以下文章来源于经纬石旁话遥测 ，作者王家耀
本文改编自学术论文《地图科学技术：由数字化到智能化》
已刊载于《武汉大学学报·信息科学版》2022年第12期
王家耀1
1. 河南省时空大数据产业技术研究院，河南，郑州，450046
王家耀
教授，中国工程院院士，研究方向为地图学与地理信息系统。wrongpu@163.com
摘 要
首先论述了地图学家和地图制图工程师们是怎样通过数据、大数据、时空大数据来改变自己的思维方式和工作方式, 并由此推动地图科学进入以“数据密集型计算”为特征的“第四科学范式”新时代；接着, 通过国家基础测绘地图产品（4D）数字化转型成果的功能和作用及其特性（一览性、解析性、知识性、基础性、表示内容的广泛性、表示对象的外拓性和时序性等）分析、非国家基础测绘地图产品的多样化和个性化进展、地图集“设计→编绘→出版”一体化数字化转型及2021年出版的有代表性地图集的介绍和特色分析, 认为地图（集）“设计→编绘→出版”全过程数字化转型取得了标志性成果；第三, 以地图制图综合“百年国际难题”的智能化突破、地图（集）“设计→编绘→出版”全过程由数字化到智能化的优化升级的深化研究为例, 总结了人工智能时代地图制图综合研究四个演进过程、难点和关键技术的突破, 深入分析了地图（集）“设计→编绘→生产”全过程由数字化到智能化的研究现状和需要进一步研究的问题。
引 用
王家耀. 地图科学技术：由数字化到智能化[J]. 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2022, 47(12): 1963-1977. doi: 10.13203/j.whugis20220780
地图是公认的国际上三大通用语言（绘画、音乐、地图）之一, 是诠释世界的杰作, 是浓缩历史的经典, 是重构非线性复杂地理世界的最佳形式, 是人们工作、学习和生活不可缺少的科学工具, 是任何社会任何时期都不可能没有的。今天, 地图的社会影响力比历史上任何时期都要强大, 这绝不是“言过其实”。
地图学是一门有着几乎和世界最早的文明同样悠久历史的古老的科学, 地图学又是一门充满生机与活力的科学, 在长期的人类社会实践、生产实践和科学实践的基础上形成和发展起来, 有着强大的生命力。如今, 地图学已经成为跨越时间和空间、跨越自然和人文、跨越技术和工程的科学。数据、大数据、时空大数据已经彻底改变了地图学家和地图设计师们的思维和工作方式, 作为地图学最终产出的地图（集）产品“设计→编绘→出版”全过程的数字化转型已经实现, 并在服务国家战略和满足社会大众化个性化需求方面发挥了重要作用, 地图哲学引领和人工智能推动的地图科学新时代已经到来, 并取得了一系列成果, 地图科学技术已经进入以“数据密集型计算”为特征的科学范式发展阶段, 地图（集）产品“设计→编绘→出版”全过程正在实现由“数字化”到“智能化”的优化升级, 必将成就一大批理论、技术、工程成果并更好地服务国家战略和社会多样化需求。
1 时空大数据彻底改变了地图学家和地图（集）制图工程师们的思维方式和工作方式
地图学在其长期发展过程中, 总体上经历了“图形思维”到“时空大数据思维”和“图形资料处理工作方式”到“时空大数据处理工作方式”的根本性转变。
在手工地图制图时代, 对于普通地图制图, 地图制图工程师们面对的主要是图形符号形式的纸质地图资料, 通过视觉感知、人脑心象、记忆和思维等地图空间认知过程, 最后做出判断并指导自己的地图制图操作行为, 完成地图制图任务；对于专题地图制图, 地图制图工程师面对的是相关专题文献资料和统计数据, 经过处理后以专题地图表示方法表示, 或对统计数据进行分类（级）处理, 并以相应表示方法表示。
在计算机数字地图制图时代, 初期是基于纸质地图数字化数据和符号绘图程序, 由计算机可视化再现图形符号地图, 而专题地图各种表示方法经程序化后, 计算机也易于绘制出来, 处于计算机数字地图制图原理的验证阶段。后来采用地图数字化方法建立了各种比例尺地图数据库, 地图制图工程师就自然想到能不能基于较大比例尺地图数据采用计算机自动制图综合方法来编绘较小比例尺地图?能不能用计算机制图综合方法自动生成各种较小比例尺地图数据库?这就开启了基于地图数据库的自动制图综合数学方法研究, 同时, 各种社会经济统计数据也越来越多, 对专题地图数据处理的数学模型研究提出了新的要求。正是在这样的背景下, 数据处理成为了地图制图的核心, 数据开始改变地图学家和地图制图工程师们的思维方式和工作方式。
大数据时代的到来加快了地图学家和地图制图工程师的思维和工作方式变革的进程, 为人类社会创造了前所未有的可量化的维度, 地球表层的几何特征、物理特征和属性特征, 所有物理设施、系统、大气、水质、环境等等, 都成了可被感知、记录、存储和分析的大规模海量数据, 几乎没有什么大数据是不需要和不可以同地理空间数据集成融合并实时动态可视化的。大数据的巨量性（Volume）、多样性（Variety）、低值性（Value）和快速性（Velocity）等特性, 常常超出了以往数据库管理软件和传统数据处理技术在可接受的时间内获取、管理、检索、分析、挖掘和可视化的能力。伴随着大数据时代到来的前所未有的可量化的维度, 对地图学家和地图制图工程师而言, 一方面, 为计算机数字地图制图数据源提供了无限广阔的空间, 更好地服务国家战略和社会大众化多样化需求；另一方面, 也对大规模海量多源数据的存储管理、集成融合、分析挖掘与知识发现提出了新的更高的要求, 开启地图（集）“设计→编绘→出版”由数字化到智能化的优化升级是顺应时代之大势。
时空大数据的提出为彻底改变地图学家和地图（集）制图工程师们的思维方式和工作方式提供了核心驱动力。基于哲学时空观和社会管理治理现代化、作战指挥和军事行动信息化、非线性复杂地理世界科学可视化等需求的时空大数据, 兼顾了大数据与时空数据的特点, 具有位置、时间、属性、多维、尺度、分辨率、多源、巨量性、价值隐含性和快速性（处理）等特性, 这些都对基于位置、时间、属性等多维数据的降维处理、多尺度、多分辨率数据的变换处理、多源异构数据的融合处理、大规模海量数据的存储管理、数据挖掘与知识发现、时空大数据可视化设计、数据处理的速度（事前而非事后）等, 提出了新的更高的要求, 数学方法的应用成为常态, 地图科学已进入以“数据密集型计算”为特征的“第四科学范式”新时代。
