地图的投影

    把复杂的地面景物准确、概括地反映在一张纸上并不容易。我们知道，地球的表面是一个近似正圆的椭球体曲面，而地图则通常是平面的。

    由于曲面是无法展平的，因此要把球面上的景物反映在平面上，必须首先根据一定的数学法则，把地球上的经纬网投影到一个平面上来，然后再以平面上的经纬线为坐标，把地面景物按相应位置转绘上去。这种按数学法则将地球上的经纬网转绘到平面上去的方法，叫地图投影。可见，要编制地图，必须采用地图投影的数学方法。

世界地图常用的几种投影

地图上两地间距离的量算

    要想知道地面上两点之间的距离，除进行实地测量之外，大多数情况下，是运用地图进行量算的。在地图上量算两点间的距离，必须运用该地图的比例尺。例如在比例尺为1∶10 000的地图上，可以得知，图上1厘米，相当于实地距离10 000厘米或100米。

    如果其他条件相同，比例尺决定着地图内容的详细程度和精度，进而决定着一幅地图可能反映的区域大小。比例尺在地图上通常有三种表示方法：

文字式：即直接用文字说明，例如“一百万分之一”或“一厘米代表十千米”。

数字式：有分数式和比例式两种，前者如“1/1 000 000”， 后者如“1∶1 000 000”。从分数比例尺的形式可以看出，分母的数字愈大，分数值愈小，比例尺也愈小；反之，分母的数字愈小，分数值愈大，比例尺也愈大。

    线段式：又称直线比例尺，可以直接用直线比例尺上线段的长度进行量算。直线比例尺与地图一起，经照相放大或缩小，一般无须改变；而文字比例尺和数字比例尺，在地图放大或缩小后，会发生变化，比例尺大小必须重新计算。

    一般说来，在范围较小的大比例尺地图上，图面上各处的比例尺是一致的。但是在范围较大的小比例尺地图上，由于地图的投影变形，地图上的比例尺不可能处处一致。地图上普遍标注的比例尺，一般指地图上某个点或某条线附近的比例尺，也就是主比例尺。在有辅助几何面的投影中，离开这些点或线，图面上两点间的距离与实地距离之比，就会大于或小于这个比例尺。因此，为了准确地计量大范围内两点之间的距离，有的地图除表示出主比例尺外，还根据具体的变形和地图主比例尺绘制复式比例尺，也叫经纬线比例尺。不能简单地用主比例尺在地图的任何部位进行量算。

    常用的海图，一般为墨卡托投影（圆柱投影的一种）。在这种图上，只有赤道符合主比例尺，没有变形。局部比例尺则随纬度增加而增大，例如在纬度60°附近，经线和纬线的长度都要扩大2倍左右；在纬度80°附近，经线和纬线长度能扩大将近6倍。

    常用海图的{zd0}特点是保持等角的性质，即将等角航线表现为直线。这种图，经线与纬线都是直线，而且呈直角相交。将图上的任意两点连一直线，就得出两点间的等角航线。所谓等角航线，就是在地球表面上与经线相交成相同角度的曲线。在图上它表现为一条直线，该直线与经线的夹角，正是船只航行中把握航向的重要依据，也就是说，只要沿此方向前进就一定能到达目的地。

    然而，等角航线并不是两地间的最短距离。我们知道，球面上任意两点间的最短距离，是通过这两点的大圆线长。但是，以非洲的好望角和澳大利亚南端的墨尔本两地为例，二者之间的大圆航线，在常用海图上并非一条直线而是一条圆弧线。实际上，沿等角航线（图上的直线）航行，其距离为6 020海里，而沿大圆航线（图上的曲线）航行，其距离仅5 450海里。

    由此可见，在小比例尺地图上计量相距较远的两点的距离，必须充分了解地图投影的性质，而不能简单地应用主比例尺进行量算。

当然，在大、中比例尺地图上计量相距不算太远的两点间的直线实地距离，只要用直尺量得图上距离，然后按比例尺计算即可。因为在这种情况下，地图的投影变形是极不明显的。此外，在普通小比例尺图上，特别是在等距投影的地图上，概略地运用图上所附的比例尺量算,也是可以的。

