地圖學(xué)的恒常性和易變性

孟立秋     

慕尼黑工業(yè)大學(xué)制圖系, 德國(guó) 慕尼黑 80333

收稿日期：2017-06-26；修回日期：2017-07-24

第一作者簡(jiǎn)介：孟立秋(1963-), 女, 博士, 教授, 研究方向?yàn)槁肪W(wǎng)數(shù)據(jù)融合、地圖導(dǎo)航服務(wù)、可視化數(shù)據(jù)挖掘。E-mail:liqiu.meng@tum.de

摘要：在歷次科技革命的推動(dòng)下，地圖由曾經(jīng)的無(wú)所不能的珍稀品逐漸演變成無(wú)所不在的生活必需品，服務(wù)于不斷增加的移動(dòng)人口，而地圖學(xué)依然是制作和使用地圖的科學(xué)、藝術(shù)和技術(shù)。本文重訪地圖學(xué)4個(gè)恒常的核心議題：何為地圖，地圖何用，如何制圖，誰(shuí)在制圖，筆者回顧了自20世紀(jì)70年代計(jì)算機(jī)引入地圖學(xué)以來(lái)地圖品種、地圖功能價(jià)值、制圖流程以及制圖者角色的發(fā)展過(guò)程，舉例說(shuō)明貫穿其中的恒常性和易變性，并指出在云計(jì)算平臺(tái)支持下，一個(gè)可持續(xù)的制圖生態(tài)環(huán)境正在形成。

關(guān)鍵詞：開(kāi)放事件圖    視覺(jué)故事    可視化分析    混搭地圖    熱點(diǎn)地圖    開(kāi)放在線制圖平臺(tái)    

The Constancy and Volatility in Cartography

MENG Liqiu     

Abstract: Being facilitated by a number of scientific and technological revolutions, maps have successively evolved from omnipotent rare treasures to omnipresent daily necessities, but cartography remains a unique mixture of science, art and technology of making and using maps.This paper revisits four persistent research questions in cartography:① what is a map, ② for what is a map worth, ③ how are maps made, and ④ who is making maps, Based on a retrospective analysis of cartographic progresses with regard to the map typology, values of maps, mapmaking workflows and the role of mapmaker, the author exemplifies the constants and variables in the development processes since the introduction of computer in the 1970's and indicates the emerging trend towards a sustainable mapping ecosystem supported by cloud computing platforms.

Key words: open event map     visual story     visual analysis     mashup map     hot spot map     open online mapping platform    

地圖學(xué)作為一門古老而常新的學(xué)科，伴隨人類經(jīng)歷過(guò)造紙術(shù)、印刷術(shù)、攝影術(shù)、計(jì)算機(jī)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等一系列科技革命已邁入大數(shù)據(jù)和人工智能時(shí)代。以往的數(shù)次科技革命都是地圖學(xué)發(fā)展的加速器，而地圖因其簡(jiǎn)要和同步顯示全球定位服務(wù)、遙感測(cè)繪數(shù)據(jù)以及志愿者地理信息的特點(diǎn)也成了大數(shù)據(jù)的加速器。古代的地圖因稀少而珍奇，其中一部分帶著無(wú)所不能的神秘光環(huán)隱沒(méi)于沙漠、洞穴或墓窟。每一幅出土的古地圖都有可能再次改寫(xiě)人類文明史的序篇。而今日的地圖已成為無(wú)所不在的日用品，正天天刷新人類文明史的續(xù)篇。它們作為數(shù)字地球的孿生體懸于“云端”卻觸手可及，使人類不僅消息靈通，還擁有一定程度的先知先覺(jué)。盡管地圖對(duì)于人類的意義發(fā)生了根本的變化，地圖學(xué)依然是制作和使用地圖的科學(xué)、藝術(shù)和技術(shù)。參照中國(guó)地圖學(xué)前輩專家們發(fā)表的一系列回顧，深思和展望^[1-4]以及最近30年中國(guó)和國(guó)際地圖學(xué)同步發(fā)展的軌跡，我們不難發(fā)現(xiàn)4個(gè)恒常的核心議題：何為地圖，地圖何用，如何制圖，誰(shuí)在制圖。