地图学家与地图制图工程师们思维方式和工作方式的变革, 对当今地图科学的发展具有极其深刻和深远的影响。正如马克思所说, “一种科学只有成功运用数学时, 才算达到完善的地步。”当今的地图学已经达到了“成功地运用数学的水平”, 故称之为“地图科学”。
2 地图（集）产品“设计→编绘→出版”全过程数字化转型取得了标志性成果
时空大数据时代, 数字化转型是世界科学革命和产业变革的需要。地图科学技术自20世纪80年代采用个人计算机数字地图制图技术, 到20世纪90年代开始进入网络化地图制图阶段, 直到进入21世纪的智能化地图制图的新时代, 地图产品的“设计→编绘→出版”全过程数字化转型取得了标志性成果。
2.1
国家基础测绘地图产品数字化转型成果的不可替代性
基础测绘, 指为国民经济和社会发展以及为国家各个部门和各项专业测绘提供基础地理信息而实施测绘的总称。基础测绘地图产品, 即通常所说的4D产品, 是基础测绘的标志性成果之一, 也是基础测绘数字化转型的标志性成果之一。
2.1.1
基于全数字摄影测量系统和全数字地图制图系统的4D产品及其功能与作用
尽管4D产品是学界和业界都很熟悉的, 但今天仍有必要重新认识。
1）数字线划图（digital line graphic, DLG）, 指与原纸介质线划地图基本一致的地图各要素的矢量数据集, 且保持各要素的空间分布、空间关系和相关属性信息, 是4D产品中最基本的一种地图。其地理要素内容、分幅（拼幅）、投影、精度、坐标系统等与同比例尺地形图一致, 任意缩放均不变形, 可输出同比例尺纸介质地图和3D打印彩色立体地图；在地理信息系统（GISystem）中, DLG能方便地进行数据提取显示、放大漫游、查询检索、量测分析和辅助决策；DLG中的部分基础要素可作为数字正射影像地图中的线划地形要素, 还可作为各种专题地图的地理底图。
2）数字高程模型（digital elevation model, DEM）, 指通过数量有限的地形高程数据实现对地形的数字化模拟, 即表示某区域D上地形的三维向量的有限序列{Vi=(Xi，Yi，Zi)，i=1，2…n}, 其中(Xi，Yi)∈D是平面坐标, Zi是(Xi, Yi) 对应的高程。高程数据集可按栅格（格网）、等高线或断面线进行组织。DEM分为不规划三角网（triangulated irregular network, TIN）和规则格网（DEM）, 而且可以进行从不规则三角网TIN到规则格网DEM的转换。TIN特别是顾及地形特征线的TIN, 具有很高的精度和逼真度；规则格网DEM数据结构最简单、应用最广泛, 可用于地形三维显示, 制作透视图和断面图, 进行工程土石方、表面覆盖面积计算, 用于与高程相关的地貌形态分析、通视分析、洪水淹没范围分析, 是GISystem地形分析的基础。
3）数字正射影像地图（ditital orthophoto map, DOM）, 指利用DEM对经过扫描处理的数字化航天航空摄影像片进行逐像元投影差改正、镶嵌, 按国家基本比例尺地形图范围裁剪生成的数字正射影像数据集, 还可叠加必要的线划地理要素和地名注记, 是同时具有地图几何精度及影像特征的图像, 具有精度高、信息丰富、直观真实等特点。DOM可作为地图分析的背景控制信息, 从中提取自然资源和社会经济信息, 用于灾害防治和公共设施建设规划；可从中提取和派生新的信息, 用于地图修测更新；还可用于土地利用调查；与其他要素叠加, 生成各种专题地图, 等等。
4）数字栅格地图（digital raster graphic, DRG）, 指现有纸介质地形图经计算机处理后得到的栅格数据文件, 是纸介质地形图的栅格形式数字化产品。纸质地形图经过扫描数字化后需要几何纠正, 并进行内容更新和数据压缩处理, 彩色地图还需进行色彩校正, 以使得每幅图像的色彩基本一致。DRG在内容、几何精度和色彩方面与国家基本比例尺地形图保持一致, 可作为背景与其他空间信息关联, 用于数据采集、评价与更新, 与DEM、DOM集成还可派生出新的空间可视化产品。
长期以来, 包括西部地区测图在内的4D基础地图产品体系在国家经济建设、国防建设、科学研究、社会发展和生态保护等公益性事业领域发挥了不可替代的基础性、先行性、科学性作用, 特别是4D产品中的DLG、DEM和DOM更是发挥了国家重要战略时空信息资源的作用, 这从历年的《中国测绘地理信息产业蓝皮书》中可以查阅。
2.1.2
4D基础测绘地图产品为何具有不可替代的地位和作用
4D基础地图产品之所以具有如前所述不可替代的地位和作用, 从根本上讲是因为4D产品具有如下特性：
1）一览性。可以跨越空间（微观、中观、宏观）、一目了然无论何遮挡地一览城市的一部分、全市、全省、全国和全世界及其各要素数质量特征、空间分布和空间关系。
2）解析性。可进行地图图解分析、图解解析、快速进行地图量算（位置、表面距离、表面积、体积、坡度、坡向）和地形分析（通视分析、断面分析、缓冲区分析、路径网络分析）等。
3）知识性。从地图上可以获得各地理要素（现象）的空间分布、空间关联、相互制约的规律及各种地理要素（现象）的动态变化等方面的科学知识。
4）基础性。作为国家重要战略性基础时空信息资源, 广泛适用于国民经济建设和国防建设、科学研究和教学、作战指挥和军事行动、人们的工作和学习, 以及各部门和各专业测绘。
5）表示内容的广泛性。不仅可以表示自然地理要素, 还可以表示人文社会经济要素；不仅可以表示可见的地理要素, 还可以表示看不见的现象。
6）表示对象的外拓性。地图表达的对象已由地球扩展到月球和其他星球（深空）, 由陆地扩展到海洋（深海）, 由地球表层扩展到地球深部（深地）, 由地理世界物理空间扩展到网络空间（深蓝）。
7）时序性。地图可以跨越时间, 不仅可以表达现在, 还可以表达过去（历史）和未来（规划和预测）。
4D产品的上述特性, 从根本上讲, 是因为地图采用了科学抽象的方法（地图投影、地图符号、制图综合）。地图是人类认知地理世界的科学成果, 又是人们进一步认知地理世界和改造世界的科学工具；地图跨越时间和空间、跨越自然和社会人文；地图是诠释世界的杰作, 是浓缩历史的经典。数千年的历史证明, 地图是任何社会、任何时期都不可或缺的；4D产品是基于数字投影测量系统和数字地图制图系统生产的, 是真正的数字化产品和真正的信息化产品, 事实证明是不可被取代的, 其他任何形式的产品都是4D产品的补充, 两者之间是互补的关系, 而不是后者取代前者, 如同数字地图不可能取代纸质地图一样。
2.2
非国家基础测绘地图产品的多样化和个性化适应了信息时代的社会需求
