻军的布防位置及其名称的《驻军图》和表 示城垣、城门、城楼、城区街道、宫殿建筑等内容的《城邑图》。马王堆汉墓出土的这三 幅 地图制图时间之早、内容之丰富、精确度之高、制图水平和使用价值之高令人惊叹,堪称极 品。� 魏晋时期的裴秀(公元223~271年),任过司空、地官,管理国家的户籍、土地、税收, 后任 宰相,曾绘制过《禹贡地域图》,并将当时流传的《天下大图》缩制为《方丈图》。他总 结 了制图经验,创立了世界最早的完整制图理论——“制图六体”,即分率、准望、道里、高 下、 方邪、迂直。分率即比例尺,准望即方位,道里即距离,高下即相对高度,方邪即地面坡度 起伏,迂直即实地起伏距离同平面上相应距离的换算。裴秀的制图理论对以后的几个朝代有 明显的影响。� 唐代贾耽(公元730~805年)通过对流传地图的对比分析和访问、勘察,编制了《关中陇右及 山南九州图》、《海内华夷图》,后者是在学习裴秀制图理论的基础上,以“一寸折百里” 制成的,对后世有深远影响。
宋朝是我国地图历史上辉煌的年代。北宋统一不久就根据全国各地所贡的400余幅地图编制 成全国总图《淳化天下图》。在当今的西安碑林中,有一块南宋绍兴七年的刻石,两面分刻 《华夷图》和《禹迹图》。右图是《禹迹图》的一部分,计里画方,从长江、黄河的图形 可看出,该图具有相当高的精确度。宋朝的沈括(公元1031~1095年),做过大规模水准测量 ,发现了磁偏角的存在,使用24方位改装了指南针。他编绘的《守令图》是一部包括20幅地 图的天下州县地图集。他还著有地理学著作《梦溪笔谈》。�
元代的朱思本(公元1273~1333年),在地理考察和研究历史沿革的基础上编制成《舆地图 》两卷。
明代罗洪先(公元1504~1564年)在朱思本地图的基础上,分析历代地图的优劣,以计里画方 网格分幅编制成《广舆图》数十幅。他创立了24种地图符号,对地图内容表达起到重要作用 。明末的陈祖绶曾编制《皇明职方图》三卷。郑和(公元1371~1435年)七下西洋,他的同 行者留下四部重要的地理著作,制成了《郑和航海地图集》。意大利传教士利玛窦将《山海 舆地全图》介绍到中国,在�1584~�1608年间,他曾先后12次编制世界地图,把经纬度、 南北极、赤道、太平洋以及航海所发现的南非、南北美洲等区域概念介绍到中国。
� 清代康熙年间,清政府聘请了大量的外籍人士,采用天文和大地测量方法在全国测算630个 点的经纬度并测绘大面积的地图,制成《皇舆全览图》,实为按省分幅的32幅地图。李约瑟 著《中国科学技术史》一书中介绍该图“不仅是亚洲当时所有地图中最好的,而且比当时的 所有欧洲地图都好、更精确”。乾隆年间,在此基础上,增加了新疆、西藏新的测绘资料, 编制成《乾隆内府地图》。清代完成了我国地图从计里画方到经纬度制图方法的转变,是地 图制作历史上一次大的进步。清末魏源(公元1794~1859年)采用经纬度制图方法编制了一本 地图集《海国图志》。该图集有74幅地图,选用了多种地图投影,是制图方法转变的标志。 杨守敬(公元1839~1915年)编制的《历年舆地沿革险要图》共70幅,是我国历史沿革地图史 上的旷世之作,后来成为中华人民共和国大地图集中历史地图集的基本资料。�
辛亥革命后,南京政府于1912年设陆地测量总局,实施地形图测图和制图业务。到1928年, 全国新测1∶2�5万比例尺地形图400多幅,1∶5万比例尺地形图3 595幅,在清代全国舆地 图 的基础上调查补充,完成1∶10万和1∶20万比例尺地形图3 883幅,并于1923~1924年编绘 完成全国1∶100万比例尺地形图96幅。除了军事部门以外,水利、铁道、地政等部门的测 绘 业务也有所发展,测制了一些地图。到1948年止,全国共测制1∶5万比例尺地形图8 000幅 ,又于1930~1938年、1943~1948年先后两次重编了1∶100万比例尺地图。在地图集编制方 面,1934年由上海申报馆出版的《中华民国地图集》,采用等高线加分层设色表示地貌、 铜 凹版印刷,在我国地图集的历史上有划时代的意义。解放战争过程中,革命军队也十分重视 地图保障。在第二次国内革命战争时期,红军总部就设有地图科,随军搜集地图资料并作一 些简易测图和标图。长征前夕,地图科为主力红军制作了江西南部1∶10万比例尺地形图; 过雪山、草地时绘制了“1∶1万宿营路线图”。解放战争时期,地图使用已十分广泛,各野 战军都设有制图科,随军做了大量的地图保障工作。〖JP3〗如1948年平津战役前夕,编制 了 北平西部航摄像片图和天津、保定驻军城防工事图,为解放战争胜利作出了贡献。