1 何為地圖

地圖是地球表面的地物和現(xiàn)象在平面上的縮微模型，地圖學(xué)教科書(shū)對(duì)地圖有與時(shí)俱進(jìn)的定義^[5-6]。標(biāo)準(zhǔn)的普通圖擁有一系列共同特征，例如圖面為正射投影平面，圖上各點(diǎn)的坐標(biāo)和它們對(duì)應(yīng)的地理坐標(biāo)之間存在已知的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換關(guān)系，每幅圖具有單一的主比例尺，圖上內(nèi)容是按比例尺綜合取舍的結(jié)果，圖形要素以抽象的線劃符號(hào)及注記說(shuō)明為主。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)和三維打印術(shù)的興起和普及將地圖符號(hào)的視覺(jué)變量擴(kuò)充為更多的視聽(tīng)變量，在大幅度降低制圖成本的同時(shí)，豐富了地圖的表現(xiàn)形式，也改變了上述特征的相對(duì)重要性。當(dāng)今在互聯(lián)網(wǎng)中流通的地圖除了標(biāo)準(zhǔn)圖以外，還有各式各樣的“準(zhǔn)”地圖，它們?cè)诖_保地圖科學(xué)性的前提下，圖面不再限于正射投影平面，圖上坐標(biāo)和地理坐標(biāo)之間允許多重的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換關(guān)系，同一幅圖內(nèi)允許多重比例尺，圖形要素不再限于矢量符號(hào)等。準(zhǔn)地圖在數(shù)量上已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了標(biāo)準(zhǔn)圖，不再是邊緣或寄生產(chǎn)品，它們和標(biāo)準(zhǔn)圖相輔相成，以嵌套、疊加和靈活切換的方式緩解讀圖時(shí)代常出現(xiàn)的審美疲勞癥以及“信息越多越饑渴”的問(wèn)題。圖 1所示為兩幅準(zhǔn)地圖，一幅用平行投影生動(dòng)地剖解了伊斯坦堡的圣索菲亞大教堂的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，另一幅采用“無(wú)地平線投影”俯瞰曼哈頓，恰如顛覆了文字語(yǔ)法的詩(shī)歌創(chuàng)作。把地圖廣義地定義為標(biāo)準(zhǔn)圖和準(zhǔn)地圖的總和更符合數(shù)字時(shí)代用戶的需求。已經(jīng)受到用戶廣泛認(rèn)同的廣義地圖有如下幾個(gè)品種。

圖 1 廣義地圖案例Fig. 1 Maps in a broad sense

圖選項(xiàng)

1.1 三維城市地圖

三維城市模型常見(jiàn)于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、建筑學(xué)、游戲和動(dòng)漫設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，但地圖學(xué)注重三維城市和現(xiàn)實(shí)世界在不同詳細(xì)等級(jí)的幾何對(duì)應(yīng)關(guān)系及語(yǔ)義信息的表達(dá)，并分為仿真和非仿真可視化兩個(gè)方向。仿真可視化強(qiáng)調(diào)形似，符號(hào)和地物之間具有直觀可比性，用戶能體會(huì)到較強(qiáng)的親和力和沉浸感，因此適用于支持虛擬地理環(huán)境的模擬計(jì)算^[7-8]。非仿真可視化強(qiáng)調(diào)神似，如圖 2所示，盡管其三維幾何框架仍保持了直觀性，但三維模型的表面、輪廓線和交點(diǎn)主要用于顯示不可見(jiàn)或抽象的語(yǔ)義信息，適用于智慧城市的信息傳輸^[9-10]。

圖 2 三維非仿真顯示(a)和仿真顯示(b)的對(duì)照[9]Fig. 2 A comparison between the non-photorealistic visualization(a)and its photorealistic counterpart (b)[9]

圖選項(xiàng)

1.2 個(gè)性化移動(dòng)地圖

移動(dòng)地圖是無(wú)線遠(yuǎn)程通信、互聯(lián)網(wǎng)、手掌電腦和手機(jī)一體化技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物。它們不僅具備印刷地圖的輕便移動(dòng)性，還能實(shí)時(shí)提供基于位置的地圖信息服務(wù)，它們的個(gè)性化設(shè)計(jì)體現(xiàn)在不同移動(dòng)場(chǎng)景下的自適應(yīng)可視化方法，自適應(yīng)的對(duì)象既可以是移動(dòng)用戶本身，也可以是用戶的任務(wù)、目的或者他們所處的移動(dòng)環(huán)境^[11]。

1.3 夸張變形地圖

常規(guī)的地圖設(shè)計(jì)旨在克服或減小投影轉(zhuǎn)換過(guò)程中對(duì)用圖任務(wù)不利的變形，但針對(duì)某些特殊目的，刻意引入夸張的投影變形反而有助于激發(fā)用戶的好奇心從而提高地圖信息的傳輸效率^[12]。例如：城市公交線路圖只要保持起終點(diǎn)和經(jīng)停站之間的連通關(guān)系，幾何位置、距離和方位的大幅度變形反而能更好地保證圖形的清晰易讀性。同理，如果各個(gè)國(guó)家和地區(qū)的面積不按領(lǐng)土大小，卻隨專題要素取值，例如人口數(shù)量的多寡放大或縮小的話，就可構(gòu)成一幅獨(dú)特的變形專題圖。

