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2.5 地图的类型

在地图所能表示的许多形态特征中,地理学家必须首先选择与所研究的问题有关的那些特征,继而决定如何将其展示在地图上,以便显示这些形态特征的信息。为了做到这一点,他们可以从各种地图类型中做出选择。

多用途地图、基准地图(reference map)或位置图属于所有人都熟悉的一大类型。这类地图的主要目的只是展示一个地区或全世界的一种或几种自然要素和(或)文化要素。地图上表现的自然要素一般为水文要素(海岸线、河流、湖泊等)以及地形的形状和高程。文化要素包括交通线路、居民区、地产界线、政治界线和 地名 (toponym)等。

另一大类地图叫作“ 专题地图 ”(thematic map)或“特种地图”,是一类表现特定事物空间分布或某种数据的地图。制图的对象也可能是自然要素(气候、植被、土壤等)和(或)文化要素(例如,人口、宗教、疾病或犯罪的分布等)。不同于基准地图,专题地图仅限于显示某些特定事物的空间分布。

地形图和地形表示法

如前文所述,有些多用途地图描绘地形的形状和高程。这些地图叫作 地形图 (topographic map)。这种地图描画较小区域的地表面貌,精度往往很高(图2.10)。图上不仅展示地形、河川,以及其他自然面貌,还展示出人类添加到自然地景中的事物,包括交通线路、建筑物和土地利用情况,例如果园、葡萄园和墓地等。地形图上还绘制有各种界线,大至国界,小至田地或飞机场的边界。

图 2.10 美国地质调查局7.5分系列地形图。

资料来源: U.S. Geological Survey.

美国地质调查局是该国进行地形测绘主要的联邦机构,出版了几个系列的地形图,均以标准比例尺印制。完全覆盖全美的地形图有两种比例尺:1:250,000和1:100,000。还有各种其他比例尺的地图。各州地形图的比例尺取决于州的大小,从1:125,000(康涅狄格州)到1:500,000(阿拉斯加州)不等。

这些系列中的单张地图称为图方(quadrangle)。现有的覆盖美国48个相连的州以及夏威夷和其他行政区的比例尺为1:24,000的地形图,大约有57,000方,蔚为壮观。每个图方覆盖的矩形面积为纬度7.5分乘以经度7.5分。如图2.10所示,这些7.5分的图方载有该地区自然与文化特征两方面的详尽信息。由于阿拉斯加州面积辽阔、人口稀少,该州地图的比例尺主要为1:63,360(1英寸等于1英里)。阿拉斯加州的图方系列超过2900方。

加拿大负责全国制图的部门是加拿大自然资源部(Natural Resources Canada, NRCan)的自然资源调查制图与遥感研究所。全国都有1:250,000比例尺的地形图,人口较密集的南部有1:50,000比例尺的地形图。省级制图部门还出版比例尺更大的详细地图。

美国地质调查局制定了一套用于地形图的符号(图2.11),有些旧地图上把图例列在另一边。请注意,对流水而言,用不同的符号表示四季不竭(永久性)的河流和间歇性河流;还要标明急流和瀑布的位置和大小。水坝有4种符号,而各种桥梁有4种以上的符号。在城市地图上,在不可能标出每一栋建筑物的地方,则用专门的色彩表示建成区,只表现街道和公共建筑物。

图 2.11 美国地质调查局出版的地形图使用的一些标准符号。

资料来源: U.S. Geological Survey.

如前所述,地形图描绘地球的外貌。地图制图员使用种种技术把三维的地球表面描绘到二维的地图上。表现地势或高程变化最容易的方法,是用所谓的独立高程点(spot height)的方法,用数字标注所选择地点的高程。水准基点(bench mark)是独立高程点的特殊类型,作为计算附近地点高程的参照点(见“大地测量控制数据”专栏)。

专栏 2-2
大地测量控制数据

根据经纬度确定一处地方的水平位置,只需要在三维空间定位所需信息的2/3。还需要一个确定高程的垂直控制点——这通常根据离海平面的高度来确定。水平位置和垂直位置共同构成 大地测量控制数据 (geodetic control data)。现在已经有一个覆盖全美的网络,包括100多万个点,其纬度、经度和高度均已被精确确定、记录在案,并做了标记。