2.2.1
非国家基础测绘地图产品多样化和个性化有了良好的开端
非国家基础测绘地图产品的多样化, 指地图上无涉密内容的地图产品表达内容的多样化和表达形式的多样化；非国家基础测绘地图产品的个性化, 指非一般大众化的地图产品, 即在大众化地图产品基础上增加用户独特、另类、拥有自己特质需要的元素, 独具一格、与众不同的一种地图产品。
2.2.2
非国家基础测绘地图产品多样化和个性化有了良好的开端
目前, 非国家基础测绘地图产品的多样化和个性化特点正在兴起。例如, “武大民生女人地图”, 以“女人”作为用户, 以“民生”作为“用户独特、另类、拥有自己特质需要的元素”, 以“武汉民生女人”关爱点为主题, 以简单的武汉地图为底图, 配合艺术设计, 反映武汉市“瑜珈”“健身”“广场舞”“口红”“美容”“美甲”“美发”“咖啡”“网红打卡摄影”“照相馆”“下午茶”“烘焙”“花店”“宝妈”“孕照”等的空间分布, 本质上讲, 是专题地图的大众化个性化扩展；再如, 面向大众制图的风格转移方法, 认为在读图时代地图成为大众语言的背景下, 地图制图专家的任务由设计地图转变为设计制图工具, 从“授人以鱼”到“授人以渔”, 提出了一种“风格转移（style transfer）”方法, 将绘画、摄影等美术作品上的个性、创意风格自动转移到地图上。采用样本学习（已积累的大量地图设计样本和个性、创意样本）的对策和用户偏好→多目标优化模型策略, 解决大众制图艺术性和科学性难平衡的困难, 通过风格提取、风格匹配、风格转移模型构建——带约束的多目标优化、模型求解等风格转移步骤, 得到支撑1对1、1对N、N对N、N对1四种风格转移模式。此外, 还有苏世亮等的专题地图制图的文化转向, 方芳[的人文地图视觉表达的探索, 黄丽娜等的基于深度学习的专题地图艺术重构, 陈业斌的博士学位论文《泛地图可视化框架构建与实证研究》, 等等。应该说, 基本上都是研究非国家基础测绘地图产品的大众化、个性化和艺术性, 力求科学性与艺术性的平衡是其出发点和落脚点。
2.3
地图集的出版形成了新的热潮
近年来, 我国地图集的出版出现了新的热潮, 理念更加现代化, 内容更加丰富, 形式更加多样化, 技术更加先进, 实现了“设计→编绘→出版”全过程数字化转型。
2.3.1
地图集具有重构非线性复杂地理系统“百科全书”的作用
从地球系统科学的角度讲, 地图集的任务是用地图科学的方法综合表达地球表层学和地理科学关于地球系统的研究成果。“地球系统科学是将地球的大气圈、水圈、岩石圈、生物圈视作一个互相作用的大系统, 研究其中的物理、化学、生物过程, 借以了解现状和过去、预见未来。”而“人与自然的相互作用以及所应采取的对策是全部工作的重心” 。地球表层学和地理科学是钱学森先生先后于1983年和1986年提出的。“地球表层的范围上至对流层的顶部, 下至岩石圈的上部, 包括非生物、生物和人, 是人类活动的场所”。地理科学是适应地理建设的中长期规划而提出的, 其对象是地理建设, 与物质建设有着千丝万缕的联系, 包括环境保护、生态建设与基础设施建设。非线性指变量之间的关系不是直线而是曲线、曲面或不确定性的属性, 是自然界复杂性的典型性质之一, 更接近客观事物性质的本身。“自然界现不完全是确定性的, 也非完全随机性的, 不存在着一些既非确定性又非纯随机性的关系, 这种关系必须用非线性科学的理论来认识”。非线性科学包括耗散结构理论、协同学理论、突变理论、混沌动力学理论、分形理论等, 都是20世纪70年代创立并发展起来的, “是研究不是线性关系的数学系统和自然现象的学科。非平衡性、非线性、多尺度性、突变性、自组织性、自相似性、有序性和随机性等是非线性理论研究和关注的焦点” 。而地图集正是采用地图科学方法重构非线性复杂地理系统的, 这里的“重构”指用地图科学的科学抽象方法将非线性复杂地理系统的全部（综合）或局部（专题）以相互联系的若干个图组的形式重现出来。所以, 地图集是具有统一的总体设计、完整的构思体系、系统的逻辑层次、有机联系的内部结构、先进的技术方法和现代艺术风格的若干图组的集合。
2.3.2
地图集的“设计→编制→出版”是一个复杂系统工程
这是由地图集重构非线性复杂地理系统所决定的。地图集的复杂系统工程特点主要表现在以下几个方面：
1）地图集的“设计→编制→出版”全过程是一个复杂系统。包括地图集设计系统、编制系统、出版系统。每个系统还包括若干个分系统, 如设计系统可分为地图集总体设计分系统、图组设计分系统、图幅设计分系统；分系统还可分为若干个子系统, 如地图集总体设计分系统可以分为总体规格设计子系统、地图投影设计子系统、地图色彩设计子系统、表示方法设计子系统, 等等。同样, 地图集编制系统、出版系统也都可以分为若干分系统、子系统。
2）构成地图集的各个图组是一个整体。这个整体是由各个图组单元组成的, 其中的每个图组又由若干图幅单元或图幅组成, 而各个图组之间、图组、图幅单元或图幅之间都是相互关联和相互制约的, 这就是地图集的系统思维。正如钱学森先生所指出的, “系统就是由许多部分所组成的整体, 所以系统的概念就是强调整体, 强调整体是由相互关联、相互制约的各个部分组成的。系统工程就是从系统的认识出发, 设计和实施一个整体, 以求达到我们所希望得到的效果” 。
3）地图集系统表达的内容和表示方法的综合协调性。这是设计和实施一个地图集整体的深层次要求, 普通地图集、专题地图集、综合性地图集等皆莫例外, 特别是综合性地图集尤其如此, 其综合协调性更加重要, 也更加复杂。因为地图集是用地图科学的方法表达地理系统, 而地理系统是一个相互联系、相互制约的整体, 系统的任何一个部分与整体之间存在着相互“映射”（Imaging）的关系。如山的高度与气候的关系、与动植物分布的关系, 植物与气候的关系, 房屋道路和当地社会经济的关系, 等等, 都是相互“映射”的。地图集的各图组、图组的图幅单元或图幅的地图内容和表示方法, 必须综合协调地表达地理系统的任何一个图组与地图集内容整体之间、图组图幅单元或图幅与图组之间的相互“映射”关系, 以保证地图集内容的科学性、完整性、综合集成性等特性。
4）地图集“设计→编制→出版”全过程的数字化转型。这是基于计算机数字地图制图技术的广泛而成功应用, 数字地图制图与出版的一体化数字化转型早已实现, 但地图集的“设计→编制→出版”是一个综合集成的系统, 特别是地图集的设计更凸显了其复杂性。随着计算机平面设计技术、多媒体技术、虚拟现实技术、时空大数据可视化设计技术、图像处理技术和互联网技术等的快速发展, 实现了地图集“设计→编制→出版”全过程的数字化转型和地图集纸质版和电子版（网络版）同时生成, 缩短了地图集“设计→编制→出版”的周期, 提高了地图集整体质量, 扩展了地图集的用户范围和应用方式, 收到了很好的社会效果。