1.4 多視層影像圖

早期的影像圖是在正射影像上疊加地圖符號(hào)及地名注記而成，因其成圖速度快適用于時(shí)間緊迫的用圖任務(wù)。為了充分利用多媒體技術(shù)并適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的讀圖行為，影像圖可擴(kuò)展到多視層且允許遙感影像和地圖符號(hào)在不同視平面相互交織，影像要素也可作為一個(gè)特殊的視覺(jué)變量參與符號(hào)設(shè)計(jì)。圖 3所示為多視層影像圖的幾種設(shè)計(jì)策略^[13-14]。

圖 3 多視層影像圖設(shè)計(jì)案例[13-14]Fig. 3 Examples of multilayered image maps[13-14]

圖選項(xiàng)

1.5 事件圖及地圖視覺(jué)故事

傳感技術(shù)的發(fā)展加速了地理數(shù)據(jù)庫(kù)的更新頻率，人們得以密切跟蹤地物要素的動(dòng)態(tài)變化并從中提取最顯著的變化，即事件。每個(gè)事件由時(shí)間(when)、地點(diǎn)(where)、變化模式(how)、涉及的人(who)和物(what)5個(gè)要素描述，擁有比單純的地物目標(biāo)更具轟動(dòng)效應(yīng)的信息。圖 4所示為一個(gè)由“開(kāi)放街道圖”(OSM-OpenStreetMap)擴(kuò)展而來(lái)的“開(kāi)放事件圖”(OEM-OpenEventMap)^[15]。用戶可根據(jù)名稱、種類、起始和終結(jié)日期在事件庫(kù)里查詢和編輯事件內(nèi)容，也可從社會(huì)媒體自動(dòng)提取各種事件并將它們顯示在開(kāi)放事件圖上。開(kāi)放事件的收集和編輯平臺(tái)是設(shè)計(jì)地圖視覺(jué)故事的出發(fā)點(diǎn)。在明確主題和目的的情況下，將事件按一定的邏輯關(guān)系組織成視覺(jué)故事具有比靜態(tài)地圖更強(qiáng)的視覺(jué)沖擊力，能夠更有效地引起讀者的共鳴并產(chǎn)生一種能夠改變讀者態(tài)度或者行為的感召力。此外，開(kāi)放視覺(jué)故事也允許讀者改變視覺(jué)故事流的呈現(xiàn)速度和順序，添加其他信息或角色，創(chuàng)造出新的故事。開(kāi)放事件的提取和地圖視覺(jué)故事的設(shè)計(jì)已成為一個(gè)新興的研究方向^[16]。

圖 4 開(kāi)放事件圖示意[15]Fig. 4 OEM-Open even map example[15]

圖選項(xiàng)

2 地圖何用

每一幅地圖都是對(duì)地理數(shù)據(jù)加工處理和符號(hào)化之后的信息產(chǎn)品，用于支持用戶完成與地理空間有關(guān)的任務(wù)。地圖內(nèi)容隨用戶的需求而變，既可以是極簡(jiǎn)的方位示意，供一次性或瞬間的使用，也可以是常讀常新的多要素組合，向用戶漸次呈現(xiàn)。MacEachren將地圖和用戶的關(guān)系概括成一個(gè)由3個(gè)參數(shù)描述的用圖立方體^[17]：① 地圖和用戶的交互程度；② 地圖對(duì)用戶的適應(yīng)程度；③ 地圖信息對(duì)于用戶的深淺程度。根據(jù)不同的使用場(chǎng)景，地圖具有以下幾種典型的功能價(jià)值。

2.1 圖形刺激

地圖不僅每天都出現(xiàn)在各種信息屏幕上輔助新聞的傳播，也常出現(xiàn)在五花八門的消費(fèi)品或工藝品的表面和娛樂(lè)游戲軟件中，遵從“阿依達(dá)”工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)則(attention、interest、desire、action，AIDA)，即吸引眼球、激發(fā)興趣、誘發(fā)愿望、促成購(gòu)買行動(dòng)。地圖的廣告藝術(shù)效果不因圖面的不完整或內(nèi)容的過(guò)時(shí)而消失。文獻(xiàn)[18]通過(guò)試驗(yàn)證明了圖形要素的視覺(jué)凸顯性和受試者注意力之間的正相關(guān)規(guī)律，提出了“注意力導(dǎo)向的可視化理論”，即根據(jù)內(nèi)容的相對(duì)重要性推導(dǎo)圖形符號(hào)的視覺(jué)凸顯性，引導(dǎo)讀者在有限的判讀時(shí)間里獲得最關(guān)鍵的信息，該理論已廣泛用于導(dǎo)航地圖的設(shè)計(jì)。

