地图使用的革命性变革——代序

从很久以前，人类就发现绘制地图的必要性，以便自己或其他人了解目的地的信息，指引地图使用人到达所要去的地方。以前地图的使用基本是基于地面标志物的——通过自己与地面标志物的方向和距离，来判断自己的方位，决定前进的方向。 （附图一）

图一 江西饶州府城图: 藏于北京图书馆的绢底彩图本地图，绘制于明历年间（公元1573～1619年）。本图以山岭、河流、湖泊等自然地理要素作为自然地标，以寺庙、城墙、古代行政部门等人工建筑作为人工地标 和兴趣点。

后来人们学会了利用观测恒星及月亮的位置来判断自己位置的方法（注一），再后来人们又开始使用无线电进行导航和定位。不过真正将人类带入精确定位时代的，还要算卫星导航系统：

n         美国的 GPS (Gloabal Positioning System) 全球卫星定位系统；

n         俄罗斯的 GLONASS (Global Navigation Satellite System) 卫星定位系统；

n         欧洲正在建立的伽利略 (Galileo) 卫星导航系统（中国已经参加）；

n         中国自主建立的北斗卫星导航系统等。

这些系统给予了普通用户几十米或更好的定位精度。

本文无意讨论卫星定位系统的原理和使用，只是为了说明：只有用户在不依赖地图的情况下随时知道自己的精确位置以后，才能提升对地图使用的水平，同时对地图的编制提出了更高的要求。

由于普通用户已经具备了随时随地了解自己所处位置的能力，用户对于地图的使用已经从“纸制地标时代”上升为“电子坐标时代”。

图二 使用经纬度网格将整个世界坐标化

这种变革是给予了用户更多的方便与信心：记得当初没有用GPS的时候，每次开车出去玩儿，走不认识的路都有点儿战战兢兢，除了开车以外，还要观察沿路的路标、桥梁、铁路、村庄等地面标志物，核对纸质地图以确保自己在正确的道路上。有了GPS和适当的地图，这一切就变得简单多了：通过连接GPS接收机到电脑/PDA上面，我可以随时查阅笔记本电脑上或PDA上的地图，了解自己在地图上的位置和前进方向，决定下一步向哪里走。

这种变革对于地图制作和使用领域是革命性的，主要表现在时间、地点和空间上：

从时间上来说，电子格式的地图发布时间更快，更新更容易，有些地图还提供了用户自己修改地图的功能，甚至多个用户共同维护地图更新也变成可能的事情。对于卫星照片来说，最快的可以查到一周以前的照片。

从地点上来说，描述一个地点不再需要地面参照物，比如“XX路口向东300米第一个岔路向左拐”，只需要说“东经多少多少度，北纬多少多少度”就可以了。这个对于缺少明显地面标志物的户外活动来说，尤其是一个巨大的进步。

在空间上，电子地图配用电子高程数据 (DEM, Digital Elevation Model), 可以实现三维的显示，以及计算路线上的上升及下降幅度和高度。 （附图三）

图三 北京市延庆县海陀山三维卫星照片 闲人一个于2003年制作。图像中红色部分为裸岩区或山谷中的村庄。这是早期作品，卫星照片合成时的方法及颜色控制还不是很好。

使用GPS走过的路线在电子地图上还有着精确的可重复性，任何人拿到航迹（TRACK）数据（其实就是一系列的坐标点）以后，都可以用自己的GPS作为引导精确地重复这条路线。

当然电子格式的地图也有问题，主要表现在数据使用的版权上面，以及对硬件的要求上——毕竟这些电子信息需要电子设备来处理，成本就比纸媒体高很多。

说了这么多，其实就是想说明一个问题：地图使用的发展方向是电子化和坐标化，了解电子地图知识，熟练使用相关工具，才能跟上时代潮流，让自己的生活更加方便。

可能有些朋友还没有GPS接收机, 但是GPS的普及程度相当快，这些设备你早晚会有的——想想十年以前，有几个人有手机？即使没有GPS接收机，使用电子地图依然能给你的出行带来很大的方便：坐标化地图可以更方便地计算路线长度，添加高度信息，生成三维图像。

还有些朋友已经有GPS接收机，说“我用GPS接上某某软件挺好呀，还用学这些干什么？” 可一般的电子地图都是矢量地图，或者矢量地图生成的光栅地图，这些地图只能告诉你一些关键的信息：道路、河流、村庄，但是不能告诉你一些同样有用的信息：河流宽窄、村庄大小形状、山脉走向、地表的植被等等。这些信息就需要靠查阅卫星照片来获得了。

目前国内地图出版业还不能完全满足这种“坐标化”潮流，主要原因是国家对于地理信息数据有着严格的控制。不过当你把眼光投向国外，就会发现在国外科学界（主要是美国）有很多可以使用的免费或付费资源：研究地球环境变化需要研究地球表面每一块陆地和海洋的变化，中国也是地球生物圈的一部分。由于科学研究的需要，这些数据都已经经过严格的位置校正，符合“坐标化地图”的特性。

实际上本文撰写的目的就是带领你进入一个卫星遥感照片的世界：通过分析中分辨率 LANDSAT 卫星遥感照片（15米到30米分辨率）的制作原理和解读技巧，使更多的地图用户有一个全新的工具来了解目的地的情况，修正“地标式地图”所带来的路线规划误差。在了解了这些花花绿绿的颜色和线条所代表的意义以后，你就可以多了一只“天使之眼”，可以俯瞰和定位地面上的任意一个你想看和想去的地方。

当然由于分辨率的关系，这些卫星遥感照片还不能分辨地面物体很多的细节，只能分析地表的物体类型。关于这些卫星遥感照片所能提供和不能提供的信息，我将在以后的文章中具体描述。

注一 请参考上海网上天文台的科普文章：《经度的起算点》，

URL: http://www.astron.sh.cn/jiangzuo/long.html

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原文链接: http://www.huaguoshan.org/xianren/map-revolution.html