徐京华
(西南交通大学测量工程系，四川成都610031)
[摘要]本文在简明扼要地叙述地理信息系统(GIS)及地理信息系统教育的发展特点，系统全面地分析GIS与地图学、地图可视化与GIS可视化的密切关系的基础上，就新时期的地图学教育，在师资人员培养、课程设置、教学内容选择、教学实验方法等方面进行了探讨。 [关键词]GIS；地图学；可视化；教育
[中图分类号]P208[文献标识码]B[文章编号]1001-8379(2000)04-0178-04 GEOGRAP HIC INFORMA TION S YS TEM AND
THE ED UCA TION OF C ARTOGRAPHY
X U Jing2hua
收稿日期:2000-07-01(Southwest Jiaotong University,Chengdu610031,China)
Abstra ct:Based o n the brief narration of the develop ment of GIS and GIS educatio n,analysing sy s2 temicaly and co mpletely the ralationship of G IS with cartolosy,map visualizatio n w ith GIS visualiza2 tio n,this paper discussed the teacher training,the establishing of co urses,the selectio n of teaching content and the teaching and experiment method abou t cartolosy educatio n in the new era.
Key wor ds:GIS;cartolo gy;visualization;education
一、地理信息系统与地理信息系统教育的发展
地理信息系统(GIS)是采集、存储、管理、分析和描述地理信息的空间信息系统。G IS产生于60年代初，在不足40年的时间里，得到蓬勃发展，从一开始仅在地学领域应用，到今天几乎深入社会生活领域的各个角落。GIS之所以得到这样迅猛的发展，是因为：当今社会处在一个信息时代，而在人类经济建设、日常生活活动中，有80%的信息与地理空间相关，这也就意味着人类社会对信息的需求有80%是对空间信息的需求。G IS作为空间信息的存储、处理、应用的高新技术，必然应用广泛、发展迅速。
GIS在各个专业领域的广泛开发和运行维护，必然带来大量相关人才的需求,GIS教育热随之而产生,GIS教育成为一种/worlde phenomenon0(M or2 gan)。世界上的发达国家，如美国、加拿大等，开
设GIS课程的教育机构从1990年的289个增至1996年的828个，开课专业涉及农学、人类学、考古学、生物学、环境学、商业、建筑业、地理学、地球科学等。我国的G IS教育虽然落后于发达国家，但也随需求的增长发展很快，全国不少大学都相继开设了GIS专业或GIS课程，如北京大学、南京大学、武汉测绘科技大学、西北大学、成都地质大学等，并且开课学校、系、专业还有迅猛增加之势。
二、地图学与地理信息系统
地图学与地理信息系统(GIS)有着密切的关系,GI S是地图学在计算机技术支持下发展的结果。在计算机技术产生之前，地图就是一种模拟的静态的原始地理信息系统。计算机技术诞生后，地图学者为了减轻繁锁的脑力及手工劳动，提高工作效率，将具备存储量大、能高速运算处理数据等特点的计算机技术引进地图编制。而当地图数据库形成，空间地理数据数字化后，空间信息由静态转为动态，其高速的、更深层次的分析处理成为可能,GIS也就应运而生。地图学与GIS同以空间地理信息为操作、表现对象，地图学的有关理论、原理、技术方法在GIS的各个部份都得到充分体现。具体表现在:¹GIS的输入(信息源)部份。地图是G IS的主要信息源,GIS中相关信息的收集处理输入，都离不开有关的地图学知识，如，地图投影、分幅、比例尺、精度以及具有不同空间分布特征的地理信息在地图上表示方法、表现特征；空间地理信息收集处理的一般技术要求等等。º
GIS的数据存储部份。空间数据分属性(类别)和分布特征(位置及相互联系)来存储，原理完全来自地图