2.2 旅行伙伴

四通八達(dá)的道路網(wǎng)和多種交通制式的相互銜接為人們帶來(lái)了通行的便利，然而，置身其中的行人包括本地人卻經(jīng)常在迷宮般的移動(dòng)環(huán)境里失去方向感。地圖因其固有的定位和定向價(jià)值具有一定的壓驚作用。隨身攜帶一幅地圖，無(wú)論是草圖，印刷圖還是電子圖，即使派上用場(chǎng)，也能給行人產(chǎn)生一種有備無(wú)患的心理穩(wěn)定感。高度移動(dòng)化的數(shù)字時(shí)代，具有定位和導(dǎo)航功能的地圖無(wú)疑是最普及和最受歡迎的旅行伙伴之一，也是泛在地圖學(xué)(ubiquitous cartography)的代名詞。

2.3 地理信息載體

地理信息載體是地圖的核心價(jià)值，但地圖信息的智能程度卻越來(lái)越高，已由最初的描述型擴(kuò)展到診斷型、預(yù)報(bào)型和方案型。描述型地圖是地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它們向用戶傳輸?shù)匚镆氐某B(tài)值，如均值、中值等反映主流趨勢(shì)的信息；診斷型地圖則提醒用戶存在于地物要素的時(shí)空分布異常，如極值、裂點(diǎn)和最值等，以及推理分析結(jié)果，如數(shù)據(jù)錯(cuò)漏、事故或?yàn)?zāi)害多發(fā)地段等；預(yù)報(bào)型地圖呈現(xiàn)從已有數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)的地理現(xiàn)象的時(shí)空分布和變化規(guī)律，向用戶預(yù)告未來(lái)一段時(shí)間的取值走勢(shì)和狀態(tài)，特別是危機(jī)狀態(tài)及其不確定性。它們多見(jiàn)于各種模擬計(jì)算和預(yù)警系統(tǒng)，用于支持決策者認(rèn)識(shí)危機(jī)出現(xiàn)的可能性，以便及時(shí)采取防備或應(yīng)對(duì)措施；方案型地圖注重向用戶預(yù)演完成某項(xiàng)任務(wù)的各種方法所需的步驟和順序以及出現(xiàn)新情況時(shí)如何自行修正，或?qū)崟r(shí)地指導(dǎo)用戶一步步完成某項(xiàng)任務(wù)，并根據(jù)用戶的新需求調(diào)整方案。這是最高等級(jí)的智能地圖，已廣泛應(yīng)用于災(zāi)后重建，路徑規(guī)劃和多制式實(shí)時(shí)導(dǎo)航系統(tǒng)等^[19]。全球科技領(lǐng)域正致力于研制的自動(dòng)駕駛技術(shù)離不開(kāi)方案型智能地圖。

2.4 地理信息窗口

地圖符號(hào)的各種視覺(jué)變量除了直接顯示地物信息以外，也可作為超鏈接通向數(shù)據(jù)庫(kù)或外部服務(wù)器的網(wǎng)頁(yè)。這個(gè)窗口功能使地圖具備了超越常規(guī)價(jià)值的深度和廣度。它一方面允許用戶提取和分析數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的詳細(xì)內(nèi)容，另一方面引導(dǎo)用圖者走出地圖，在開(kāi)放的數(shù)字世界探尋和地圖相關(guān)的其他信息。盡管鏈接的信息可能超越了設(shè)計(jì)者的可控范圍，帶有一定的安全隱患，但這個(gè)窗口功能將地圖從一個(gè)“自給自足”的封閉系統(tǒng)提升為可以在全球范圍內(nèi)共享的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

2.5 大數(shù)據(jù)可視化分析工具

大數(shù)據(jù)是一把雙刃劍。一方面，對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的重大問(wèn)題越來(lái)越詳細(xì)的數(shù)字描述為尋找問(wèn)題的根源和解決途徑提供了理想的前提條件。另一方面，無(wú)限的數(shù)據(jù)量增加了知識(shí)挖掘的難度，也挑戰(zhàn)著計(jì)算設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信和人腦認(rèn)知的極限。緩和這對(duì)矛盾的關(guān)鍵技術(shù)之一是大數(shù)據(jù)的地圖可視化。地圖既可以預(yù)覽與地理位置有關(guān)的數(shù)據(jù)分布密度又善于將非空間數(shù)據(jù)空間化，因此可以和其他圖形顯示工具聯(lián)合形成可視化分析系統(tǒng)，支持計(jì)算機(jī)深度學(xué)習(xí)。文獻(xiàn)[20]和[21]分別介紹了根據(jù)閃電數(shù)據(jù)進(jìn)行臨近預(yù)報(bào)(圖 5)以及根據(jù)出租車的GPS軌跡挖掘司機(jī)行為特征(圖 6)的可視化分析方法。

