地圖背后的奧妙

李功發(fā)

當你使用地圖時，有沒有想過你手里的地圖是否準確？它會不會把你引入歧途？在人們的心目中，地圖最能如實地反映這個世界，它是值得信賴的幫手。但仔細觀察地圖，你也許就會發(fā)現(xiàn)“差錯”，不加解釋的話，甚至可能動搖你對地圖的信任。

有時地圖上顯示出一條弧形線路，而你實際去走一趟，卻發(fā)現(xiàn)那是一條直線。同一塊陸地在不同的地圖上被繪成了不同的形狀，比如，南美洲地圖上的南美大陸要比世界地圖上的豐滿;世界地圖上的俄羅斯寬而扁，而在俄羅斯國家地圖上，它卻像一個兩頭上翹的弧形。難道這些地圖有問題？

并非地圖有問題。這些讓你困惑的現(xiàn)象牽涉制作地圖過程中的方方面面，測量、數(shù)據(jù)處理、繪制，還有地圖的用途等地圖背后的奧妙。

曲面的地球

現(xiàn)在假設(shè)半個西瓜是北半球，把它挖空，再把它拍平在一個桌面上。瓜皮必然變形、開裂，那些原本連在一起的花紋也分離了。設(shè)想瓜皮的花紋是地球表面的海岸線、國家邊界、道路、河流、山脈，當它們被迫在平面上表現(xiàn)出來的時候，就失真了。所以說平面的地圖是沒有完全準確的。不管你的測量多么準，都不可能在平面上準確地重現(xiàn)曲面的大地。要想把曲面展現(xiàn)在平面上，有專門的方法，地圖專家稱之為“投影”。

為了滿足不同地區(qū)、不同用途的地圖的要求，需使用不同的投影法。有史以來，地圖專家已經(jīng)發(fā)明了300多種投影法。用不同的投影法得到的地表形狀也不盡相同。

每個環(huán)節(jié)都可能產(chǎn)生誤差

制作地圖是一個浩繁的工程，從測量、收集數(shù)據(jù)到處理數(shù)據(jù)，再到繪制，其間無論是設(shè)備、數(shù)據(jù)，還是人的操作，每個環(huán)節(jié)都有可能產(chǎn)生誤差。

實地測量時，風可能吹動了儀器，使其角度發(fā)生偏離?？諝饷芏炔痪鶆?，則會使光線發(fā)生偏折。在沙漠中測量時，工作人員會盡量避開中午這段時間，因為中午氣溫高，空氣對流劇烈，光線偏折較大。

航空拍攝時，也會產(chǎn)生一些誤差。我們看地圖，絕大多數(shù)是從空中俯瞰大地的視覺感受，看圖的人就好像從飛機或者衛(wèi)星上看下來。當你專注于垂直下方的一小塊地區(qū)時，可以認為誤差很小;而當你看向斜下方時，再加上地表是曲面的，誤差就產(chǎn)生了。航空攝影獲得的圖像就含有這種誤差，所以必須經(jīng)過處理才能用于繪圖。

最好的儀器設(shè)備本身也會有誤差。就連GPS（全球定位系統(tǒng)）也避免不了衛(wèi)星軌道不夠精確等因素，而影響了測量精度。

如果下一次測量時采用上一次測量的數(shù)據(jù)或者經(jīng)過計算、處理的數(shù)據(jù)，就可能出現(xiàn)誤差累積，精度會越來越低。

不過，在測繪過程中，專業(yè)人員都明白存在這些誤差，所以會采取各種手段糾正誤差。測繪發(fā)展的歷史，就是減少誤差的歷史。

地圖各有用途

作為一個地圖使用者，也許你認為地圖越精確翔實越好。然而，事實上，地圖既不可能絕對準確，也不見得有這個必要。每張地圖都有一些特定的用途。一張地圖只要滿足了特定的需要，它就是好地圖。

