3.3 现代地图学的发展

    地图是现实世界的抽象，它能够表达真实的世界，也能够构造一个新的世界，表达各地图要素之间的空间关系，由现实世界到二维地图的抽象过程代表着人类思维能力的巨大进步。随着信息技术的不断发展，地图在基本数据来源，生产方式，表达形式及其应用模式等方面都发生了根本的变化。地图可观化，可视分析，叙事地图，泛地图，类地图，全息地图等理论，以及大众制图，增强现实/混合现在等技术方法引领了当代地图的发展方向，地图进入了数字表达化，网络化传输，虚拟化感知，智能化分析，大众化应用的新时代。

3.3.1 电子地图

电子地图是指以地图数据库为基础，在适当尺寸的屏幕上显示的地图（图3.14）。随着计算机和互联网的日渐普及，电子地图作为新一代地图产品，在空间信息可观化和传播方面的作用越来越受到重视，其形式而范畴随着技术的发展也在不断延伸。

    较之传统地图，电子地图具有以下的新特征。

 1）数据与软件集成

   地图介质的改变使劲地图相关行业产生了巨大变革，出现了多基于地图数据的应用软件，而电子地图则是数据与软件系统的集成。电子地图的应用软件又可称为电子地图浏览或者阅读系统，它是地图由数据形式到模拟表达形式的翻译器好转换器，负责张地图数据库中的内容显示在屏幕上，并具有一系列对地图浏览的操作功能，如收缩，拖动，漫游，定位等。

2） 操作过程人机交互

传统纸质地图是静态地图，制作完成之后，表达区域和内容就不会发生改变。电子地图可通过地图应用软件，实现对地图数据的实时快速访问，并通过收缩，漫游对地图表达区域和内容进行调整，经过用户的交互操作在屏幕上形成一张新的地图。

3） 信息表达方式多样

传统纸质地图只能负载文字和图形图像信息，有限的地图幅面能够通过地图符号表达的信息也是有信的。而且电子地图数据不仅储存了空间数据的空间位置，几何形状等空间信息，还储存了相关的属性信息，其能够通过缩放功能来调整地图信息负载量，同时，将地图数据库与其他多媒体数据库进行关联，能够集到的丰富定制地图的显示内容（图3.15）。

  4）无级缩放与多尺度数据

一幅纸质地图都有固定的比例尺，但电子地图由于显示荧幕的灵活性，可以通过一定限度的无级缩放和多尺度数据显示（图3.16），实现对电子地图内容任意区域和全局的显示，查看和分析宏观和微观区域特征。

    5）快速高效的检索与地图分析

在传统纸质地图上搜索地图目标需要人工完成，并且只能进行一些比较简单的量算和分析，费时费力，而且精度难以保证。而电子地图的数据储存在地理空间数据库中，地理位置信息包含在数据之中，利用数据库的查询，检索功能和GIS的空间分析功能，很容易实现对地图目标的高精度空间查询和分析。

6）数据共享

储存在地理空间数据库中的地图数据，可以很方便地实现数据拷贝，能够借助飞速发展的信息技术迅速传播，较传统直至地图共享更加方便。目前网络上有众多提供地图服务的网站，可以很方便的查询和获取城市交通，旅游景点，商业服务等信息，极大地提高了电子地图的使用效率。

随着计算机和网络技术的不断发展，电子地图的概念也不断发展。将电子地图服务发布到网络上，提供用户信息查询检索，使得地图服务范围获得极大的延伸，这种新形式的地图就是网络地图。基本上网络能够覆盖的地方，就能使用地图服务，极大地方便了应用 我国比较著名的在线地图有天地图，百度地图和高德地图等（图3.17），E都市等则提供了在线的三维地图服务。国外的有Goole Map和Google Earth以及开源的地图服务，OpenStreetMap等（图3.18）。

随着全球导航定位技术的发展与手机等移动智能设备的普及，基于位置的服务移动也开始取代传统的车载导航地图，进入人们的视野。移动地图结合智能终端的定位技术，能够提供精确的位置服务，开辟了基于位置服务的商业应用，发展前景广阔。随着地图服务商提供的地图数据不断丰富，数据更新频率不断提高，目前已经能够实现现实时路况显示，并且能够实现实时路况规划最优路径，搜索附近的商店以及记录并分享运动轨迹等（图3.19）。