学。不论是在地图上还是在GIS中，空间物体(现象)都被归为点、线、面三种基本元素来存储，只是由于存储介质上的差异，在表现形式上有所不同：地图以文字、符号的形状结构、彩反映属性，相应符号、文字所处位置反映分布与联系；而GIS以编码表示属性，以X、Y坐标数据串及拓扑结构来表示空间物体(现象)的分布与空间联系。»G IS的空间数据处理、分析部份。GIS中，空间数据的分割、提取、过滤等操作是地图综合概念的直接引用与延伸，人机对话状态下对各类空间数据的具体编辑、综合操作，如点线面图形的增加、删除、修改、剪贴，属性的更改、合并等，与常规地图编制有许多相似之处，只是操作实施上更为便利。即使GIS将来发展，实现了空间数据编辑、综合的自动化，其原理、方法仍要以地图学的相关内容为基础。GIS的计算分析(空间分析)功能是传统地图应用分析在计算机技术支持下的延伸与扩展，空间分析作为GIS的核心功能，实际上是对以数字存储，以地图形式表达的空间地理信息的分析处理过程。G IS中空间物体(现象)的位置、分布特点及相互关系等概念与计算分析的原理方法与地图学中地图投影、聚类分析、趋势面分析、地图量算等知识、方法有密切关系。¼GIS的输出部份。GIS存储、分析处理的空间信息都是数字形式的，要使整个信息输出能为人的视觉所接受，达到高效率信息传输目的，必须进行数字形式到地图形式的转换。因此,G IS的信息输出，必然涉及地图学中空间信息的图形表示方法、地图编制基本方法、彩符号基本知识等内容。
地图学与GIS的密切关系，还应从/可视化0 (Visualization)角度，进行更进一步的探讨。现代可视化(科学可视化)是从八十年代发展起来的新学科，它主要研究怎样将计算机、遥感卫星、宇宙飞船等获取、
存储的大量数据、数字信息转换为图形、图像等形式，以充分挖掘人类大脑的视觉潜能，达到高效率、高质量的信息传输目的。可视化理论与技术手段的研究应用在现代科学技术的研究发展中占有十分重要的地位。GIS是以数字形式来存储、分析、处理、输出空间地理信息的，不经图形转换，是不具备可视化特征的，是难以被人们大脑所接受了。因此,GI S的可视化研究是其研究与开发的重要领域。
GIS的操作对象是空间地理信息，其可视化是空间地理信息的可视化。而地图学是一门传统的可视化科学技术，它以直接刺激人们视觉的符号、彩等可视化工具，将空间地理信息直观的展现在我们眼前。因此，从可视化角度,GIS与地图学有密不可分的关系，地图是GIS可视化的重要表现形式。GIS的可视化，尤其是2维、215维空间地理信息的可视化，离不开传统地图学中空间地理信息的基本表示方法：分类、分级方法；制图综合原理；地图编辑设计的基本理论、方法；符号彩设计使用；制图工艺等内容。编辑制作各类地图的地图信息系统是GIS必不可少的子系统。
三、与GIS教育相匹配的地图学教育
地图学与G IS的密切关系决定了GIS教育必须与地图学教育相结合。国际上发达国家，如美国、加拿大、德国等,G IS教育与系统地图学教育紧密结合的现状已经证明了这一点。并且实践也证明，没有接受过地图学教育的人员，在GI S的学习和应用研究中，遇到了在空间地理信息的输入、分析处理及信
息检索输出、研究成果表达中，由于地图学知识欠缺而产生的困难，甚至导致某些错误的发生。因此，实时地开展与现代高新技术GIS 教育匹配的地图学教育具有充分的理论依据及重要的现实意义。传统的地图学教育仅在较少领域(地理、测绘)开展的状况，将随着GIS教育领域的不断扩展而发生改变，地图学教育会随着GIS教育深入各个专业领域。
与GIS教育相匹配的地图学教育也不能一概而论，应随不同院校、不同专业、不同的育人方向而在开设课程、内容、教学实验方法等方面有所不同。如，与专门的测绘院校和综合性大学的地理系GIS专业教育相匹配的地图学教育就应区别于一般工科或文科专业与GIS教育相匹配的地图学教育，后者的GIS教育主要为专业领域(如建筑、环境、测量工程、交通、水利、林业、地质、人文、考古等)空间地理信息的处理应用服务，相应的地图学教育在课程设置和内容选择上更简要精炼，并具备专业特。本文所要讨论的与GI S教育相匹配的地图学教育也主要针对后者。
涉及空间地理信息的获取处理应用的一般工科或文科相关的系、专业，是GIS技术应用开发及GIS教育拓展的广泛对象，因此也是地图教育拓展的对象。由于受专业特点限制，这些专业领域的地图学教育是十分薄弱的，基本都没有开设地图学的有关课程，即使开设有相关课程，也仅限于5地形绘图6等简单介绍地图学知识及手工操作的