圖 5 用于臨近預(yù)報(bào)閃電行為的可視化分析系統(tǒng)用戶界面[20]Fig. 5 The interface of a visual analytical system for the nowcast of lightning behavior[20]

圖選項(xiàng)

圖 6 可視化分析方法示例[21]Fig. 6 Examples of visual analysis method[21]

圖選項(xiàng)

2.6 用戶信息的收集平臺(tái)

交互式地圖向用戶提供信息的同時(shí)，也在逐步認(rèn)識(shí)用戶。例如通過(guò)對(duì)話窗口獲得用戶的補(bǔ)充信息和反饋建議，通過(guò)非侵入式的跟蹤插件(trackingcookies)、錄像儀、眼動(dòng)儀、腦電圖儀和功能性磁共振儀等傳感器觀察和實(shí)錄用戶在交互過(guò)程中的思維和行為特點(diǎn)。地圖作為收集用戶信息的平臺(tái)已為如何評(píng)價(jià)地圖的質(zhì)量，進(jìn)一步提高地圖的智能等問(wèn)題積累了豐富的客觀依據(jù)，從根本上改變了地圖可用性研究被認(rèn)為過(guò)度依賴主觀判斷和經(jīng)驗(yàn)值而被冷落的狀態(tài)，使其重新成為一個(gè)方興未艾的跨學(xué)科研究方向。

3 如何制圖

地圖設(shè)計(jì)是一個(gè)對(duì)地理現(xiàn)實(shí)世界的認(rèn)知和再創(chuàng)造的過(guò)程，包含4個(gè)主要組件——地理數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理、符號(hào)設(shè)計(jì)和地圖輸出。組件的內(nèi)容或方法不同以及組件之間相互銜接的次序不同可以形成以下3種不同的制圖流程。

3.1 面向無(wú)縫覆蓋的普通制圖

覆蓋大區(qū)域乃至全球的普通地圖的生產(chǎn)過(guò)程常見(jiàn)于官方制圖機(jī)構(gòu)，需要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的可靠保障。普通地圖服務(wù)于大眾，往往批量生產(chǎn)。其生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)串行的增值鏈，始于數(shù)據(jù)，終于地圖，即成圖是最后一道工序。地圖的現(xiàn)勢(shì)性被“凍結(jié)”在輸入數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性上。比例尺越大，覆蓋大區(qū)域所需的圖幅數(shù)量越多，成圖周期就越長(zhǎng)，地圖內(nèi)容也越容易過(guò)時(shí)。因此，普通制圖的關(guān)鍵任務(wù)是提高成圖速度，國(guó)際制圖學(xué)界近40年來(lái)持之以恒的研究課題包括三維城市模型的標(biāo)準(zhǔn)化，如CityGML(www.citygml.org)、地圖的自動(dòng)化綜合^[22]、地名注記的自動(dòng)化配置等。

3.2 面向動(dòng)態(tài)專題的混搭制圖

不同的地物要素及屬性發(fā)生著快慢不等的變化，例如，道路網(wǎng)和建筑物等人工地物要素的變化快于水系和地貌要素，植被則呈現(xiàn)季節(jié)性的變化，城市的客流量和天氣情況則時(shí)刻都在變化。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)自多種渠道。除了航空和衛(wèi)星遙感影像外，車輛或行人留下的移動(dòng)軌跡以及社會(huì)媒體是獲取和更新動(dòng)態(tài)專題信息的重要補(bǔ)充數(shù)據(jù)。相應(yīng)的專題制圖是兩個(gè)串行增值過(guò)程的混搭，其一是動(dòng)態(tài)專題信息的融合和符號(hào)化，其二是相對(duì)靜態(tài)的基礎(chǔ)底圖的大幅度綜合?；齑畹貓D的專題圖層往往以年、季節(jié)、月甚至日為單位及時(shí)刷新。制作混搭地圖最關(guān)鍵的步驟是多源數(shù)據(jù)的自動(dòng)融合。多源數(shù)據(jù)具有不同的分辨率，存取格式(如矢量、柵格、文字消息、視頻等)，它們既可能是同類地物的幾何或語(yǔ)義互補(bǔ)的數(shù)據(jù)集，也可能是具有空間拓?fù)潢P(guān)系的不同類地物的數(shù)據(jù)集。融合的目的既可以是生成一個(gè)新的數(shù)據(jù)集，也可以是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集之間的互操作。圖 7和圖 8分別示范了官方和商業(yè)道路數(shù)據(jù)間的匹配^[23]以及移動(dòng)車輛的GPS軌跡和開(kāi)放街道圖的路網(wǎng)匹配^[24]。