2.3.3
近年出版的五大类有代表性的地图集
1）历史地图集
历史地图集是典型的“浓缩历史的经典”。近些年来, 国家和省（自治区、直辖市）出版了一批不同类型的高水平历史地图集。这里介绍《安徽省历史地图集·古旧地图卷（上、中、下卷）（以下简称《图集》）。
地图是人类文明的产物, 也是人类文明传承的载体。古旧老地图是非常珍贵的历史文献, 也是中华民族宝贵文化遗产。我们的祖先借助舆图扩展视野, 开疆拓土, 治理国家, 以舆图形式绘制成伟大灿烂文明的时空缩影, 直观呈现当时的疆域范围、行政区划、城市聚落、山川形胜、道路交通等状况。鉴古知今, 彰往察来, 《图集》全面梳理安徽古地图发展脉络, 深入挖掘安徽古旧地图文化, 对于追溯江淮根脉、传承江淮文明, 弘扬安徽文化、讲好安徽故事具有重要现实意义。《图集》的内容和结构编排诠释了安徽的历史发展脉络, 集成了自北宋时期至1949年中华人民共和国成立前的古旧地图339幅, 按制图区域范围和专题内容分为“觅迹江淮”“溯源安徽”“巡踪府县”“览盛八皖”4个篇章, 从宏观到微观, 以层层递进的视觉, 全方位诠释了安徽的历史发展脉络, 虽为石光片羽, 却映射出了江淮大地的前世今生。《图集》通过古旧地图形象直观的地图符号语言, 佐以历史学者简明的文字考释, 活化了历史场景, 丰富了历史内涵, 给读者展呈了一幅幅久远历史与辽阔地域融为一体的安徽历史画卷。《图集》的出版是安徽文化史和科技史上的一件盛事, 也是安徽测绘地理信息事业和历史地理研究领域的一项重大成果, 为安徽未来的区域发展提供了重要历史借鉴和参考。
2）航海与陆地跨境区域地图集
近年来, 海洋制图受到了越来越多的重视。《世界航海地图集》、《中国云南面向南亚东南亚辐射中心地图集》就是其中的代表性成果。
《世界航海地图集》是中国国内首部全面反映世界航运知识的综合性海洋地图集。该图集以“构建海洋命运共同休”作为指导思想和主线, 共设置了相互联系的4个部分：“世界风貌”彰显了大国底气和全球视野, 解读世界风貌, 反映多样化文明, 从文化社会到经济发展、从航海历史到世界港口都尽在掌握, 从自然环境到行政区划、从浩瀚大海到国家地区无所不包, 真正做到了“足不出户”即可“一览世界”；“资源环境”从地貌、能源、气象和水文等多个维度, 全面系统综合地反映了丰富的资源和复杂的环境, 为人们认识海洋生物物种多样性、极其丰富的石油和天然气资源、规模巨大的海洋渔场、取之不尽和用之不竭的海水资源和可再生资源提供了宝贵的资料；“航海保障”对于航海安全至关重要, 通过助航标志与海洋通信设施、导航设施、航海通道、海滩分布与航海资料等, 全面展示航海保障体系, 为航海相关人员决策提供信息支撑, 为海上航行保驾护航；“重点航区”包括海峡、航道、海区、港口等, 采用图文并茂形式, 详细表达了航海要塞和航区知识, 为人们认知连接各港口的航道提供了详细资料。《世界航海地图集》的出版适应了打造21世纪海上丝绸之路、构建海洋命运共同体和建设海洋强国的新形势、新任务和新要求, 是诠释国家海洋强国战略、展示海洋地理环境、传播世界海洋知识和拓展海事测绘事业影响力的杰作。
《中国·云南面向南亚东南亚辐射中心地图集》, 是为贯彻落实习近平总书记关于“把云南建设成为我国面向南亚、东南亚的辐射中心”的重要指示和国家发展和改革委员会、交通运输部联合下发的《面向南亚东南亚辐射中心综合交通运输发展规划》（2017—2030年）而设计编制的, 是一部汇集南亚东南亚地区自然资源、人口、经济、社会发展和云南与南亚东南亚国家的经济合作、互联互通及人文交流等内容的专题地图集。在内容选择上重点突出云南与南亚东南亚互联互通特色；在表示方法上采用地图、图表、专题
和文字说明相结合的形式, 详细反映制图区域特征、制图对象的空间分布格局和数质量特征、各要素间相互联系和制约关系, 全方位展示了云南作为中国面向南亚东南亚辐射中心的发展与规划, 既是一部具有历史变迁精准性、统计数据可靠性、宏观发展导向性的科学读物, 又是一本以地图为主、图文并茂, 可读性和实用性强的工具书, 对各级各部门的领导和科技工作者认知云南在“一带一路”建设中的重要地位、建设规划及云南作为面向南亚东南亚辐射中心的地理区位优势具有重要参考价值。
3）自然资源与生态环境地图集
近年各省（自治区）在该领域出版的地图集大体可以分为三类：一是省（自治区）或流域综合性自然资源地图集, 如《贵州省自然资源地图集》、《中国黄河中上游流域自然资源环境综合图集》、《泛珠三角地区地质环境综合图集》；二是专题性自然资源地图集, 如《亚洲地下水与环境图集》、《中国城市土地利用及覆盖变化图集》；三是生态保护环境污染地图集, 如《陕西省自然保护区图集》、《中国主要平原（盆地）地下水砷氟等分布与质量区划图集》、《陕西省第二次全国污染源普查排放量图集》, 等等。
《贵州省自然资源地图集》是继《陕西省自然资源地图集》（2020年）之后出版的又一部省级自然资源地图集。该图集对贵州省自然资源类型进行了科学系统的划分, 设计了7个图组, 充分反映了自然资源的地域分布特征和时空变化规律, 揭示了经济建设与人口、自然、环境之间的相互联系与内存逻辑, 展示了资源的现状、保护、利用与开发成效, 是贵州省各级党委和政府统筹推进自然资源保护和利用的重要参考书, 贵州省各级自然资源部门履行“两统一”核心职责的必备工具书, 也是专家学者、社会大众了解贵州自然资源现状、开展科学研究的权威资料。
《亚洲地下水与环境图集》遵循洲际地下水资源可持续利用和地质环境保护并重的理念, 通过地下水与环境地图时空认知思维, 反映亚洲气候、地貌、水文、地质构造、地下水形成与循环等时空信息, 从而建立地下水与环境各要素之间的有机联系, 有利于研究亚洲大陆地质环境及其时空变化规律, 为中国与亚洲各国经济社会协调发展、自然资源开发利用、水资源规划、“绿色丝路”建设提供科学依据。