    虽然移动地图具备了实时高效，便携快捷，动态更新等优点，但针对海量地理数据的高效传输与实时显示也还是存在着制约因素，而瓦片技术恰好解决了移动地图在地图数据的快速获取与显示，多样性服务需求的动态匹配，海量地图服务数据的缓存下载与高校传输等方面的瓶颈。瓦片地图技术的出发点是”以空间换时间”，采用数据分层分块格式，依据金字塔模型定制地图图层数据，储存在地图数据库中，将动态的地图服务用已经生成的瓦片快速代替，以达到快速显示的效果。

3.3.2 地理场景

1.地图学发展的新要求

传统地图学采用地理空间信息分层表达的方式，以科学的符号系统，地图投影和综合方法来表达复杂地理世界的空间结构和空间关系，成为人类文明史上的伟大创想，也是永恒的地理表达形式。然而，随着数字时代的到来和新信息通信技术（information communications technology, ICT）的发展，原先地图平面载体与物理空间的约束，在电子载体和数字空间中部分得以解除，地图的表达形式正在悄悄地发生着深刻的变化。具体表现为①表达的主题场景更为丰富，包括人文的、自然的、社会的；②表达的几何场景从二维的，发展到一维、三维、多维、高维；③表达的尺度从宏观、中观到微观；④表达过程从静态的时刻点状态，到动态的时间片段和生命周期的行为；⑤表达的关系从空间，到时间的、时空的，到多要素的；⑥表现的现实性从现实场景，到虚拟的、虚实融合的；⑦表达的要素作用机制包括物理的、化学的、生物的、人文的、社会的和经济的。

为了适应这种变化，我国科学家提出要发展全息地图学、泛地图学，以及地理场景学等新构想。其目的是发展一个可以对地理现象时空分布、地理规律进行集成表达的载体，发展一个对现实世界可视化表达的平台，满足“制图者”、“读图者”、“讲图者”和“用图者”等不同角色需求，实现多视角、多模式、“地图”内外的可视化表达，支撑“地图”的社会化应用与服务（图3.20）。

随着大数据时代的到来，地理信息统一表达的需求日渐强烈，地理信息的内涵从以空间位置、几何形态、空间关系等为基础，转变为综合人类社会世界、多媒体信息世界和现实地理世界的人、机、物三元世界。这就要求以地理信息的语义描述、空间位置、几何形态、演化过程、要素关系和属性特征6要素为基础，建立统一的场景数据模型，为现实世界的时间、地点、人物、事物、事件、现象、场景7要素的描述和分析提供基础，实现从地图到地理场景的变革。

2.地理场景概念

地理场景是一定地域、不同时空范围内各种自然要素、人文要素相互联系、相互作用所构成的具有特定结构和功能的地域综合体。人类对现实世界的抽象认识和理解，或者不同学科，如文学、新闻、历史、经济等对其内容的概括，几乎都可以用时间、地点、人物、事物、事件、现象、场景这现实世界7个要素加以表达。在这7个要素中，时间、地点（空间）是框架；场景是人类空间认知核心，这是因为所有地理事物和地理现象都是在特定的地理场景中存在和发生的；在场景中描述的重点是人物、事物、事件和现象（图3.21）。

地理场景不仅由时间、地点、人物、事物、事件6要素组成，而且也是时间、地点、人物、事物、事件、现象、场景要素的承载体。现实世界的7要素之间有着极其密切的关系，可以以某个要素为核心进行信息的聚合，形成不同主线的现实世界的描述体系。同时因为现实世界7要素又都可以采用地理信息的6要素加以表达，所以利用现实世界7要素和地理信息6要素之间的关系可以综合表达地理事物和地理现象的时空分布、空间分异、演化过程和相互作用关系（图3.22）。

    3.地理场景学

    地理场景学是研究地理场景的理论、构建方法与应用技术的科学，是一门研究以场景来反映与揭示地球空间内的各种自然与人文现象的时空间分布状况、分异格局和演化过程，以及各种要素相互联系、相互作用构成具有特定结构和功能的地域综合体的科学、技术与艺术相结合的学科。

    地理场景学将围绕新信几息通信技术环境下，物理空间、人文社会空间和信息空间的三元空间地理认知、地理空间信息传输理论、地理场景信息表达等基础理论，重点突破地图符号信息传递、地理场景语义学、三元空间映射与关联和多维度地理场景可视化等技术难题。在信息传递过程中，利用空间量化与可视化、地理场景数据用户化、地理场景制作终端化等方法，将物理世界的地理现象和社会人文世界的特征现象映射到信息世界，解决新时期地理场景在新信息通信技术环境下的信息传递和增强问题，为将地理场景语言发展为人类通用语言提供理论和技术支持。