    在使用地图时，还常常需要量算地图上曲线的长度，例如河流的长度、道路的长度等。有了图面上的曲线长度，再用比例进行计算，即可求得实地的曲线长度。在图上量测曲线长度一般多用两脚规法。运用这种方法，首先要根据曲线的弯曲程度来确定两脚规的张度，例如,张度为2毫米，那么量取50次，就是图面的100毫米。用这种方法测得的长度，其精度主要取决于两脚规张度的大小。当曲线弯曲程度较小时，张度可以稍大一些；当曲线弯曲程度较大时，张度就要小些。通常使用的张度为1~4毫米。

    量测曲线的长度,还可以用专门的仪器曲线计,但在常用的曲线量测法中，两脚规法则是一种比较xx的方法。

怎样在地图上判别方向

    地球上的方向是根据经纬线确定的。东西方向是纬线所指的方向，也与地球自转的方向一致。东是指地球自转的去向，西是地球自转的来向。南北则是与东西相垂直的方向，是经线所指的方向。在地球上任何一点的南方都指向南极点，北方都指向北极点。

    （1）在比例尺较大的地图上，图幅内实际范围小，特别是远离极地地区的地图，经线与纬线都接近为平行的直线，在地图上判别方向有一个普通的规则，即“上北、下南、左西、右东”。

    在一些比例尺较大的图上，有时没有画上经线与纬线，在这种情况下，地图左右的图廓线常常就是南北线（经线），上下图廓线就是东西线（纬线）。有些图，还专门画有指向标（方位针）以表示方向。

    以上所说的东西南北，与我们用罗盘所指示的东西南北是不xx相同的。罗盘上指针所指的北，称为磁北；而经线（亦称子午线）所指的北，称为真北。真北是通过地面或图面上某点指向北地极的方向；磁北则是通过地面或地图上某点指向北磁极的方向；由于磁极与地极并不xx一致，所以磁北方向与真北方向常有一定的夹角。这个夹角叫做磁偏角。由于多种因素的影响，各个地区磁偏角的大小常有不同。在一个地方用罗盘确定方向时，必须根据当地的磁偏角予以订正。

    （2）在一些小比例尺的地图上，我们会发现，图上的经线不是平行的直线，而是向两极汇聚的弧线。纬线也是一些弯曲的弧线，且越向高纬度，弯曲程度越大。在这种图上判别方向，就只能以经线与纬线的方向为准，而不能笼统地运用“上北、下南、左西、右东”的规则了。例如亚洲在阿拉斯加的西边，而不能认为在阿拉斯加的北边；同样地，北冰洋在亚洲的北边，而不能认为在亚洲的东边。

    （3）有些地图是用指向标（方位针）表示方向的。指向标（方位针）的箭头指示的方向是南北方向，与指向标（方位针）的箭头垂直的方向就是东西方向。

意境地图

    在简单的纸笔测试中表现出的心理上的空间表达，这种地图反映人脑对地理环境的记忆能力和联想状况，也称印象地图、构想地图、心理感知地图或者空间图式、意识空间、空间认知，均指个人对其生活圈内环境空间（配置和结构）的认识水平，有时也泛指一个民族或文化系统掌握的地理知识范围。

    意境地图突出的特征是详近而略远。即图中心部分较为详实，图边远部分较为疏虚，反映作者具有的地理空间的圈层概念，也说明作者获得地理知识过程的发展序列。土著居民集生活经验而绘的地图大多属于意境地图。例如古代埃及人用彩笔描绘在纸、草、叶片上的金矿巷道，因纽特人在皮革上绘制的港湾地图等。

