现代制图的历史进程

现代制图的历史进程

2022-09-08 作者: xuzhiping 浏览: 140 次

摘要: 几个世纪以来,制图学一直在帮助我们绘制不断变化的世界。随着技术的发展,制图功能也在不断的进步,除了可以 绘制城市、国家和行星 外,在某种程度上甚至可以绘制整个宇宙。地理信息系统 (GIS) 是制图学和现代技术的最终结晶,它使我们能够以前所未有的方式绘制世界地图...

几个世纪以来,制图学一直在帮助我们绘制不断变化的世界。随着技术的发展,制图功能也在不断的进步,除了可以 绘制城市、国家和行星 外,在某种程度上甚至可以绘制整个宇宙。地理信息系统 (GIS) 是制图学和现代技术的最终结晶,它使我们能够以前所未有的方式绘制世界地图。制图学是其基础,不可否认,这项技术本身就令人印象深刻。

什么是制图?

制图是研究、创建和设计地图的方法。制图学是实践、科学和艺术之间的融合,它指导着地图和地图制作背后的原则和实践标准。由于地理学、地球科学、拓扑学甚至政治学之间存在重叠,因此制图学是一门高度交叉的学科,位置是它的中心思想。

定位

制图学帮助我们了解在世界上的位置,分析位置关系,并反映地理对日常生活的影响。值得注意的是,制图处理的是世界的表现形式,即由地图的目的和地图制作者的意图而塑造的表现形式。地图反映了一种视角,然而这种视角不一定与现实准确匹配。完美的保真度并不总是制图师的目标。

纵观历史,地图一直被用来反映时事、操纵政治和贸易,甚至用来说明宗教信仰。随着时间的流逝,制图学不断迭代和扩展,并最终以先进的地理空间技术的形式进入现代。下面我们将深入了解制图学的早期阶段,探索各个时代的制图进展。

制图简史

地图制作可以追溯到几个世纪,甚至几千年前。最古老的地图是洞穴壁画和石碑,也是花了数百年的时间才产生了一个可导航的(尽管仍然不成熟的)世界投影。无论格式如何,世界地图的历史都非常迷人,引人入胜。

古代地图

世界上已知最古老的地图可追溯到公元前 7 千年。这张古老的地图被认为描绘了安纳托利亚城市 Çatalhöyük 的详细信息和位置,被发现绘制在洞穴墙壁上。它展示了一座火山和 80 座建筑物,有 9 英尺宽,有人认为这是一个城镇规划。

Catalhoyuk 古代地图

洞穴壁画被认为是安纳托利亚城市 Çatalhöyük 的古代地图

需要注意的是,很多人对这些附图有不同的解释。有些人认为“山”实际上是豹皮,而正方形则是巧妙的几何设计。无论哪种方式,这幅图在制图表达中都可以看出缺乏清晰度。即使是地图,整体保真度也明显很低。高保真度地图制作的兴起通常归因于希腊哲学家。

希腊人

希腊哲学家阿那克西曼德被认为创造了第一张出版的世界地图。该地图早已丢失,但已根据二手资料的描述进行了复制。

复制阿那克西曼德的世界地图

很明显,这张地图的准确性是有限的。换言之,这是第一次准确描绘整个世界的尝试之一。托勒密,另一位希腊人,完全偶然地开创了地理学领域。托勒密是一位多才多艺的学者,对占星术,天文学和数学都做出了很大的贡献,他痴迷于创造精确星座运势的想法。为了实现这一目标,他设计了一个线系统、纬度和经度,他并在其上绘制了10,000个点。这项努力无意中奠定了今天众所周知的制图学基础。

探索时代

探索时代始于 15 世纪,部分是由望远镜、指南针和六分仪等发明引发的。

墨卡托投影上的世界地图

墨卡托投影上的世界地图

这种探索的动力点燃了对越来越详细和准确的世界地图的需求。时代周刊完美地总结了这个时代: “到了 16 世纪中叶,每个人都需要一张平面地图,允许海上航海者使用考虑到地球表面曲率的直线绘制长距离。” 这种需求促使欧洲制图师进行广泛的土地调查,探索未知区域,并制作迄今为止最详细的地图。现在著名的墨卡托投影就是在这个时代诞生的。

现代地图

随着地理空间技术的兴起,地图发生了重大变化,谷歌地球的出现开辟了新天地。

谷歌地球

香港浸会大学地球计算研究中心主任周教授完美地讲述了这个新时代: “我们正在寻找呈现地理空间位置的方式,这些方式不是传统意义上的地图,而是类似于地图的可视化。地图变得越来越智能,并向我们展示不同参数下的世界。” 过去的制图工具包括指南针、平面仪和两脚规,所有这些工具都用于创建模拟地图。随着数字地图 变得越来越流行,现代制图工具也发生了重大的变化。

现代制图工具

如今的制图工具已将地图制作推向了新的高度,主要是在细节和准确性方面。地图制作可以使用多种方法和工具,在这里,我们将介绍一些最常用的工具:航空摄影、传感器、GPS、卫星和 GIS。

航空摄影

自从摄像机存在以来,人们一直试图将相机带入天空的世界。早期的航空摄影尝试包括气球,风筝,甚至火箭。1860年,詹姆斯·华莱士·布莱克(James Wallace Black)拍摄了现存最古老的航空照片,被系在波士顿上空 2000 英尺的热气球上。