� 新中国成立后,地图制图得到了迅速的发展。1950年组建军委测绘局(后改为总参测绘局), 1956年组建国家测绘局,领导全国的地图测绘和编绘工作。
� 在完成覆盖全国的1∶5万和1∶10万地形图的基础上,1∶5万地形图已更新三次,1∶10万地 形图也已更新两次。完成了全国1∶20万、1∶25万、1∶50万和1∶100万地形图的编绘工作 ,并已建成了1∶25万、1∶50万和1∶100万数字地图数据库。
� 1953年总参测绘局组织编制了1∶150万的全国挂图《中华人民共和国全图》,由32个对开拼 成。1956年出版了1∶400万《东南亚形势图》。20世纪50年代后期,先后三次编制出版了1 ∶250万《中华人民共和国全图》,以后又多次修改、重编出版,成为我国全国挂图中稳定 的品种。该图内容丰富,色彩协调,层次清晰,较好地反映了中国的三级地势和中国大陆 架的面貌。20世纪70年代,各省(市、自治区)测绘部门分别完成了省(市、自治区)挂图和大 量的 县市地图的编制工作。
� 在地图集的编制方面,首推国家大地图集的编制。1958年7月,由国家测绘局和中国科学院 发起,吸收30多个单位的专家,组成国家大地图集编委会,确定国家大地图集由普通地图集 、自然地图集、经济地图集、历史地图集四卷组成,后来又将农业地图集和能源地图集列 入选题。现在已经先后出版了《自然地图集》、《经济地图集》、《农业地图集》、《普通 地 图集》、《历史地图集》。这些地图集在规模、制图水平及印刷和装帧等多方面都达到了国 际先进水平。在国家大地图集的带动下,各省、市相关部门都编制出版了各种类型的地图 集 ,其中不乏高质量的地图。由原武汉测绘科技大学土地科学学院编制的《深圳市地图集》于 1999年第一次为我国的制图作品拿到了国际地图学协会评出的地图集类“杰出作品奖”。自 动晕渲的大型挂图《深圳市地图》于2001年在国际地图展览会上再次获得最高奖。�
国外的地图历史
公元前2世纪,埃拉托斯芬(公元前276~前195年)算出了地球的子午线弧长为�39 700km,以此推算出了地球大小,并第一个编制了把地球作为球体的地图。托勒密(公元90~168年 )所 写的《地理学指南》对当时已知的地球作了详细的描述,并附有27幅地图,其中有一幅是世 界地图。他提出许多编制地图的方法,创立了球面投影和圆锥投影。他用圆锥投影编制的世 界地图具有划时代的意义,一直使用到16世纪。
� 15世纪以后,欧洲社会资本主义开始萌芽,历史进入文艺复兴、工业革命和地理大发现的时 期,航海探险使人们对地球上的大陆和海洋有了新的认识,为地图的发展提供了机遇。地 图 学家墨卡托(公元1512~1594年)创立了等角圆柱投影,并用它于1568年编制了世界地图。由 于该图上等角航线成直线,为航海提供了极大的帮助。18世纪实测地形图的出现,使地图内 容更加丰富和精确。地图符号系统不断完善,透视写景符号逐步被平面符号代替,地貌表 示也由晕�法发展到等高线法,同时出现了地图的平版印刷,将地图推进到现代的阶段。 � 19世纪资本主义各国出于对外寻找市场和掠夺的需要,产生了编制全球统一规格的详细地图 的要求。1891年在瑞士伯尔尼举行的第五次国际地理学大会上,讨论并通过了编制国际百万 分一地图的决议,随后于1909年在伦敦召开的国际地图会议上,制定了编制百万分一地图的 基本章程,1913年又在巴黎召开了第二次讨论百万分一地图编制方法和基本规格的专门会议 ,这对国际百万分一地图的编制起到了积极的作用。与此同时,出现了大量的专题地图,比 较有代表性的有德国的《自然地图集》、《气候地图集》等。� 20世纪由于摄影测量的产生和发展,对地图制作产生了极大的影响,出现了大批具有世界影 响 的地图作品。其中较有影响的有由前苏联为首的7个东欧社会主义国家编制的《1∶250万世 界地图》,英国的《泰晤士地图集》,意大利的《旅行家俱乐部地图集》,前德意志民主共 和国的《哈克世界大地图集》,美国的《国际世界地图集》,《加拿大地图集》。特别值得 提出的是前苏联的《世界大地图集》和《海图集》,这些图集都是旷世之作。
我大体看了一下里面有关于地图的发展历史以及不同历史时期的人类如何绘图希望会有帮助 好运公元391年,狂热的基督徒对文化进行了堪称有史以来最严重的破坏:将当时世界最大的知识储藏处亚历山大图书馆夷为平地。在随后的1000年里,地球的真实地理情况笼罩在层层迷雾之中,结果耶路撒冷成了世界的中心,亚洲成了食肉兀鹫的产地。
直到16世纪,地图绘制才重新步入正轨。新一代绘制员根据探险家和数学知识的发展绘制了一批地图。其中最著名的当数佛兰德博学家热拉尔·德·克雷默绘制的地图。他的拉丁名字是格拉尔杜斯·墨卡托,意思就是“商人”。