    20世纪60年代末，西方一些人文地理学者不满于区位分析中所采用的{jd1}的xx理性空间行为假设，转而关注作为环境和行为间中介的知觉。例如，林克（Lynch,1960）对美国几个城市的居民所描绘的所在城市印象的分析。古尔德和怀特（Gould,1965;White,1974）曾经询问美国几所大学的新生在毕业后会选择什么地方居住，结果表明这些学生都把家乡作为{sx}地点，后续的研究表明学生迁移形态和他们所持有的意境地图之间存在显著相关。

    意境地图是沟通地理学、认识论和心理学的一座桥梁，目前被广泛应用于空间概念的教学和智力测验，以了解地理概念教学的效果、旅游者的环境喜好等。其主要功能是：（1）为他人指引道路；（2）作为辅助记忆的工具；（3）重现已知环境的空间位置、属性和影像；（4）构成和存储地理知识，并且据以修正和扩充地理知识；（5）反映联想或者虚拟的世界。

数字地球

    目前人们可以通过卫星、飞机、气球、地面测绘、地球化学或地球物理等观测手段获得地球的大量数据，利用计算机把它们和与此相关的其他数据及其应用模型结合起来，在计算机网络系统里把真实的地球重现出来，形成一个巨大系统，这个巨大的系统提供的数据和信息能够让人类更好、更有效地管理地球，甚至管理人类本身，这就是“数字地球”。数字地球就是虚拟现实世界，通过建立空间信息基础设施，把浩如烟海的数据、信息搜集和组织起来，与其在地球上具体的空间位置相联系，对地球及其相关现象进行数字化的重现与认识。

    数字地球对人类的积极作用，无论如何想象恐怕都不会过分。最直接的是，它所提供的数据和信息在农业、林业、水利、地矿、交通、通讯、新闻媒体、城市建设、教育、资源、环境、人口、海洋以及军事等几十个领域都能产生巨大的社会和经济效益。不妨信手拾来一些例子，像农作物监测、农作物估产、土地覆盖物的识别和评价、土地和地籍管理、水资源管理、环境监测、资源合理利用、数字天气预报、灾害监测与评估、灾害模拟和预报、渔场预报、智能交通管理、商业选址、市场调查、移动通讯、民用工程、城市管道管理、在线政府公共信息服务等等。更进一步看，数字地球在未来以知识经济为主体的经济建设中具有更大更重要的作用。

众所周知，地球是一个有限体，地球上人类赖以生存的自然资源也是有限的。恰恰因为自然资源有限，以及以计算机科学技术的发展为特征的信息革命的深入，世界经济模式必然会从现行以自然资源为主的工业经济模式，逐步转换为未来以信息资源为主的知识经济模式。在即将到来的以知识经济为特征的信息社会中，信息是主要经济资源，数字化信息是知识经济的物质形式。数字地球可以包容80％以上的人类信息资源。由此可见，以数字形式处理一切与空间位置相关信息为特征的数字地球，则是未来信息资源的主体核心，是“信息高速公路”上的“车”和“货”，它必将对形成一个广泛而又重要的产业产生决定性影响。

遥感

    “遥感”，顾名思义，就是遥远的感知。传说中的“千里眼”、“顺风耳”就具有这样的能力。人类通过大量实践，发现地球上每一个物体都在不停地吸收、发射和反射信息和能量，其中有一种是人类已经认识到的物质形式──电磁波。不同物体的电磁波特性是不同的，遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。

    例如，大兴安岭森林火灾发生的时候，由于着火的树木比没有着火的树木温度高，它们在电磁波的热红外波段会辐射出比没有着火的树木更多的能量，这样，当消防指挥官面对着熊熊烈火担心不已的时候，如果这时候正好有一个载着热红外波段传感器的卫星经过大兴安岭上空，传感器拍摄到大兴安岭周围方圆上万平方千米的影像，因为着火的森林在热红外波段比没着火的森林辐射更多的电磁能量，在影像上着火的森林就会显示出比没有着火的森林更亮的浅色调。影像经过处理后，可以实时地反映灾区情况和火点数量以及分布情况。消防指挥官拿到这样的地图，就能对火场形势做到心中有数，合理地配置消防人员和消防物资。