圖 7 利用“限定筆畫(huà)”算法對(duì)德國(guó)黑森州的ATKIS官方道路數(shù)據(jù)(深灰)和TomTom商務(wù)道路數(shù)據(jù)(紅)進(jìn)行匹配的結(jié)果(綠)[23]Fig. 7 Matching links (green) between datasets in Hessen from ATKIS(dark grey)and from TomTom(red)using 'delimited stroke' algorithm[23]

圖選項(xiàng)

圖 8 采用“L1正則化的條件隨機(jī)場(chǎng)”算法將上海市某日70輛出租車的移動(dòng)軌跡(紅)和開(kāi)放街道圖(綠)進(jìn)行匹配的結(jié)果(軌跡數(shù)據(jù)來(lái)源：同濟(jì)大學(xué))[24]Fig. 8 The matching result of trajectories of 70 taxis in Shanghai(red)from a certain day with OSM(green)using L1 conditional random fields(L1-CRF)algorithm(trajectory data source:Tongji University)[24]

圖選項(xiàng)

3.3 面向增量式數(shù)據(jù)流的熱點(diǎn)制圖

地表各種要素的時(shí)空坐標(biāo)具有同等的幾何意義，但它們和人類活動(dòng)的關(guān)系卻親疏不等。受到密切關(guān)注的要素對(duì)應(yīng)的地點(diǎn)也稱熱點(diǎn)(hot spot)。有些熱點(diǎn)始終受到高度關(guān)注；有些熱點(diǎn)在某些事件發(fā)生期間出現(xiàn)，也有些熱點(diǎn)在事件發(fā)生后才形成。通過(guò)在基礎(chǔ)底圖上貼地理標(biāo)簽并提供語(yǔ)義說(shuō)明即可生成基本的熱點(diǎn)地圖。與上述兩種制圖流程不同的是，熱點(diǎn)的數(shù)據(jù)獲取和成圖過(guò)程是同步而不是先后關(guān)系。熱點(diǎn)數(shù)據(jù)以增量方式涌入網(wǎng)絡(luò)，因此熱點(diǎn)圖處在不斷的演變和未完成狀態(tài)中。熱點(diǎn)制圖包括兩個(gè)研究方向:一是甄別熱點(diǎn)信息的真?zhèn)魏筒淮_定性，熱點(diǎn)的定位差錯(cuò)在眾包過(guò)程中可以得到一定的自我改正，但其語(yǔ)義內(nèi)容的分析卻需要借助機(jī)器深度學(xué)習(xí)工具；二是對(duì)熱點(diǎn)數(shù)據(jù)流的實(shí)時(shí)綜合和同步顯示，使熱點(diǎn)地圖不因數(shù)據(jù)的不斷累加而失去清晰易讀性，也避免熱點(diǎn)地圖因成圖速度慢而“冷卻”。

4 誰(shuí)在制圖

不同的制圖流程也反映了制圖者和用圖者之間關(guān)系的變化。普通制圖過(guò)程由受過(guò)專業(yè)訓(xùn)練且分工有別的制圖者承擔(dān)。制圖者和用圖者之間是信息的單向傳輸關(guān)系，即一方主動(dòng)推送，另一方被動(dòng)接受。隨著電子地圖的交互功能由基本的瀏覽和圖形縮放擴(kuò)展到復(fù)雜的查詢、數(shù)值計(jì)算、圖形編輯、構(gòu)圖規(guī)則庫(kù)建立以及可視化工具箱開(kāi)發(fā)等，制圖者和用圖者之間的界限開(kāi)始模糊，單向的信息傳輸關(guān)系漸漸過(guò)渡成雙向互動(dòng)關(guān)系，用圖者越來(lái)越自由，例如可以主動(dòng)拉來(lái)和聚焦相關(guān)的信息，從圖上判讀符號(hào)間的相互關(guān)系，借助地圖挖掘深藏于數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的地理知識(shí)，糾正一些錯(cuò)誤或過(guò)時(shí)的地圖信息，在圖上添加新的信息并自主生成個(gè)性化的地圖。

如果說(shuō)混搭制圖是由制圖者主導(dǎo)和用圖者參與的半開(kāi)放交互增值過(guò)程，那么熱點(diǎn)制圖則是由制圖者和用圖者共創(chuàng)和共享的全開(kāi)放的在線平臺(tái)，在這個(gè)平臺(tái)里人人都制圖，都供應(yīng)信息又獲得信息。但制圖專家和自主制圖的用戶在開(kāi)放平臺(tái)里的角色依然存在本質(zhì)的區(qū)別。制圖專家的任務(wù)由設(shè)計(jì)地圖變成了設(shè)計(jì)制圖工具，相當(dāng)于由“授人以魚(yú)”改為“授人以漁”。他們將專業(yè)知識(shí)和軟件工程知識(shí)轉(zhuǎn)化成一個(gè)個(gè)“菜譜”并使其不斷升級(jí)，與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施保持兼容性，用圖者則需掌握“菜譜”的訣竅就能自制出個(gè)性化的地圖。