《中国主要平原（盆地）地下水砷氟等分布与质量区划图集》, 以支撑服务国家解决饮水安全问题为目的, 以中国21个主要平原（盆地）为对象, 集成相关研究成果设计编纂而成, 包括3个图组。其中, 基础地质图组包括水文地质图、地下水资源图等；地下水水质单组分含量分布图组包括砷、氟、硒和典的基本指标, 硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、溶解性总固体、总硬盘、pH、铁和锰等的选择性指标系列单组分图件；地下水质量区划图组以其包含的指标不同而细分为三类, 即仅包括砷、氟、硒、碘4种或其中某几种的基本指标, 包括所有指标, 除铁、锰以外的所有指标, 在综合评价各参编指标的基础上, 按照从劣原则划分地下水的供水适宜性, 包括适宜区、较适宜区和不适宜区, 同时给出了其分布范围和宜井条件, 为解决饮水安全问题提供了重要水文地质依据。
4）文化旅游地图集
有代表性的如《陕西省文化旅游名镇地图集》[28]、《这里是重庆——每周一图地图集》[29]和《华东师范大学地图集》。
《陕西省文化旅游名镇图集》是适应新型城镇化、实施乡村振兴战略、促进城乡发展一体化而编制出版的, 由序图、红色文化旅游、历史文化旅游、生态文化旅游、塞外文化旅游等5个图组构成, 采用地图、统计图表、照片和文字相结合的表达方式, 多层次、多视角全面展示了陕西省目前确定的31个文化旅游名镇在保护修复、打造特色、文旅发展等方面的成就及其空间分布, 聚焦乡镇建设, 文化内涵厚重, 为促进统筹城乡一体化和区域经济发展、文化旅游名镇建设提供了重要参考。
《这里是重庆——每周一图地图集》以“这里是重庆”为开篇, 正文以山水、文化、生活三大篇章, 构建了一个用地图讲述重庆故事的完整体系。其中, 山水即自然, 自然孕育万物, 重庆拥有世界罕见的平行峡谷山地、长江山峡、喀斯特等神奇造化, 山水篇就是从山川、河流、地貌等专题着手详细解读了这片孕育神奇的巴渝大地；文化是山水自然的人化, 文化篇从历史、风貌、味道、传统等角度, 讲述重庆人民在与自然和谐相处的过程中衍生出来的地域文化现象；生活篇创造性地将地图与24节气相结合, 抒写时节更迭中重庆人的美好生活, 美景、美物、美事随着四季轮转而变化, 真是“春游芳草地, 夏赏绿荷池, 秋饮黄花洒, 冬吟白雪诗。”
《华东师范大学地图集》梳理总结了华东师范大学70年来在人才培养、科学研究、社会服务和文化传承等方面取得的卓越成就和重要贡献, 目的是为立足新时代潮头、迎接新历史机遇的华东师范大学沉淀“一部史料”, 提供“一个窗口”, 定义“一个起点”。作为“史料”, 该图集以图载史, 力求真实记录学校70年的发展轨迹, 传承绵长文脉, 留存永久记忆；作为“窗口”, 该图集以图叙事, 力求全方位呈现学校“育人、文明、发展”成就, 向师生校友和社会公众生动讲述“何为华东师范大学”, 成为塑造和提升学校形象的特色媒体；作为“起点”, 该图集以图立志, 面对世界百年未有之大变局和全面建设社会主义现代化国家新征程, 力求在“船到中流浪更急”的重要历史节点, 立下“而今迈步从头越”的壮志豪情, 勾勒更上一层楼的愿景蓝图。该图集致力于“新图种、新架构、新设计”的探索, 为读者奉献了一部集科学性与艺术性于一体的创新之作。真可谓“华东师范大学绵长文脉上流淌着的一朵浪花, 折射历史、透视未来”。
5）城市地图集
最近几年来, 城市地图集也引起了人们的关注, 2021年出版的《上海市地图集》、《中俄印金砖国家沿海典型城市公共安全图集》等是其中的代表。
《上海市地图集》是在喜迎中国共产党百年华诞之际出版的, 是一部集科学性与艺术性于一体的大型城市综合性地图集, 充分展现了上海这座党的诞生地和初心始发地城市的发展与社会主义现代化国际大都市的风采, 是凸显城市核心功能、彰显城市发展成就、回应社会民生关切的一张艳丽的“城市名片”。其内容紧紧围绕“迈向卓越的全球城市”的目标定位, 从“全球视野、国家担当、上海亮点”的视角出发, 通过时间、空间、主题的有机联动, 构建了点面结合、虚实相生、动静相宜的叙事化逻辑架构, 形成了“江海之汇、东方明珠”“中国门户、世界枢纽”“追求卓越、创新之都”“海纳百川、文化之城”“以人为本、宜居之地”“别样视角、百变魔都”“区域纵横、魅力申城”和“来路回望、明日畅想”等有机联系的8个篇章。从全球视野, 剪影式呈现了“世界看中国、中国看世界”的独特魅力；围绕把上海建成“国际经济、金融、贸易、航运中心”的主线, 全面呈现了上海在中国和全球城市网络中的重要结点地位和综合实力；围绕上海“加快建成具有全球影响力的科技创新中心”的目标, 系统呈现了上海建设“科创中心”的要素资源和创新创业生态；围绕上海作为“国际文化大都市”的城市性质和定位, 全面呈现了上海的红色基因和文化软实力；聚集城市生活、回应市民关切, 多角度呈现了上海打造生态宜居城市、创造高品质生活的发展成就；创新地图表达方式, 多维呈现了上海作为魔都的千姿百态；记录并展现了上海市各区的自然地理要素和社会经济要素, 全方位展示了上海的城市空间格局和城乡融合发展成就；介绍了上海的自然基础、历史发展和规划愿景, 呈现了上海取得今日成就的内在逻辑, 昭示了上海未来发展的宏伟蓝图。
《中俄印金砖国家典型沿海城市公共安全图集》, 是针对城市公共安全已成为全球气候变化、快速城市发展背景下金砖国家面临的共性问题和重要挑战, 在以中国上海、俄罗斯圣彼得堡、印度孟买等金砖国家典型沿海城市为对象开展的中俄印合作项目“金砖国家城市公共安全的地理大数据应用研究”成果的基础上编制而成。该图集设置了5个图组。概况图组, 着重表示了城市空间分布、空间格局和人口概况等；GNSS（global navigation satellite system）定位及灾害监测应用图组, 包括毫米级区域坐标框架建立、高精度GNSS定位技术和基于GNSS的上海区域灾害监测等；洪涝灾害模拟与风险评估图组重点表示了上海市中心城区暴雨内涝及风险、上海市台风—风暴潮—洪水淹没风险, 孟买不同流域的河道洪水风险评估和孟买未来气候情景下海岸洪水风险评估等；地表形变测量与稳定性评估图组, 主要表示了上海地表形变时间序列、地表形变速率、重大基础设施稳定性评估、地面沉降风险评估, 圣彼得堡地表形变时间序列、地形形变速率和重大基础设施稳定性评估等；避难所评估与疏散模型图组, 重点表示了城区避难所适宜性评价、城市应急避难所满意度评价、城市避难所区域共享评价、城市避难过程和避难所选址评估及优化模拟等。该图集选择沿海典型城市公共安全为研究对象, 主题鲜明、内容丰富、科学实用, 为政府间科技创新合作提供了实践案例, 具有示范作用。