    上面的例子简单地说明了遥感的基本原理和过程，同时涉及到遥感的许多方面。除了上文提到的不同物体具有不同的电磁波特性这一基本特征外，还有遥感平台。它的作用是稳定地运载传感器，除了卫星，常用的遥感平台还有飞机、气球等；在地面试验时，还会用到像地面三角架这样简单的遥感平台。传感器就是安装在遥感平台上探测物体电磁波的仪器。针对不同的应用和波段范围，人们已经研究出很多种传感器，探测和接收物体在可见光、红外线和微波范围内的电磁辐射。传感器会把这些电磁辐射按照一定的规律转换为原始图像。原始图像被地面站接收后，要经过一系列复杂的处理，才能提供给不同的用户使用，他们才能用这些处理过的影像开展自己的工作。

    由于遥感在地表资源环境监测、农作物估产、灾害监测、全球变化研究等许多方面具有明显的优势，使它正处于飞速发展过程中。更理想的平台、更先进的传感器和图像处理技术正在不断地发展，以促进遥感在更广泛的领域里发挥更大的作用。

地理信息系统的作用

    地理信息系统是随着地理科学、计算机技术、遥感技术和信息科学而发展起来的一个学科。在计算机发展史上，计算机辅助设计技术（CAD）的出现使人们可以用计算机处理图形数据，图形数据的标志之一就是图形元素有明确的位置坐标。

    不同图形之间的相互关系多种多样，例如一个点在一条线上或在一个多边形内，一条线穿过一个多边形等。我们可以把这个点看成首都北京，把线看成京九铁路，把这个多边形看成河北省的省界，这就如同京九铁路从北京出发，穿过河北省。首都北京就是这个点的属性，京九铁路就是线的属性，而河北省就是多边形的属性。用计算机把这些数据管理起来，就成为一个极简单的地理信息系统的雏形。在实际应用中，一个地理信息系统要管理非常多、非常复杂的数据，可能有几万个多边形、几万条线、上万个点，还要计算和管理它们之间各种复杂的空间关系……

这个例子所说的地理信息系统，就是可以对数据进行组织、管理、分析、显示的系统，它是由计算机、地理信息系统软件、空间数据库、分析应用模型和图形用户界面及系统维护人员组成的。

全球定位系统

    当你旅游或野外考察时，为了不迷失方向，你可能会自备一个指南针或罗盘帮助你定位，确定行走路线，并在地图上作标记，以达到定位的目的。不过用这种方法定位时，要求你具备一定的技术，特别是判别周围目标相对位置的能力。那么，是否有这样一种简单的仪器，它能够直接告诉我们所处的位置呢？是的，那就是全球定位系统。

    （1）全球定位系统（Global Positioning System，GPS）是20世纪70年代由美国国防部批准，陆海空三军联合研制的新一代空间xxxxxx系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成部分。经过20多年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98％的24颗GPS卫星已经布设完成。

    （2）系统共由三部分构成：

    ①地面控制部分，由主控站（负责管理、协调整个地面控制系统的工作）、地面天线（在主控站的控制下，向卫星发出导航电文）、监测站（数据自动收集中心）和通讯辅助系统（数据传输）组成；

    ②空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面上；

    ③用户装置部分，主要由GPS接收机和卫星天线组成。

    （3）全球定位系统的主要特点：

    ①全天候，不受天气影响；

    ②全球覆盖；

    ③三维定速定时，精度高；

    ④快速省时，效率高；

    ⑤应用广泛，功能多。

    （4）全球定位系统的主要用途：

    ① 陆地应用，主要包括车辆导航、景点导游、应急反应、高精度时频对比、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、市政规划控制等；

    ②海洋应用，包括远洋船舶{zj0}航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋油井平台定位、海平面升降监测等；

    ③航空航天应用，包括飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。

    （5）GPS卫星接收机种类很多，根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型；根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。