课程，这种局面显然是不能满足G IS教育需求的，应该做适应新形势的改进。本文就以作者的教学实
践经验为基础，对在一般工科或文科相关专业、系开设地图学课程，所涉及的师资人员培养、课程设置、内容确定、教学实验方法等问题，进行初浅的探讨，与大家共商。
1、具备高素质及合理知识结构的师资人员培养
在各专业领域开展与GIS教育相匹配的地图学教育，由于其教学目的的特殊性，与一般地图学教育相比，从事相应教学的师资人员在知识结构上有更高的要求：不仅要具有扎实的地图学专业基础，还要对高新技术GIS的原理、技术方法以及地图学与GI S的关系(地图学的相关理论、技术方法怎样在GI S的各个环节起作用)有深刻的了解。除此之外，还应对相关专业应用G IS、地图学的特点有所了解。相关教学人员只有通过自身和专门的培养，在具备以上知识结构后，才能胜任与GI S 教育相匹配的带有专业应用特的地图学教育，做到教以致用。
2、课程设置、教材与教学内容构想
根据专业特点开设与GIS教育层次、深度相匹配的学时不少于60的1-2门地图学课程。现有的普通地图学教材，在内容、结构及现势性等方面都不能满足需求，应该编写满足教学目的的专用地图学教材。地图学是一门具有完整体系的独立学科，由多个分支学科组成，内容非常丰富。新编教材应注重那些和GIS有密切关系的基本理论、技术方法，并包含地图学相关理论、技术在GI S 中的地位与作用以及相关专业领域地图学、GIS等的应用特点、方法等内容。在具体内容上应包含以下方面:
1)地图的数学基础
地图的数学基础包含了地图投影、比例尺、分幅编号、坐标系、控制点等内容，是地图学的重要组成部份，同样也是G IS空间数据的数学基础。这一部份应在介绍基本投影原理、方法，基本分幅编号方法等内容的基础上，增加在GIS中空间数据数学基础的建立、计算、转换、分析等的计算机实现特点及方法；地图数学基础(空间数据数学基础)的专业设计、应用特点(如专业领域适用投影的选择或设计)等内容。
2)地图语言
地图语言是地图传递空间地理信息的媒介，各类空间地理信息通过地图语言来表达、传输。地图学中地图语言的基本理论方法都适用于GIS 中空间地理信息的表达。因此，有关地图语言的内容是新编专用教材应该选择的内容。同时，新编教材还应包含计算机技术、G IS技术使地图语言产生的新变革，如：在知识系统支持下的地图符号的设计、选择；地图符号的自动绘制；新的符号显示形式(计算机屏幕上的闪烁、跳动、旋转等);GIS 中新的地图显示、输出方式的彩应用原则、规律(如，屏幕与纸张输出的彩差异、规律，动态与静态地图在彩设计上的不同等)研究；专业领域地图符号、彩设计应用特点等等。
3)地图的编辑与制作gis地图制作
地图的编辑与制作是地图学的重点内容，涉及众多的理论方法。新编教材在内容上要进行精选，应重点选择与GIS关系密切的内容。由于编制地图的相关资料同样是GIS的信息源;GIS广泛的应用领域使其信息的图形表达与专题地图存在着必然的联系。因此，编图资料的收集分析处理方法；专题地图的编辑设计方法；各类专题现象、物体的图形表示方法；专题地图综合方法等内容应是新编教材重点选择内容。除此之外，还应结合在GIS条件下(计算机系统软硬件支持下)，地图编制技术过程、方法手段上的改变，如，以数字信息为基础的计算机地图编制的基本过程、方法，最新发展动态；适用软件介绍；先进技术支持下新形式地图(虚拟地图(软地图)、动态地图、电子地图、多媒体地图等)的编制成图方法；在GIS中，由于空间地理信息的存储与显示(表示)的分离所带来的地图表示内容、方法、形式等灵活可变的特点等等。相关专业领域专题地图的设计、编制、输出方法、技术特点也是新编专用教材应包括的内容。
4)地图分析与应用
地图学中地图分析与应用与GIS有着更为密切的关系。G IS的空间信息分析处理功能是其最具特的重要功能，而传统的地图分析与GIS中的分析两者分析处理对象相同，都是空间地理信息，因此，地图分析方法在GIS中都适用，并且GIS 中先进的数据组织与存储方法及快速的计算处理速度，改善了传统地图分析方法理论上可行，而由于人工计算处理的繁琐，在实际实施中难行的状况。因此，地图分析与应用的基本原理方法及其在GIS的实现技术、过程都是新编教材应选择的内容。另外,GIS中数