每个点都有一个固定在地面上的青铜标志物。你可能在山丘顶部,甚至在城市的人行道上,见过一些直立的标志物,它们叫作“水准基点”。这些标志物指明其建立的部门、它的位置,有时还有建立的日期。美国地质调查局的每张地图都标明地图覆盖地区的这些标志物,而且保存着每一个包括种类、位置和高程等信息的大地测量控制清单。地图上的水准基点都用大写字母“BM”、小写字母“x”和高程来说明。

1987年,经过12年的努力,联邦的科学家完成了对全国大约25万个水准基点的重新计算,修订了这份清单。例如,美国国家海洋与大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)利用卫星定位系统,进行自1927年以来首次全国性控制点的重新测量,发现纽约的帝国大厦现位于它先前所在地东北36.7米处;华盛顿纪念碑向东北方向移动了28.8米;加利福尼亚州萨克拉门托的州议会大厦圆顶重新定位在原来位置西南91.7米处;西雅图的“太空针塔”(Space Needle)的位置在原来地图所示的西面93米、南面20米处。卫星测量提供了远比过去地面距离与角度测量精确的位置,带来的结果是更精确的地图和更准确的导航。

© Elizabeth J. Leppmen

不过,地形图上使用的主要符号是 等高线 (contour line),线上所有的点都处于基准面(通常为平均海平面)以上同样的高度。等高线是想象中的线,也许这样最好理解,即把一处直立的地形按等距离、平行地切成一系列水平的薄片,这时出现的轮廓线就是等高线。图2.12展示了一个虚构岛屿的等高线。

图 2.12 一个虚构岛屿的等高线图。

等高线间距 (contour interval)是等高线之间的垂直间距,并通常在地图上有所说明。一般来说,地表越不规则,所需要的等高线越多;坡度越陡,表现这种山坡的等高线越密。经常使用的等高线间距是10英尺和20英尺,不过在比较平坦的地区也可能使用5英尺的间距。而在山区,等高线之间的间距则较大:40英尺、100英尺,甚至更大。

虽然等高线表现地形,给地图读者提供地图上任何地方的高度以及所有地形要素的大小和形状的信息,但是大多地图读者觉得难以凭等高线使地貌形象化。为了提高地形图的图形效果,有时会在等高线上添加一些阴影。可以想象一束一般从西北方向照射该地区模型的光源,模拟其光亮与阴影的外貌,从而造成三维地形的错觉。此外,可以用代表等高线等级的彩色条纹在等高线的“线间着色”(color between),这种方法被称为高程分层设色(hypsometric tints)。

地形图所具有的巨量信息对工程师、区域规划师、土地利用分析师与开发商,以及徒步旅行者和偶尔使用者都很有用。根据如此丰富的信息,有经验的地图使用者能够推断出该地区的自然特征和土地耕作利用的情况。

专题地图与数据表示法

地理学的本质就是研究事物(无论是人、农作物还是交通流)的空间格局与相互关系。专题地图上用各种符号记录这些现象的位置和数量。这些符号可能是定性的,也可能是定量的。

定性地图的主要目的是表现某类信息的分布。例如,世界油田的分布、国家公园的分布,以及一国之内农业专门化地区的格局等,都是这类地图的主题。人们感兴趣的是这些事物位处何方,而无须报道抽取了多少桶石油,游览公园的人数,或农作物的产值等。

相反,定量专题地图表示数字资料的空间特征。通常只选择一个变量,例如人口、收入或地价,而且这种地图还展示这些变量在各地的变化。多变量地图则同时表示两个以上的变量。

点状符号

空间中某个特定地点存在的地物,在地图上用点状符号表示。地球上存在着无数此类地物:教堂、学校、墓地和古迹等等。其代表符号包括点、十字形、三角形以及其他形状。在定性专题地图上,每个这样的符号仅记录地球上某个特定地点特定地物的位置。