一般的觀光客需要了解公共交通、名勝景點或商店的位置，用城區(qū)交通圖或景點游覽圖就足夠了。這一類地圖強調(diào)示意性，而不強調(diào)比例真實。例如有的旅游景區(qū)地圖，就往往不按比例畫一塊區(qū)域的面積大小、一條道路的曲直、兩個村鎮(zhèn)之間的距離，而重在標示方位和相互關(guān)系，直接的好處就是把景點緊湊地標出來。這樣的地圖，國外旅游業(yè)用得很多，但都要注明“此圖不按比例”，以免誤導看圖者而造成麻煩。

除了景點游覽圖和交通圖，人們還需要植被分布圖、特殊用途的地形圖，甚至公共廁所分布地圖。對于女性而言，也許需要犯罪率統(tǒng)計分布圖……我們還需要地下水污染圖、濕地地圖、社區(qū)的活動地圖。2002年，英國還繪制了世界上首張噪音圖。

既然每張地圖滿足的需求不同，圖中表現(xiàn)的內(nèi)容就不一樣，精度的要求也不一樣。比如，表示地勢高低的等高線對市區(qū)交通圖就毫無意義，植被分布在公廁圖上也成了礙眼的累贅。

繪制地圖越來越難

早期的人類除了自己所在的地方，很少了解其他的地方。所以，幾乎所有古地圖的邊緣都語焉不詳。

繪圖技術(shù)在古希臘時代曾有過突破性的發(fā)展，可惜在中世紀黑暗時代停滯了。15世紀——17世紀的地理大發(fā)現(xiàn)使人們開闊了眼界，地球在人類面前逐漸顯露出整個面貌，地圖也越來越完整。當哥倫布在尋找印度的途中誤打誤撞發(fā)現(xiàn)了美洲大陸后，殖民主義者就迅速把繪圖師派往新大陸繪制地圖。

早期的美洲地圖有無數(shù)個版本，是隨著殖民者邁進的腳步而一步步擴大、細化和完善的。幾乎所有稍有名氣的探險家都繪制過地圖，而他們的測量手段也非常原始，主要靠觀察。駕船沿著海岸一點點地走，或者一步步跨過荒原，再加上一些觀測天體和氣象的技術(shù)，另外就是憑經(jīng)驗和知識去猜測。

科學化的測量在人們心目中，是測量兵扛著標桿翻山越嶺的情景，這就是實地測量。從用平板儀觀測到手繪，再到高度、距離、角度三合一的全站儀，還有利用激光掃描直接存儲數(shù)據(jù)的激光測距儀，地圖的精度在一步一步地提高。GPS也使工作方便了許多，只需把接收裝置安放在被測地點，就能得到這個點的坐標。GPS在軍事應(yīng)用中，誤差甚至不超過l米！

航空航天技術(shù)使測繪事業(yè)如虎添翼，使人類的視野能夠掃視到地球表面任何一個角落，而且在測量地形時比人員前往實地測量更精確。過去，亞馬孫雨林和撒哈拉沙漠深處的細節(jié)只能靠假想畫在地圖上。進入太空時代以來，衛(wèi)星攝影得到的照片證實那不過是繪圖師們聰明大腦的虛構(gòu)物，現(xiàn)在已從地圖集里刪除了。

據(jù)說在珍珠港被偷襲之前，日本派人冒充畫家，從夏威夷的山腰觀察美國軍艦，畫下港灣的地圖，為發(fā)動攻擊的日軍飛機提供了重要情報。但現(xiàn)在人們只要花幾百美元就可以買到非常細致的商業(yè)衛(wèi)星照片。有專家說，美國人出售的商業(yè)衛(wèi)星照片精度最高的達到分辨率0.61米。而美國軍用偵察衛(wèi)星“大鳥”，獲得的影像分辨率能達到0.3米。但是，盡管航拍和衛(wèi)星遙感已廣泛應(yīng)用于測繪，實地測量仍是一個不可替代的環(huán)節(jié)。

地圖測繪前景必將是這樣的：位于繞地軌道上的空間飛行器，直接把獲得的信息傳送到地面的資料處理中心，立即自動成圖。做到這個程度的意義不只在于獲得精確的地圖，還在于它的即時性，可以隨時獲得地理、人文、軍事等各種信息的變化。