值得一提的是，近年來(lái)涌現(xiàn)的全球化網(wǎng)絡(luò)地圖在線服務(wù)平臺(tái)，如谷歌地圖、微軟的Bing Maps、百度等，陸續(xù)推出了覆蓋大區(qū)域乃至全球的多比例尺地圖和三維城市模型，對(duì)實(shí)體地圖產(chǎn)業(yè)造成了史無(wú)前例的競(jìng)爭(zhēng)壓力，也顛覆了人們對(duì)地圖學(xué)教育和人才市場(chǎng)的認(rèn)識(shí)以至于有人擔(dān)心制圖職業(yè)將被軟件設(shè)計(jì)師完全取代。當(dāng)前的地圖產(chǎn)業(yè)并存4類營(yíng)銷策略：① 基于有償數(shù)據(jù)的有償?shù)貓D；② 基于無(wú)償數(shù)據(jù)的有償?shù)貓D；③ 基于無(wú)償數(shù)據(jù)的無(wú)償?shù)貓D；④ 基于有償數(shù)據(jù)的無(wú)償?shù)貓D。

由實(shí)體地圖出版社轉(zhuǎn)型而來(lái)的網(wǎng)絡(luò)地圖出版業(yè)大部分遵循第一類營(yíng)銷策略，它們購(gòu)買官方制圖數(shù)據(jù)，根據(jù)客戶的要求生成地圖和相關(guān)的地圖服務(wù)，追求成圖精度和工藝質(zhì)量的最優(yōu)化。客戶既可以購(gòu)買地圖及相關(guān)服務(wù)的使用許可，將購(gòu)得的地圖及服務(wù)存放在客戶端，也可采用托管方式，買下超鏈接以便瀏覽存放于出版商服務(wù)器上的地圖和相應(yīng)服務(wù)。

新創(chuàng)的網(wǎng)絡(luò)地圖出版商大多遵循第二類營(yíng)銷策略，它們不(再)購(gòu)買官方制圖數(shù)據(jù)，而是采用免費(fèi)的開(kāi)放街道圖OSM。OSM是當(dāng)前最成功的志愿者地理信息項(xiàng)目，其覆蓋面不斷提高，質(zhì)量也已達(dá)到了與官方數(shù)據(jù)不相上下的水平，甚至有更高的現(xiàn)勢(shì)性和更豐富的熱點(diǎn)信息。由志愿者捐助的OSM，存儲(chǔ)和計(jì)算能力有限，因此重點(diǎn)是數(shù)據(jù)獲取和質(zhì)量驗(yàn)證而不是提供免費(fèi)地圖，這為制圖專家提供了商機(jī)，利用無(wú)償?shù)腛SM數(shù)據(jù)量身定做客戶所需的地圖以及基于位置的信息服務(wù)，并按地圖面積大小和信息服務(wù)的等級(jí)收費(fèi)。盡管這類營(yíng)銷模式的可持續(xù)性還有待在實(shí)踐中進(jìn)一步檢驗(yàn)，但由于數(shù)據(jù)的零成本，其地圖在價(jià)格上明顯優(yōu)于第一類營(yíng)銷策略。第三類營(yíng)銷策略和第二類很相似，但采用無(wú)償?shù)拈_(kāi)放軟件從無(wú)償?shù)腛SM數(shù)據(jù)派生無(wú)償?shù)牡貓D，其覆蓋面往往只限于某個(gè)地區(qū)或某個(gè)城市，因此常見(jiàn)于該地區(qū)或城市的公益性門戶網(wǎng)站。

最令人匪夷所思的是第四類營(yíng)銷策略，即購(gòu)買官方制圖數(shù)據(jù)卻提供無(wú)償?shù)貓D，以谷歌地圖為例，其應(yīng)用程序接口在2005年啟動(dòng)之初對(duì)所有用戶完全免費(fèi)，而且無(wú)植入廣告，很快成為訪問(wèn)量最多的地圖服務(wù)平臺(tái)。自2011年起，谷歌地圖對(duì)商務(wù)用戶開(kāi)始設(shè)置收費(fèi)條件并有選擇地植入廣告，規(guī)定對(duì)其地圖的點(diǎn)擊量超過(guò)某個(gè)上限閾值的部分收費(fèi)(www.google.com/intl/en-us/help/legalnotices_maps.html)，由于閾值很高對(duì)于大部分普通商務(wù)客戶而言依然相當(dāng)于免費(fèi)。但植入廣告，例如某個(gè)位置附近的有關(guān)企業(yè)及產(chǎn)品介紹卻是收費(fèi)的，并足以抵消制作免費(fèi)地圖的虧損。越來(lái)越多被谷歌的搜索引擎發(fā)現(xiàn)并顯示在谷歌地圖上的商務(wù)客戶進(jìn)一步吸引了無(wú)數(shù)個(gè)人用戶，使谷歌得以通過(guò)跟蹤型插件獲取源源不斷的用戶行為信息，一方面用于進(jìn)一步改善谷歌地圖的設(shè)計(jì)，另一方面從用戶大數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)新的商機(jī)。這種變相收費(fèi)的方式是導(dǎo)致地圖出版業(yè)蕭條的主因。2008年成立的全球網(wǎng)絡(luò)廣告和出版社聯(lián)盟對(duì)谷歌地圖營(yíng)銷策略的合法性提出了質(zhì)疑(詳見(jiàn)www.i-comp.org/de)，迫使提倡“企業(yè)文化應(yīng)造福社會(huì)”的谷歌反思?jí)艛嗖呗缘牟涣己蠊约盎謴?fù)地圖服務(wù)多樣化的必要性^[25]。

