地图制图基础（二）：地图内容

一幅地图作为制图区域的概括，往往由数学基础、地理要素以及整饰要素三个部分组成。

1. 数学基础

地图的数学基础可以让地图上的各种地理要素与地面景物之间保持一定对应关系的基础，包括椭球体、坐标参考系、地图投影和比例尺。

（1）椭球体

说到椭球体，就涉及到地球形体的表达，地球的表面可以分为自然表面、物理表面和数学表面。

地球的物理表面，也就是大地水准面，是一个以静止平衡的海平面为基准面，面向大陆延伸并穿越陆地与岛屿形成的封闭曲面。该水准面在整体上非常接近地球自然表面，它包围形成的大地体则是地球形体的一级逼近。

但大地水准面忽略了地球自然表面的高低起伏，所以它虽然非常接近规则椭球体，却仍然不能用数学模型表达。为了定量描述地球形体，人们将由绕地球体短轴（地轴）旋转形成的旋转椭球体来代替大地体，称作地球椭球体，也就是地球形体的二级逼近。地球椭球体的形状大小，由长轴a(赤道半径)、短轴b（极半径）和扁率f三个参数决定，这样我们就可以模拟地球形体了。

由于全球各地区地表起伏不同，使用同一个地球椭球体无法贴切地表达当地的地球自然表面，因而需要确定与局部地区大地水准面最符合的一个地球椭球体——参考椭球体，也就是地球形体的三级逼近。为了测量与定位的精准，很多国家都根据当地情况计算了自己的大地基准面。大地基准面可以理解为最符合当地大地水准面的曲面。

我国常用的参考椭球体及参数：

Ellipsoid	a	b	f
Krassowsky 1940	.0m	.0m	1/298.3
International_1975	.0m	.m	1/298.257
WGS_1984	.0m	.m	1/298.257
China2000	.0m	.m	1/298.257

* Krassowsky 1940为北京54坐标系使用椭球体，International_1975为西安80坐标系使用椭球体, China2000为CGCS2000坐标系椭球体。

（2）坐标参考系

为了描述地球上某个点的空间位置，建立了由坐标参考系统（x，y）和高程参考系统（z）组成的空间参考系统（Spatial Reference System，SRS）。不考虑高程的情况下，在二维平面描述空间位置，使用的是坐标参考系统（Coordinate Reference System，CRS）。

CRS定义了二维地图与地球上的真实地点之间的关系，在CRS的帮助下，地球上的任意位置都可以由一组数字指定，称为坐标。坐标参考系可分为地理坐标系（GCS）和投影坐标系（或叫笛卡尔坐标系，PCS）。

我国常用的坐标参考系有：1954北京坐标系、1980西安坐标系，WGS1984坐标系和China2000坐标系。

（3）地图投影

地图投影是在地球椭球面和平面之间建立的点与点之间函数关系的数学方法，它将地球椭球面上的经纬网按照一定的数学法则转移到平面上。

地图投影可以按照投影构成方法、投影变形、投影面位置进行分类，具体如下：

1）按投影构成方法分为：几何投影和非几何投影。

几何投影

按投影展开面又可分为方位投影、圆锥投影和圆柱投影。

非几何投影

按经纬线形状可分为伪方位投影、伪圆柱投影、伪圆锥投影和多圆锥投影。

2）按投影变形分为：等角投影、等积投影和任意投影，等距投影是在特定方向上没有长度变形的任意投影。等角投影保持真实形状；等积投影保留真实面积；等距投影则是一种折中的方式。

3）按投影面位置分为：正轴、横轴、斜轴。

我国常用的地图投影：

Albers 正轴等积圆锥，常用于中国全图（南海诸岛作插图）
Lambert 正轴等角圆锥，常用于我国大部分省区图（海南除外）
Gasuss-Kruger（Transverse Mercator），常用于我国基本比例尺地形图（除1：100万外）
Mercator 正轴等角圆柱，常用于海上小于50万的地形图、海南省省区图

更多有趣的地图投影详见：地图投影小知识

（4）比例尺

制图时需要将制图区域按照一定的比例缩小表示，这就是地图比例尺。简单来说，比例尺就是图上距离与实地距离之比。根据地图投影的变形情况，可以分为主比例尺和局部比例尺。当制图区域非常大、地图投影非常复杂时，比例尺指的则是进行地图投影时对地球半径缩小的比率，通常成为地图主比例尺，也是指在投影面上没有变形的点或线上的比例尺。

2. 地理要素

地理要素作为地图的主要构成部分，客观反映了地表上各种地物的情况，是地图内容定向的基础。依构成地图的内容可以划分为自然要素和人文要素两个部分。

自然要素

反映制图区域地表的自然地理情况，具有相对稳定、变化较小的特点，主要包括地形、水系水域、土质和植被等。

人文要素

反映了人类活动的情况，更新快，现势性强，主要包括境界线、居民点、交通网等。

3. 整饰要素

地图除了地图本身，还有一些地图有关的说明、帮助读图用图的附加信息，如图名、图号、图例、注记、格网、指北针、定位图、图表、文字说明等，称为整饰要素。

图名

帮助读者了解地图表达的内容，是必备的。极少数情况下，图例可以清楚地描述地图所显示内容时，地图名称会省略。

图号

像一些系列地图、地图集，需要进行分幅编号，如我国的国家基本地形图。

图例

地图上所使用符号的解释说明。有时符号代表的含义可能并不直观，所以需要提供足够的信息来确保地图不会被误读。

指北针

指北针指示地图的方向，一般放在地图的左上角或右上角。方向明确的地图（例如中国范围的地图），可以省略指北针，不表达指北针的图默认图廓北方指向北。

中小比例尺地形图通常要求绘制三北方向，即：真北、磁北和坐标北。绘制三北指北针后，真北和坐标北的方向会自动计算绘出，磁偏角则需要自己输入测量好的磁偏角.磁偏角的角度为正时表示东偏，为负时表示西偏。

定位图

一种通过显示制图区域所在位置来表达地图比例的可视化方式。

文字说明

包括信息、生产信息、审图信息等。

信息

需交代地图数据来源。

生产信息

应包含作者或者制图的简要说明、制作日期或地图显示信息的日期，制图方法或地图投影、地图版权等作为可选项。

无论如何，整饰要素是为了帮助读者更好识图、判图的，每个地图不是都必须配置这些要素的，最重要的是地图必须清楚地讲述它的故事。

参考资料：

1. 新编地图学教程（第三版），毛赞猷，朱良等，ISBN 978-7-04-046268-5。

2. ICSM：About | Intergovernmental Committee on Surveying and Mapping。

3. Tomáš Bayer associate professor 个人博客：Projection analysis。

4. 百度百科-地图投影：地图投影_百度百科。

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