以上介绍的有代表性地图集有许多特色。一是服务国家战略要求成为地图集选题的重要依据。服务国家战略, 就是服务国家需求, 作为地图科学技术产出的地图集充分体现了这一特色。二是面向社会广大用户为地图集提供了很大空间和潜力。一方面, 地图集已成为人们认识世界和改变世界的一种科学工具；另一方面, 地图集经过长期发展已深深扎根于社会的土壤之中。三是大数据、云计算、人工智能为地图集的繁荣发展释放了强大动能, 地图集“设计→编制→出版”的周期进一步缩短, 网上电子版地图集的传播使用效率越来越高, 受众面越来越大, 充分说明地图集产品的数字化转型是通向未来的必由之路。四是实现科学性、艺术性、实用性有机统一的“最佳”地图集可视化效果得到了很大提升, 为今后进一步提升打下很好的基础。
3 人工智能赋能地图科学技术由数字化到智能化
数字化—网络化—智能化是信息化发展的普遍规律。数字化测绘目前正在迈向智能化测绘, 地图科学技术也正在由数字化地图制图迈向智能化地图制图, 这是一项十分艰巨的任务。人工智能技术赋能地图科学技术由数字化到智能化的优化升级, 反之, 地图科学技术由数字化到智能化的优化升级也将使人工智能技术研究更加丰富和深化。所以, 本质上是“双向赋能”。
人工智能地图制图由数字化到智能化的优化升级, 地图制图综合智能化实现是一个典型的例子, 而地图特别是地图集“设计→编制→出版”全过程数字化到智能化要复杂得多, 还有许多问题需要研究。
3.1
地图制图综合智能化的重大突破
3.1.1
地图制图综合的演进过程
地图制图综合这个概念由德国地图学家艾克尔特于1921年提出, 至今经历了4个发展阶段：一是由认为地图制图综合是“主观过程”到认为地图制图综合是“客观的科学方法”；二是由地图制图综合的“定性描述”到地图制图综合的“定量描述”；三是由“基于模型的地图制图综合”到“基于模型、算法、规则、知识的数字地图制图综合”；四是由基于“单要素、单一过程的地图制图综合”到“基于‘综合链’的全要素、全过程的过程与质量控制的地图制图综合”。最终解决了由手工模拟地图制图综合到计算机数字地图制图综合的转变, 进而解决了由地图制图综合的数字化到智能化的优化升级。
3.1.2
地图制图综合演进过程中所要解决的难题
地图制图综合之所以被国际地图学界称之为“国际难题”, 就是因为在其演进过程中有一系列业外人士所不知的难以解决的问题。当艾克尔特提出地图制图综合这个概念时, 认为制图综合是制图者主观的行为, 没有什么规律可循, 称之为“主观过程”；前苏联著名地图学家K.A.萨里谢夫认为地图制图综合是有客观规律可循的, 故称之为“客观的科学方法”。但到底是怎样由无规律可循到有规律可循的呢?经过数十年的研究, 在地图制图综合的概念内涵、制图综合的原理和方法研究方面取得了进展, 但基本上都是描述性的, 如表示主要的、舍去次要的, 等等, 故称之为“定性描述”。“定性描述”容易导致制图综合作业过程中理解不一、难以掌握, 所以学界和业界都期盼着把“定性描述”转变为“定量描述”。但怎样实现制图综合由“定性描述”到“定量描述”呢?因为这个时期正值计算机兴起和统计学广泛应用, 地图制图学领域也出现统计学方法应用的研究, 推进了地图制图综合量化的进程, 而且地图制图综合的这种量化进程一直在持续, 从制图综合指标（选取多少、选取哪些）的量化到不同比例尺地图上要素图形之间的相似性度量（相似性关系的量化）。地图制图综合的定量描述为“基于模型的地图制图综合”提供了的初步条件, 即手工地图制图综合更加科学化, 也促使人们利用计算机进行制图综合的探索；但是, 地图制图综合远远不只是制图要素对象的选取问题, 更深层次的还涉及数质量特征概括、图形化简、各要素相互关系处理, 特别是计算机图形识别, 只有识别了地图图形特征, 才能作出制图综合的决策, 正是在这种情况下, 学者们下大力气研究了一系列针对不同制图要素、不同制图综合方法的模型、算法、知识（规则也是知识）, 实现了由“基于模型的地图制图综合”到“基于模型、算法、知识的数字地图制图综合”的转变。实际上, 计算机数字地图制图综合研究一直是针对单要素、单过程的, 而地图制图综合要解决的是全要素、全过程问题, 包括质量评估在内的完整系统工程, 在全要素、全过程的情况下模型、算法、知识如何调用和协同, 制图综合过程和质量怎样控制等, 这就引起了人们的关注, 并创造性地提出了“制图综合链”的新概念, 并研究和实践了“基于综合链的制图综合过程的智能化控制” , 提出了地图自动制图综合的质量评估模型, 研发了智能化地图制图综合系统并进行了实践应用, 实现了针对“单要素、单一过程的地图制图综合”到“基于‘综合链’的全要素、全过程的过程控制与质量控制的地图制图综合”智能化的转变。所以, 地图由大比例尺到小比例尺的变换, 并不是有人说的简单“缩绘”, 地图制图综合过程是十分复杂的, 是该领域几代人一步一个脚印地实践、总结、探索和创新的过程。
3.1.3
地图制图综合由数字化到智能化的突破
按照“综合前、综合过程中、综合后”的过程和“空间关系定量计算→空间分布特征识别→制图综合过程控制→地图数据库生成与级联更新→综合质量评价”的思路, 地图制图综合这个“国际难题”终于在21世纪的20年代获得重大突破。主要表现在：一是提出多尺度地图目标空间关系定量计算的基础理论和描述模式, 解决了如何保持各种比例尺地图内容与现实地理世界的适应性和多尺度地图之间图形关系的相似性问题；二是创建了地图信息度量准则, 发展了地图内容图形空间分布模式（特征）的识别方法, 研究了地图信息变化发现的系列算法, 解决了地图要素空间形态特征和分布结构模式的识别及变化要素检测和提取问题；三是创新性提出地图自动“综合链”理论、可视可编辑的过程控制模型及质量评价模型, 解决了地图制图综合过程控制策略与方法及综合质量评价难题；四是研制了自主可控的全要素、全过程、多尺度地图自动综合与级联更新软件平台及应用系统, 解决了多尺度矢量地图数据库建库人工操作繁重、资源耗费巨大、建库与更新周期长的问题。
3.2
地图集“设计→编绘→出版”全过程由数字化到智能化的优化升级尚需重点深化研究
已于前述, 地图集“设计→编绘→出版”全过程作为一个复杂系统工程, 实现由数字化到智能化的优化升级还有一些问题需要深化研究。
在智能化地图（集）“设计→编绘→出版”全过程复杂系统中, 智能化地图（集）设计系统在很大程度上决定着地图（集）的质量和水平, 包括地图（集）总体设计、地图投影设计、地图符号设计、地图色彩设计和地图内容表示方法设计等。其中, 智能化地图投影设计和地图色彩设计相对比较成熟, 可参考文献[2, 5, 50-53]。