最近，互聯(lián)網(wǎng)巨頭紛紛轉(zhuǎn)向大型數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和安全維護(hù)，建立了各自的云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)。專業(yè)化的商務(wù)網(wǎng)絡(luò)制圖平臺(tái)將和其他中小型企業(yè)一樣把重復(fù)性的例行過(guò)程移到云端，利用在線的應(yīng)用軟件或?yàn)g覽器為入口完成所需要的云端數(shù)據(jù)處理，并按云計(jì)算時(shí)間或所占存儲(chǔ)量付費(fèi)，從而能夠集中精力鞏固、優(yōu)化和突破各自的地圖設(shè)計(jì)專長(zhǎng)，特別是關(guān)于投影變換、三維圖形綜合、符號(hào)化規(guī)則、注記配置、色彩管理等難以自動(dòng)化或原創(chuàng)性要求高的任務(wù)。這個(gè)正在建立的生態(tài)系統(tǒng)有利于公平競(jìng)爭(zhēng)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，各得其所，符合“讓教堂繼續(xù)留在村子里”的理念。

5 結(jié)束語(yǔ)

自計(jì)算機(jī)技術(shù)引入地圖學(xué)以來(lái)，制圖成本不斷降低，催生了許多新的地圖品種，進(jìn)一步喚醒了人類的審美意識(shí)，從而促進(jìn)了地圖定義的廣義化。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)則為提升地圖的智能以及增加地圖的功能價(jià)值提供了關(guān)鍵的技術(shù)支持。相應(yīng)的制圖流程也逐步由面向無(wú)縫覆蓋的批處理暗箱操作擴(kuò)展到面向增量式熱點(diǎn)數(shù)據(jù)流的開(kāi)放在線平臺(tái)。制圖者的角色從地圖作者擴(kuò)展為制圖工具開(kāi)發(fā)者，用戶由被動(dòng)響應(yīng)變?yōu)楹椭茍D者共創(chuàng)地圖并提供補(bǔ)充信息的志愿者角色。制圖者和用戶各自的角色轉(zhuǎn)換也標(biāo)志著“世界有多大，網(wǎng)絡(luò)就有多大”(world wide web)的時(shí)代已被“網(wǎng)絡(luò)有多大，世界就有多大”(web wide world)的大數(shù)據(jù)和人工智能時(shí)代所替代。在高度移動(dòng)化的現(xiàn)代社會(huì)，地圖固有的定位、定向和空間預(yù)覽能力為全球互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)推銷廣告服務(wù)帶來(lái)了巨大的財(cái)富，極大地方便了網(wǎng)民的日常生活和工作，也為獲取用戶信息提供了新的商機(jī)。然而，這種不同尋常的價(jià)值轉(zhuǎn)移卻給實(shí)體地圖出版業(yè)和網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)業(yè)造成了破壞性的沖擊。隨著云計(jì)算平臺(tái)的出現(xiàn)，一個(gè)適合良性競(jìng)爭(zhēng)和創(chuàng)新互補(bǔ)的制圖生態(tài)環(huán)境正在恢復(fù)。地圖學(xué)作為測(cè)繪地理信息科學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科將繼續(xù)保持它旺盛的生命力，在與計(jì)算機(jī)科學(xué)和認(rèn)知科學(xué)等多種鄰近學(xué)科相互滲透的過(guò)程中不斷推陳出新，使地圖輸出由數(shù)據(jù)增值鏈中的最后一步變成開(kāi)放在線平臺(tái)中立等可取的最佳一步。

【引文格式】孟立秋。地圖學(xué)的恒常性和易變性[J]. 測(cè)繪學(xué)報(bào)，2017，46(10)：1637-1644. DOI: 10.11947/j.AGCS.2017.20170359