幻影 3 无人机

幻影 3 无人机

现代航空摄影现在依赖于直升机和无人驾驶飞行器 (UAV) 等先进技术,俗称无人机。能够达到令人印象深刻的高度并由手持遥控器控制,无人机是航空摄影的绝佳工具。特别是对于GIS 制图,大规模、一致的视觉记录使测量和变化检测变得轻而易举。虽然无人机仍然相当昂贵,但门槛较低,团体及个人都可以参与。

传感器

传感器 通过将刺激(声音、光、热或运动) 转换为电信号来检测给定区域的事件、变化和物理特征。这些信号被收集起来,并传输到另一个设备,通常是计算机。简而言之,传感器收集有关地球表面的数据。

ZephIR 300米风力激光雷达装置

ZephIR 300米风力激光雷达装置

传感器的示例包括:

  • 地震仪:测量地面运动;
  • 激光雷达:基于 3D 激光的航空测绘;
  • 声纳:通过声音传播检测水下物体。

在现代制图方面,传感器有助于设计和创建详细的高保真地图。由于传感器可以定期检测和记录大量准确数据,因此经常被用于变更检测项目。

全球定位系统

全球定位系统 (GPS) 是一系列超过 24 颗定期绕地球运行的卫星,每颗卫星都传输一个独特的信号。GPS 接收器 拦截该 信号并执行三边测量(基于不同点之间的距离测量): 实现高度精确的导航系统。

Trimble Geo7x

Trimble Geo7x

GPS 主要用于飞机、汽车、船只和手机的导航,也是陆地测量的主要工具。数字制图令 GPS 系统无处不在。用户可以使用 GPS 来跟踪交通等生活日常,标记地标坐标,绘制从一个位置到另一个位置的路径,并在地图中找到自己的位置。

卫星

卫星有多种用途,从监视外国对手到跟踪天气和改善蜂窝服务,以及启用 GPS 网络等。

卫星

卫星

在地图制作方面,卫星能够持续、大规模地更新地球表面。想想现代应用程序,如 Google 地球或云 GIS 工具。这些都依赖卫星获取准确的地理空间数据。卫星提高了收集可绘制信息的速度和范围。曾经需要几个月的调查现在可以在几分钟内完成。通过不断捕捉地球表面的镜头,卫星已经能够创建数千甚至数百万的地图,用于农业、林业、公用事业、地球科学、区域规划等等。

地理信息系统 (GIS)

传感器、GPS 和卫星是收集数据的方法。这些设备相当先进。然而,作为一般规则,它们缺乏显示、组织和管理收集的数据的能力。GIS 提供了理想的解决方案。GIS 是基于位置的软件,用于查看、组织、可视化和分析地理空间数据。GIS 帮助用户整理数据,从而更好地理解基于位置的模式和关系。

GIS地图层建筑

GIS图层植被

GIS地图图层组合

起源于 1980 年代的传统 GIS 平台为高级科学分析和数据可视化提供了工具。这些程序通常是基于桌面的,需要本地安装,尽管有些程序确实提供移动应用程序。在过去的十年中,云 GIS 系统开始变得越来越普遍,然而云 GIS 系统不能提供相同水平的深度科学分析,不过,它们明显更适合移动设备,用户能够 随身携带 GIS。更多详情可在关于公用事业、石油和天然气、建筑、城市规划电信 的博客中了解 GIS 如何改变了关键行业。

现代制图的实际应用

大多数人每天都与现代制图产品进行交互。例如我们可以考虑一下手机中的许多应用程序。有多少人依赖基于位置的服务呢?Google Maps 和 Waze 等导航应用、Uber 或 Lyft 等 乘车服务以及 DoorDash 等送餐应用都有某种地图组件。换言之,现代制图不仅仅是在地图上找到您的位置。位置智能、3D 建模和实时地图创建都基于现代制图工具的应用。

位置智能

位置智能,也称为空间智能,可帮助用户获得洞察力并发现 地理空间数据中有意义的关系

城市地理定位数据

位置智能源于 GIS 的基础,用于帮助组织和公司了解位置数据。位置智能的实际应用包括风险评估、交付优化、价格配置以及收购或扩张的战略开发。

3D 建模

激光雷达是上述现代制图工具之一,是创建 3D 地图和模型不可或缺的一部分。激光雷达依靠激光来测量距离。

点云

仙水峡斜坡破坏点云

当激光脉冲被释放,向外传播,撞击物体后被反弹回来时,与声纳类似,距离是通过脉冲返回所需的时间来衡量的。由于光以惊人的速度同时向各个方向传播,因此激光雷达扫描会产生点云,通常由数百万个单独的点组成。点云基本上是高度详细的 3D 地图。数据点的绝对数量意味着 LiDAR 扫描可以创建 从繁华的大都市到大峡谷一切事物的 3D 地图。在 GIS 数据类型 综合指南中可阅读有关 LiDAR 的更多信息。

实时地图制作

云技术实现了实时地图绘制。与本地安装的软件相比,基于云的 GIS 平台可以通过任何 Web 浏览器访问。这意味着任何连接到互联网的设备都可以用于查看给定程序并与之交互。实时数字地图可以进行大量的活动,除了数量惊人的应用程序之外,实时制图可能是制图学发展到何种程度的最明显指标。从最早的洞穴图纸到创建几乎适合任何目的的实时地图,技术进步确实令人震惊。

总结

制图学是一门有着深厚历史渊源的丰富学科。现代制图学建立在可以追溯到几千年前的基础上,并且随着时间的推移不断的发展。借助来自无人机、卫星和传感器的数据,加上强大的 GIS 制图 软件功能,制图的未来将一片光明。如想亲自尝试现代地图的制作,请在以下链接中了解地图制作的相关基础知识。

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