3.2.1
地图（集）总体设计的智能化
地图（集）总体设计指创作新地图（集）的总体方案设计, 是针对非国家系列比例尺地图的, 如小比例尺地理挂图、各类地图集等。相比较而言, 各类地图集的总体设计要比小比例尺地理挂图的总体设计复杂得多。地图（集）总体设计的智能化涉及的不确定性因素很多, 例如长期积累的地图（集）总体设计经验要抽象成可以形式化描述的知识、知识库及基于知识库的推理机制；地图（集）总体设计的各个环节和内容要形成能让计算机执行的线性或并行逻辑框架, 等等。所以, 要重点研究以下两个问题：
1）必须有一个符合逻辑的地图（集）总体设计流程
地图（集）总体设计流程很重要, 否则计算机无法执行, 更不用说智能化了。地图（集）的类型和使用方式很复杂, 特别是地图类型很多。相对而言, 地图集的总体设计要比地理挂图的总体设计复杂得多, 难度也大得多, 而地图集又区分为普通地图集、专题地图集和综合性地图集, 要分门另类地研究各自的地图集总体设计流程, 从中找出普遍性即共性和特殊性即个性的东西, 研究基形式化描述, 这对地图集总体设计智能化研究是最基础的。
2）必须有一个地图（集）总体设计的知识库和推理机制
即从大量的地图集总体设计经验中抽象提炼出知识, 给出计算机可存储的知识的形式化描述, 建立知识库, 研究基于总体设计知识库的推理机制。地图集总体设计的知识包括总体设计中有关对象及概念的说明性知识, 有关对象、行为及状态的规则性知识, 有关过程的过程性知识, 以及模糊性（不确定性）知识。要针对不同类型的知识, 研究不同的表示方法, 即形式化描述和推理机制。鉴于地图（集）总体设计难度很大, 在实现过程中可采用逐步推进的方法, 先着手计算机辅助地图（集）总体设计, 而在研究和实际应用中逐步提高智能化程度；先着手单幅（或多拼幅）小比例尺地理挂图的计算机辅助设计及其智能化, 而后逐步推进到地图集的计算机辅助总体设计及其智能化。
3.2.2
地图（集）符号设计的智能化
智能化地图（集）符号设计是一个复杂的问题, 系统论方法是地图（集）符号设计的基本方法, 因为地图（集）符号本身就是一个系统, 即地图（集）符号系统。为此, 要研究以下几个问题：
1）影响地图（集）符号设计的因素分析
主要包括地图（集）内容（首先要考虑的因素）；地图（集）资料（数据）特性（维数——点、线、面状分布, 测度水平——量表方法, 信息单元结构层次）；地图使用要示——地图的人文因素；地图视觉感受效果或感受水平（整体感、等级感、数量感、质量感、动态感、立体感）；地图符号的视觉变量（形状变量、尺寸变量、方向变量、亮度变量、密度变量、色彩变量等）；心理学感受规律（轮廓与主观轮廓、目标与背景、视觉恒常性、视错觉等）；传统的联想与标准（如蓝色与水的联想、绿色与植被的联想、线红色等值线与高温的联想及各种蓝色与低温待值线的联想, 等等）。
2）面向用户多样性的自适应地图（集）符号设计
面向用户群的自适应地图（集）符号设计, 是以用户模型和知识推理为基础, 具有地图符号的自组织、自调整、自表达和自导航能力的地图（集）符号设计, 是以用户为核心的。
自适应地图（集）符号设计是服务于地图可视化的, 主要研究以下问题：
1）自适应地图符号模型构建。是对现有地图符号模型（如图元参数模型和基于SVG（scalable vector graphics）的描述模型）的继承、改进和发展, 分为概念模型、逻辑模型和物理模型3个层次。自适应地图符号模型的实现采用树状结构, 通过对地物类别的不断分类组成自适应地图符号树。
2）自适应地图符号库的设计。是自适应地图（集）可视化系统的核心, 关键是确定实体和属性及它们之间的关系。自适应地图符号库中的实体及其属性包括地图符号类、地图符号集合、地图符号对象和用户类型。地图符号类是自适应地图符号树中的一个节点对象, 它又包括子节点、子节点继承父节点的属性；地图符号集合属于某一特定的地图符号类, 同时也是自适性地图符号库中的一个实体；地图符号对象指自适应地图符号库中存储的概念上独立存在的对象, 包括地图符号描述、符号配置定义和图形（几何）数据, 三者都是地图符号的属性；用户类型是自适应地图符号库中的实体之一, 包括用户类型标识和简单描述。
3）自适应地图符号编辑器的设计。旨在使地图用户能够在自适应地图符号库的基础上, 方便地制作出个性化的地图符号, 且能对其进行改进。用户认知测试的过程就是地图符号标准化和个性化之间互相转化的自适应过程, 即自适应地图符号库不断自我完善的过程。所以自适应地图符号编辑器是实现地图符号的标准化和个性化统一必不可少的工具。
4）自适应地图符号用户认知信息的获取。指从认知学的角度, 首先根据用户的类别, 在对大量用户进行调查分析的基础上, 利用自适应地图符号系统提供给用户更换表达实体的地图符号的功能, 并按所属用户类别对表达该地物实体的地图符号集合中的各个地图符号使用频率的降序顺序推荐给用户, 以使用户花尽可能少的时间来确定最适应个性化需求的地图符号, 或利用自适应地图符号编辑器设计所需个性化地图符号, 将用户设计的个性化地图符号上传到自适应地图符号库, 即可获得地图用户的符号认知信息。
5）自适应地图符号系统的设计。指在前述各项研究的基础上, 进行总体设计和功能模块设计。前者应着重研究基于网络的系统架构、地图符号模板、个性化地图符号处理、地图符号匹配推荐算法等对地图符号系统有重要影响的问题；后者由地图符号库引擎、地图符号配置及其保存、地图符号编辑、地图符号用户认知信息获取及数据挖掘与知识发现等5个功能模块。
3.3
智能化地图（集）内容表示方法设计
3.3.1
地图内容表示方法设计的复杂性
地图（集）内容表示方法是一个很复杂的问题, 随地图（集）类型的不同而各有所异。地理图（比例尺小于1∶100万的普通地图）, 由于没有统一的规范图式符号系统等, 需要进行地图内容表示方法的设计；专题地图由于其内容和形式多种多样, 包括自然的、社会经济的及其他方面的, 其表示内容的专门性、制图数据的特殊性和内容概括程度的差异性, 也需要进行表示方法的设计；地图集就其表达的内容分为普通地图集、专题地图集和综合性地图集, 就其用途可分为教学地图集、参考地图集、军事地图集、文化旅游地图集等, 就其制图区域可分为世界地图集、大洲（洋）地图集、国家地图集、区域地图集、城市地图集等, 其表示方法设计难度也更大, 更需要研究表示方法设计的智能化。
3.3.2
顾及共性和个性的地图（集）内容表示方法的设计
