GSIS特邀论文 | 奥地利制图委员会主席Wolfgang Kainz 教授：地图学的历史，危机和挑战
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人类一直在思考，时间和空间的特征是什么？时间和空间能够描绘吗？地图可视化用来描述时间和空间蕴藏的信息已有数千年的历史，其间产生了大量的地图投影和制图产品。然而，地图学作为一门独立的科学，在 100 多年前才建立起来。
20世纪下半叶信息技术的飞速发展对地图学的发展和理解产生了深远的影响。受邻近学科发展的影响，特别是地理信息系统和遥感的影响，地图学如何在空间科学中找到自己的定位？
为此，GSIS 特邀维也纳大学教授 Wolfgang Kainz 撰写学术论文 Cartography and the others – aspects of a complicated relationship，详细回顾了地图学的发展历史以及在发展过程中遇到的困境，重新定义了地图学的三个核心：作为地图学语言的符号学（Map graphics (semiotics as language of cartography)）、认识论方面的时空建模 （本体论）（Epistemological aspects: modeling object relationships in space and time (ontology) ）以及时空信息传递和交流（Spatio-temporal communication）。
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引用本文
Wolfgang Kainz（2020） Cartography and the others – aspects of a complicated relationship, Geo-spatial Information Science ，23:1,52-60，DOI: 10.1080/10095020.2020.1718000
以下为论文主要研究内容：
回顾地图学的发展历史及其身份认同问题。从公元前发现的世界上最早的地图，到1569年出版的地图中首次使用墨卡托投影（这对地图制图产生了深远的影响），到德国地理学家马克斯·埃克特（1868-1938）出版了两卷《地图科学》，标志着地图学作为一门独立学科和科学的诞生。
定义了地图学究竟是什么。地图学是生产地图和与地图有关的产品的科学和技术。这些产品是（虚拟）现实的数字或模拟模型。地图学的研究重点是地图制图、时空建模和信息交流。
阐述了地图学与地理、地理信息系统、摄影测量学、遥感、大地测量学等相邻学科的关系。它们各有许多交叉领域存在，却又各有特点。
作者最后明确了当前和未来地图学发展的挑战。认为：
在作为地图学语言的符号学研究中，应发展一种结合地形图和专题图以及时空三维数据可视化的统一地图设计理论；
在地图为现实建模的研究中，需要考虑到空间和时间维度（本体论）的综合现实模型，从中可以得到不同细节层次的“地图”；
同时，地图学需要密切关注新颖的可视化技术，如高分辨率的球面显示器和使用全息图像的立体三维显示器等。
前沿观点
“15和16世纪的探索时代带来了对导航地图和覆盖世界新发现地区地图的需求。
现代地图学的一个里程碑是Gerhard Mercator在1569年出版的地图。
直到20世纪初，主要研究地图投影及其特征的理论，或者是作为测量员任务的地形测绘。专题制图较少。直到德国地理学家马克斯·埃克特（1868-1938）出版了两卷《地图科学》，标志着地图学作为一门独立学科和科学的诞生，地图学作为一门科学才得以确立。
The age of discoveries in the 15th and 16th centuries brought a need for navigation maps and for maps covering the newly discovered parts of the world.
A milestone in modern cartography is the map published by Gerhard Mercator in 1569.
Until the beginning of the 20th century cartography was mainly either theoretical work on map projections and their characteristics or topographical mapping as a task of surveyors. Thematic mapping was less developed. Cartography as a science was not established until the German geographer Max Eckert (1868–1938) published his two volumes on “map science” that marked the birth of cartography as an independent discipline and science (Eckert 1921, 1925).
“陈述彭（1920-2008）是中国遥感与地理信息系统研究的奠基人之一。他引领了中国国家地图集的创新。
Chen Shupeng (1920–2008) is known as the founder of remote sensing and geographic information systems studies in China. He was leading in publishing national atlases of China.
“数据（在数据库中）与地图可视化（现在是在数字显示设备上）的分离是地图学的一种范式转变，制图者和地图使用者很长一段时间以来一直习惯于在纸质地图上同时拥有数据库和可视化。
从积极的方面来看，这些发展也导致了对动态和多重表示的潜力的新看法，以及制图理论（动态变量和模型综合）的扩展。
The separation of the data (in a database) from the map visualization (now on a digital display device) was a paradigm shift in cartography where cartographers and map users for a very long time had been used to having a database and a visualization together on a paper map.
On the positive side, these developments also led to new views on the potential for dynamic and multiple representations and an extension of the cartographic theory (dynamic variables and model generalization).
“我们可以将地图学的定义修改为：
地图学是生产地图和地图相关产品的科学技术。这些产品是（虚拟）现实的数字或模拟模型。
地图学研究的重点是：
地图制图（作为制图语言的符号学）
认识论方面：空间和时间中的建模和对象关系（本体论）
时空信息传递
符号化、建模和信息交互3个方面构成了地图学的核心。对地图学的一个更为实用的解释是，地图学通过可视化将空间数据转化为空间信息。
We can modify the definition to:
Cartography is the science and technique of producing maps and map related products. These products are digital or analog models of (a virtual) reality. Cartographic research focuses on
Map graphics (semiotics as language of cartography)
Epistemological aspects: modeling object relationships in space and time (ontology)
Spatio-temporal communication
The three aspects of semiotics, modeling, and communication form the core of cartography. Each aspect appeared more or less prominent throughout the last century. A more functional explanation of what cartography does, is that cartography translates spatial data into spatial information through visualizations.
“地理学与地图学的密切联系和许多交叉，往往导致人们误认为地图学是地理学的一部分或一个子学科。……但地图学侧重于地图语言、建模和交流，而地理学则涉及不同的概念。
The close relationship and many overlaps of geography and cartography often leads to the misconception that cartography is a part or sub-discipline of geography.……cartography focuses on the map language, modeling and communication, whereas geography deals with different concepts.
“(GIS的)重点一直是存储、管理和分析。可视化只是GIS的其中一部分，而不是最重要的部分。
GIS is a set of tools for making visible what would otherwise be hard or impossible to see, and for promoting ideals through story maps. Their focus has always been on storage, management, and analysis. The visualization part of GIS is just one, however, not the most important part.
“灵活和可折叠的显示器将从根本上改变我们使用地图和地图集的方式，因为智能手机和平板电脑改变了我们交流和消费信息的方式。
Flexible and foldable displays would fundamentally change the way we use maps and atlases, as smartphones and tablets changed the way we communicate and consume information.
作者简介
Wolfgang Kainz 奥地利维也纳大学地图及地域研究系的地图学和地理信息科学教授，主要研究地理信息系统中的数学原理、不确定性及拓扑学。
Wolfgang Kainz is a full professor of cartography and geo-information science at the Department of Geography and Regional Research of the University of Vienna, Austria, where he conducts research and teaching on the mathematical principles of GIS, uncertainty and topology in GIS.
文章图表
Figure 1. 浮石采样位置示意图（a）。Hasan Daı火山和浮石取样位置（b）。对圣塔拉赫尤克壁画的黑白渲染被解释为显示喷发的Dağı和建筑物（c）。Dağı（d）的3D渲染。
Figure 2. Nippur城市地图
Figure 3. 托勒密世界地图（大英图书馆2019）
Figure 4. 奥地利国家图书馆文多博纳（维也纳）的部分表格
Figure 5. 地图学的层次结构
Figure6. 地理学的层次结构
Figure 7 GIS的功能组成
Figure 8. 空间科学及其交叉部分
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