据存储与表示的分离，使空间地理信息的分析应用，由在传统地图上被动操作固定有限信息变为可主动查询、分析、应用更
多、更深层次的有用信息的特点及带有专业特的地图分析应用方法、模型等也是新编教材应包含的内容。
5)地图可视化与GI S可视化
地图的可视化特点及其在GIS可视化中的作用以及相关理论、技术方法的研究等都属地图学发展的前缘内容，是以往地图学教材所没有的。新编教材从反映学科最新发展的角度应做相应的补充，使学生通过这部份内容的学习，能够从知识掌握上跟上科学技术的发展水平，在学习应用GI S 中，充分利用地图可视化特点，进行G IS可视化的理论、技术方法研究，并将其用于更深层次的具有专业特的空间地理信息的获取、分析和应用。
3.教学与实验方法构想
服务于G IS教育的地图学教育，在教学与实验方法上，应紧扣地图学课程特点及教学目的。在教学上，首先明确学习地图学课程的意义，并通过实例的列举及生动的讲解，使学生具备浓厚的学习兴趣。针对该课程内容多，涉及面广的特点，在具体内容的选择与讲解上，根据学生的专业特点及知识
结构特点，突出重点、本质，通过启发性的课堂提问及有一定深度的综合性练习题的设计，培养学生综合全面、会抓重点、注重逻辑联系的思维及学习方法。在教学方式上，采取讲解、演示、课堂讨论等多形式结合的方式，以达到最佳教学效果。在教育技术上，针对地图学的特点，充分挖掘学生大脑的视觉潜能，多采用挂图、大量地图作品展示、投影仪、幻灯、录像、计算机系统等先进手段、仪器设备。
与GIS教育匹配的地图学教育具有很强的实践性，许多相关内容都必须经过实验，通过亲自动手实践，才能够真正理解掌握。为满足基本实验、实习所需，首先应配置实验用的材料设备，如，地图资料、统计数据、计算机和配套的扫描仪、绘图仪及相应软件等。在实验方法设计与内容安排上紧扣教学目的。对地图学一般基础性内容，主要通过大量读图增强感性认识，可免去一般地图学教育的大量的手工技能训练。而对于地图学相关内容在G IS中的作用、用途等内容，需要选择适用软件(如,CorelD ra w、ArcInfo、M apInfo等)，进行上机操作实习。实习应与教学内容密切结合，针对地图学有关内容在G IS的输入、存储、分析处理、输出等子系统中的地位与作用进行设计。具体内容的安排、选择，应注意与G IS课程实习内容的差别，从掌握地图学基本理论、方法及在GI S中应用的角度出发，注重地图学素质培养及GI S中地图图形信息的制作、传输及深层次应用等方面。
[参考文献]
[1]边馥苓.地理信息系统原理和方法M.北京：测绘出
版社,1996.
[2]尹贡白.地图概论M.北京：测绘出版社,1991.
[3]D.R.F Taylo r[加]地理学.地理信息系统和现代地
图科学会聚还是分离?[J].地图,1997,(2).
[4]龚建华等.地学可视化探讨[J].遥感学报,1999,(8).
[5] C.PE TE R K ELL ER UTEJ.DY MO N Cartographic Education
in Transi tion:An International Perspective
CA RTO GRAPHICA,V OL U ME33,#3,FA LL1996.
(上接第158页)
当控制网由不同类元素观测值组成时，情况就比较复杂，虽然验算能使观测值质量得到一定的提高，但由于控制网多余条件少(如导线网)，观测值多余观测分量在总的多余观测数中所占的比例数就更少，用观测值限差作为改正数限值不一定合理。这种情况下，为了使改正数正常并提高平差质量，可用验
后定权法合理地确定各类观测值的权和比例关系后再平差。当认为观测值可能存在粗差时，用统计检验原理到含有粗差的观测值，将其剔除后用重测的观测值平差计算，可得到较满意的平差成果。
前面几次提到了平差前观测值的检核、验算、质量检验，在电算时代的今天，这些工作往往忽略掉了，使进入平差的观测值质量不高甚至含有粗差。而粗差在平差中大部分被/吞掉0得不到反映，精度合限仅是表象，成果中可能还隐藏着粗差而留有后患。故观测值的检验工作十分重要，须予以充分重视。
[参考文献]
[1]於宗俦，于正林.测量平差原理[M].武汉：武汉测绘
科技大学出版社,1990.
[2]李德仁.误差处理和可靠性理论[M].北京：测绘出版
社,1988.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议