基于前述, 地图（集）类型及其使用方式的差异性决定了其内容表示方法设计的复杂性, 但总可以找出其共性和个性。
就地图（集）内容表示方法设计的共性问题而言, 主要是影响地图（集）内容表示方法的因素, 包括地图（集）内容要素、内容表示的层次等级、地图的用色数、制图资料（数据）特性等, 要遵循表示方法与选题内容及其指标相适应的原则、表示方法的联系性与可比性原则、表示方法的艺术性易读性与科学性相统一的原则、表示方法的视觉平面层次与地图内容主次层次相一致的原则、表示方法的继承与创新相结合的原则等。
就地图（集）内容表示方法设计的个性问题而言, 实际上是地图（集）内容表示方法设计必须考虑的特殊性问题, 主要指地图（集）的类型和使用方式的差异性对表示方法设计的影响, 不同类型的地图（集）（如普通地图集、专题地图集、综合性地图集）、不同使用方式和用途的地图（集）（如墙上挂图、桌面用图（集）、教学地图（集）、文旅地图（集）, 等等）, 对其内容表示方法的要求是有差别的, 应深入研究其特殊性和个性化要求。
搞清地图（集）内容表示方法的复杂性及其共性（普遍性）与个性（特殊性）, 对于地图（集）内容表示方法的知识总结、知识表示和知识库建立及基于知识的推理具有重要作用和意义。
3.3.3
智能化地图（集）内容表示方法设计的知识类型、知识表示和知识库
3.3.3.1
知识分类及知识体系构建
由于地图（集）类型的复杂多样性, 其内容表示方法知识的分类及知识体系构建对表示方法设计方案的设计十分重要。因为地图（集）内容表示方法的基础主要是普通地图和专题地图, 无论什么类型的地图（集）, 其内容无非是普通地图的自然地理要素（现象）和社会经济要素、专题地图的专题要素（自然地理专题要素和社会经济专题要素）。所以, 应把重点放在普通地图和专题地图内容表示方法的知识分类和知识体系的构架上。
1）普通地图内容表示方法知识类。这类地图常以单幅图、多幅拼接图、图集等形式出现, 可以张挂使用, 也可桌面阅读。其内容表示方法知识可归纳为：（1）自然地理要素表示方法类知识, 包括水系要素表示方法知识（海洋要素表示方法和陆地水系要素表示方法）, 地貌要素表示方法知识（等高线法、分层设色法、晕渲法、地貌符号）, 土质植被要素表示方法知识（地表覆盖土质表示法、植被数质量特征表示法）。（2）社会经济要素表示方法类知识, 包括居民地要素表示方法知识（位置表示法、形状表示法、类型表示法、人口数表示法、行政等级表示法等）, 交通运输网要素表示方法知识（陆地交通表示法、水路交通表示法、空中交通表示法、管线运输表示法等）, 境界表示方法知识（政治区划界表示法、行政区划界表示法）。（3）独立地物表示方法类知识, 主要包括工业、农业、历史文化、地形及其他标志等表示法知识。
2）专题地图内容表示方法知识类。专题地图的基本类型可根据内容的专门性、表示数据的特征及内容的概括程度等标志进行分类, 其内容表示方法知识类型分为：（1）专题地图类型知识, 包括自然要素（现象）地图类知识（普通自然要素现象地图知识、地质图知识、地球物理图知识、地势图知识、气象和气候图知识、海洋图知识、水文图知识、土壤图知识、植被图知识、动物图知识, 等等）, 社会经济要素现象地图类知识（政治行政区划图知识、人口图知识、经济地图知识、历史地图知识、文化地图知识、大众化个性化地图知识, 等等）, 地理底图要素知识（专题地图类型、内容主题要求与地理底图要素的关系）。（2）专题地图要素（现象）表示层次等级的知识, 包括专题地图内容表示的视觉感受平面层次的知识（专题内容层次、地理底图层次, 其中专题内容复杂时可分为两个层次）, 专题内容要素分类表示的知识（分类的数学方法知识）, 专题内容要素表示等级的知识（等级数和分级界线确定的数学方法知识）。（3）专题地图要素（现象）表示方法的知识, 包括各种表示方法的内涵知识（定点符号法、线状符号法、质底法、等值线法、范围法、点值法、动线法、等值区域法、分区统计图表法、金字塔图表法、三角形图表法、线状图表法、放射线图表法、圆（扇）形图表法、等值图块图表法等）, 形状与色彩知识, 尺寸与亮度知识, 配置知识, 表示方法选择的规则知识, 各种表示方法联合运用的知识, 等等。（4）专题地图要素（现象）表示方法对视觉变量要求的知识, 包括点符表示方法（定性点符、顺序点符、定量点符、多元定量点符等）对视觉变量要求的知识, 线符表示方法对视觉变量要求的知识, 面符表示方法（定性面符、顺序面符、定量面签等）对视觉变量要求的知识, 等等。
基于上述普通地图和专题地图内容表示方法知识的分类（大类、类、子类、实体）, 可以采用知识组合（组装）的方法, 形成地图集（普通地图集、专题地图集、综合地图集）内容表示方法的知识类, 并可采用由大类到类到子类到实体的逐步细化的方法构建一个科学实用的地图内容表示方法的知识体系结构。
3.3.3.2
知识表示和知识库
1）知识表示。可根据知识的特点, 分别采用地图制图知识的产生式规则、语义网络、谓词逻辑等表示方法来表示。对于具有“条件, 结论”特点的知识, 可采用产生式规则表示法；对于具有公式形式特点的知识, 可采用谓词逻辑表示法。
2）知识库构建。将前述包括普通地图表示方法知识类、专题地图表示方法知识类及二者组合形成的地图集内容表示方法知识类的地图（集）表示方法知识体系结构, 形式化和程序化并构建知识库, 以进行知识管理和基于知识的推理。
4 结语
经过几代地图人的努力, 在计算机科学技术、人工智能科学技术和数据科学技术的推动下, 中国地图人彻底改变了自己的思维方式和工作方式, 地图科学技术已进入以“数据密集型计算”为特征的科学范式时代, 地图制图综合“百年国际难题”实现了重大突破, 国家基础测绘地图产品数字化转型标志性成果的不可替代性地位和作用更加巩固, 并深深扎根于社会的土壤之中, 非基础测绘地图产品的大众化和个性化反映并满足了当今社会的多样化需求, 作为重构非线性复杂地理世界“百科全书”的地图集的“设计-编绘-出版”全过程数字化转型基本实现并形成了新的热潮, 并正朝着由数字化到智能化的方向发展, 人工智能赋能的地图科学发展迎来了前所未有的新局面。现在, 我们可以更加自信地说：地图是诠释世界的杰作, 是浓缩历史的经典, 是任何社会、任何时期都不可能或缺的；地图学是跨越时间和空间的科学, 跨越自然和社会人文的科学, 跨越技术与工程的科学。
转自：“测绘学术资讯”微信公众号
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