但是,有时候我们感兴趣的是若干地点某些事物数量的变化——例如,某些城市的人口、某些终端处理货物的吨位,或某些机场旅客的数量等。

用符号表示此类现象的方法主要有两种,如图2.13和图2.14所示。一种方法是选择一种符号——通常是点,用来代表制图项目的一定数量(如50人),这种符号可以视需要而重复多次。这样的地图便于理解,因为这些点在视觉上给地图读者以格局的视觉印象。有时候改用形象化符号——例如用人像或油桶——来模拟制图的主题。

图 2.13 加利福尼亚州各县人口分布点状地图。

如果数据变化范围很大,地理学家可能会觉得反复使用一种符号不方便。例如,如果一国人口500倍于另一国,或者一港口的吞吐量50倍或100倍于另一港口,这可能使地图上有过多的点且互相混淆。为了避免这种问题,地图学家可以选择第二种方法——使用分等级的符号。符号的大小随所表示的数量大小而异。这样,如果使用方形或圆形,符号的面积通常就与所表示的数量成正比(图2.14)。

图 2.14 加利福尼亚州各县人口分布比例圆地图(graduated-circle map)。

但是,也有这样的情况,数据变化范围极大,即使用圆形或方形还是要占据地图上很大的空间。在这种情况下,可以用球体或立方体,令其体积与数据成正比。遗憾的是,许多地图读者未能理解体积上这个固有的第三维,因此大多数地图学家不推荐使用这种符号。

面状符号

地球表面轮廓分明的面状地物,在地图上用面状符号表示。如点状符号一样,这些地图也分两大类:表示类型差别的地图和表示数量差别的地图。地图集包含许多第一类的例子,如宗教类型地图、语言地图、政治实体地图、植被图或岩石类型地图等。这些地图通常用不同颜色或图案表示不同的类型区域,如图2.15所示。

图 2.15 非洲的语言区。

表现一种现象的数量随地区变化而变化的一种方法是利用 分级统计图 (choropleth map)。该词源自希腊语“地方”(choros)和“大小”或“数值”(pleth)。所表示的数量可能是绝对值(例如各国的人口)或派生的数值,例如百分数、比例数、比率和密度等(如县的人口密度)。数据被归并为有限的几个等级,每个等级用醒目的颜色、阴影或图案表示。图2.16就是地区分布图的一个实例。在该图中,面积单位是州。其他常用的分区是县、区、城镇和人口普查分区等。

图 2.16 地区分布图表示1998年美国各州盗窃机动车比率的变化。

资料来源: Redrawn from Crime and Justice Atlas 2000, U.S. Department of Justice, p. 55.

如图2.15和图2.16所示,表现一个地区某种现象分布特征的地图(无论是定性的还是定量的)有3个主要问题:

有一种特殊类型的区域地图叫作 面积分区统计图 (area cartogram)或 面积数值地图 (value-by-area map),图中单位面积与所表现的数据呈正比(图2.17)。人口、收入、成本或其他变量成为量测的标准。面积的大小和形状都可能发生改变,距离和方向可能失真,邻接关系可能保持,也可能不保持,这些都取决于制图师想要传达的思想(见“红色州,蓝色州”专栏)。

图 2.17 分区统计图上每个州的大小以2000年美国人口普查局统计的居民人数为依据。图上还显示1990—2000年人口变化的百分数。

资料来源: U.S. Bureau of the Census.

专栏 2-3
红色州,蓝色州

每张地图都有一定的目的。制图师要表现什么资料和如何表现这些资料,可能影响着我们对现实的看法。媒体用“红色州”和“蓝色州”的说法来讨论2004年美国总统选举。多数选民投共和党候选人乔治·布什票的是“红色州”,而蓝色则是偏向民主党候选人约翰·克里的那些州。因此,本页的两张地图表明,美国本土48州着色的原则是:红色(深灰色)和蓝色(浅灰色)分别显示共和党人和民主党人占多数的结果。