墨卡托的名字经常出现在世界上使用最为广泛的地图上。尼古拉斯·克兰的《墨卡托》一书以详实而引人入胜的细节讲述了墨卡托的故事。
墨卡托1512年出生在佛兰德(今为比利时),儿时过着极其贫困的生活,经历了席卷欧洲的社会和宗教大动荡。墨卡托18岁成了无家可归的孤儿,他把名字改成了拉丁文,进入卢万大学读书。他最初想成为哲学家,但很快就认识到那不是致富的途径。他发现人们对地图的需求越来越大,于是学了数学。1569年,墨卡托以“墨卡托投影法”为基础绘制了第一张世界地图。然而这仅仅是墨卡托掀起的地图绘制革命的开始。在他看来,地理不仅是确定城市和河流的位置,它还是掌握世界政治时局的途径。墨卡托创造了“地图册”(atlas,这个词也是他杜撰的)的概念,并且第一次在地图上标明磁方位角。
当时,地图绘制全是靠信息资料和也人为的勘测过程十分困难还有一种重要而实用的投影——Web墨卡托投影
Google Maps、Virtual Earth等网络地理所使用的地图投影,常被称作Web Mercator或Spherical Mercator,它与常规墨卡托投影的主要区别就是把地球模拟为球体而非椭球体。
Web墨卡托投影坐标系定义:
以整个世界范围,赤道作为标准纬线,本初子午线作为中央经线,两者交点为坐标原点,向东向北为正,向西向南为负。
X轴:由于赤道半径为6378137米,则赤道周长为2PIr = 200375083427892,因此X轴的取值范围:[-200375083427892,200375083427892]。
Y轴:由墨卡托投影的公式可知,同时上图也有示意,当纬度φ接近两极,即90°时,y值趋向于无穷。这是那些“懒惰的工程师”就把Y轴的取值范围也限定在[-200375083427892,200375083427892]之间,搞个正方形。
懒人的好处,众所周知,事先切好静态,提高访问效率云云。因此在投影坐标系(米)下的范围是:最小(-200375083427892, -200375083427892 )到最大 (200375083427892, 200375083427892)。
对应的地理坐标系:
按道理,先讲地理坐标系才是,比如球体还是椭球体是地理坐标系的事情,和墨卡托投影本关联不大。简单来说,投影坐标系(PROJCS)是平面坐标系,以米为单位;而地理坐标系(GEOGCS)是椭球面坐标系,以经纬度为单位。具体可参考《坐标系、坐标参照系、坐标变换、投影变换》。
经度:这边没问题,可取全球范围:[-180,180]。
图投影的4种类型是:
1、阿尔伯斯(Albers)投影
等积圆锥投影,使用两条标准纬线,适用于中纬度东西方向分布的大陆板块。
2、墨卡托(Mercator)投影
等角圆柱地图投影,适用于绘制赤道附近地区的大比例地图。
3、高斯-克吕格(Gauss-Krüger)投影
等角横切圆柱投影,是横轴墨卡托投影的变种。其圆柱体沿经线而不是赤道接触球体或椭圆体,投影后中央经线保持长度不变,即比例系数为1。适合于南北分布的地区。
4、UTM(Universal Transverse Mercator)投影
等角横轴割圆柱投影,该投影角度没有变形,中央经线为直线,且为投影的对称轴,中央经线的比例因子取09996是为了保证离中央经线左右约330km处有两条不失真的标准经线。
地图投影的应用
制图的区域的位置、形状和范围,地图的比例尺、内容、出版方式影响了投影的种类。比如在极地就应该是正轴方位投影,中纬地区使用正轴圆锥投影。
制作地形图通常使用高斯-克吕格投影,制作区域图通常使用方位投影、圆锥投影、伪圆锥投影,制作世界地图通常使用多圆锥投影、圆柱投影和伪圆柱投影。但通常而言,要依据实际情况具体选择。
最早的画法是方格法。就是列个比例尺,比如1cm代表10km,先画个方格出来,剩下的就很容易了,中国古代的禹迹图就是这一类的代表作。
西方的也是如此,从A到B多远画一条,不过西方由于没有一个同一个机构,只能由地图作者找些商人、旅行者问,准确度要低很多的。
像这张图,倒过来看的话你就会非常清晰的看出地中海、阿拉伯地区了。
后来人知道了地球是个球,就用经纬线的方法来画,最有名的就是墨卡托投影,到地方测绘出当地的经纬度,然后再根据经纬度画。
这张西西里岛的地图就是那个时代的很有代表性的作品。
实地测绘技术才是最重要的,在有卫星之前,实地测绘已经把全世界都基本画了一遍,精度还是非常高的。
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