在全国范围内,选民选举两个候选人的百分比几乎是相等的——选布什的占51%,选克里的占48%。不过,图(a)给人以“红色州”在全国占优势的印象。虽然地图是精密的,但是它却误导为大多数“红色州”人口少而大多数“蓝色州”人口多。密歇根大学复杂系统研究中心(Center for the Study of Complex Systems)的3位研究人员设计了一种面积分区统计图,这就是按人口多少重新安排各州的图(b)。现在红色和蓝色的面积更接近于相等。

研究人员创建了许多其他预测选举结果的地图。有些地图显示各县的选举结果;另一些地图表示各州的大小与其选举人票的比例关系;还有些地图在红色和蓝色之外加入第三种颜色——紫色,用来表示民主党人和共和党人选票百分比近于平衡。

(a)传统图像。

(b)人口比较统计地图。

线状符号

线状符号就像该术语所表明的那样,代表具有长度而宽度并不重要的地物。地图上有些线条在数量上并不重要。例如,代表河流、政治界线、公路和铁路的线条并不是定量的。这些地物用下图中和图2.11所示的标准化符号表示在地图上。

但是,地图上的线的确常常表示某些特定的数值。连接平均海平面以上高度相等地点的等高线是一种 等值线 (isoline),或恒值线。等值线的例子还有等降雨量线(isohyet,雨量相等)、等温线(isotherm,温度相等)和等压线(isobar,大气压相等)。

流线地图 (flow-line map)被用以描绘各地点之间的线状运动。这种地图可能是定性的或定量的。定性流线地图的例子是显示洋流或航空线路的那些地图:图上的线条宽度一致,通常用箭头指示运动方向。另一方面,在定量流线地图上,流线与其表示对象的数量成正比。移民流、交通流和商品流通常用这种方式表示。线路的位置、运动方向和流动的数量均可在图上表示。流线地图所表示的数量可以是绝对值,也可以是一种派生值——例如,真实的交通流或者是每千米的数字。在图2.18中,流线的宽度与美国州际移民的数量成正比。图5.7则是另一种流线地图。

图 2.18 20世纪50年代美国移民形势定量流线地图。

障眼法

大多数人倾向于相信他们在印刷品上看到的信息。地图尤其有说服力,因为图上的线条、比例尺、符号位置以及信息量的精确性是不言而喻的。不过我们要记住,所有地图都是现实的抽象表达,因此,真相可能失真。地图也和各种信息一样,它所传达的信息反映了作者的意图,而且可能是偏见。地图可能巧妙地或明目张胆地篡改其传达的信息,或者包含有意制造的假信息。

地图失真的原因有时是出自无知——例如中世纪——的地图学家,他们把神话中的怪兽画在不了解的大陆内部;有时歪曲的动机是为了宣传,纳粹德国有些地图即属此类。有时造假的原因还是为了挫败外国的军事和情报行动。

1988年苏联的首席地图学家承认,50年来苏联的政策是有意对几乎所有公开出版的地图造假。这项政策显然源自一种信念,即地图学家应该为军事需要服务,而一旦政府的制图部门置于秘密警察控制之下时就开始执行这种政策。苏联地图失真的类型包括地物的移位和省略,以及使用不正确的网格坐标(图2.19)。公路、河流和铁路有时被挪动多达10千米。一座城镇可能标在河东,而实际上是在河西。即使地物标示正确,但是经纬度网格却可能放错了地方。这种歪曲还可能随时间而变化。比如,在一张地图上标在河流一侧的市镇,在后来的地图上却出现在河流另一侧,在此后的版本中又移动了几千米,而在再后来的地图上又彻底消失了。

图 2.19 苏联不同地图上展现的洛加什金诺(Logashkino)及毗邻地区。

总之,地图很容易失真或造假,就像地图能够传达可证实的空间数据或在科学上有效的分析结果那样容易。地图使用者对那些可能性知道得越多,对地图投影、符号表现以及对普通形式的专题地图和基准地图的制图标准了解越多,他们就越可能合理地质疑并清醒地解读地图所传达的信息。 fbfYv53m1VESIiakZq27zNRPtZIq3It/Wa7Xp7E5ndkxh22GyDcXrUWJWK1iTOtg

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