（中科院学部委员）

（一）信息时代的挑战

90年代是一个关键的时刻，旧的格局已经打破，新的格局正在形成。一幅新的世界地图正在等待着人们去重新描绘。著名地图学家泰勒（D. R. F. Taylor，1990）在他的《21世纪的地图学》一文中深刻地指出：“地图学作为信息革命过程和产物的结果，正在经历着急剧变化的时期”。“我们正处在一个地图学与地图工作者能够作出较大贡献、令人鼓舞和戏剧性变化的时代，如果我们不能适时作出反应，我们的专业和学科就可能受到伤害”。关键就在于“适时作出反应”。他说：“认真思考我们所面临的巨大的新应用的挑战，……正在出现的信息革命所提出的挑战，以及全球社会经济开发和环境恶化的挑战。地图学在这两个世界问题的理解、分析和解决中，应有所作为”。“在信息时代，我们的产品不仅应该有助于我们解答问题何在，而且应解答何故，何时，由谁提出的问题。我们还必须应用这个领域正在出现的新技术更有效地传达我们的信息。”归纳起来，泰勒提出的问题：首先是面临新应用的挑战，要求对解决世界当前人口-资源-环境问题作出切实的贡献；二是面对信息新技术的挑战，如何充分利用现代信息源并卓有成效地传达信息。

（二）信息源与地图更新

地图学的第一难关是解决地图信息源的问题。信息的丰富与否，或称为区域的调查研究程度是至关重要的前提。在地图学科发展的漫长历史中，我们的祖先，曾经以最艰苦的探险，组织最庞大的队伍和最先进的技术装备去解决这个问题。地图工作者为此而千方百计去弥补地区或学科的一些空白。例如30年代编制申报馆地图时，需要补测经纬点和虚拟等高线；50年代编制自然地图集还需要内插等温线，推导类型界线。而90年代不仅拥有覆盖全国的航空相片和航测地形图；有覆盖全国的以至全球的卫星影像和数据，其中气象卫星的重复周期至少每天两次，陆地卫星和海洋卫星的地面分辨率达到10米至80米不等，图像处理精度接近于像元或半个像元，足够保证1：50000或更大比例尺的地图精度。而且小比例尺地图可以直接从影像编制或自动制图，不再需要从大比例逐级编制。系列专题地图可以从同一遥感信息源派生。由于我国遥感卫星地面接收站和气象卫星中心的相继建立；全波段、全天候功能航空遥感的应用，迅猛地促进了专题地图领域的开拓和深化。在板块学说的指导下，陆地卫星影像上线性与环形痕迹极大丰富；使全国及亚洲的大地构造图面目一新，在煤田、油气田或地下水资源勘探制图中分析断陷盆地，在有色、黑色金属勘探中分析成矿构造，获得了大量新的信息。在内蒙、山西、陕西、河南农业生态区划制图和国土规划制图中，出版了大地构造、地震活动断裂构造分析和地球动力学等专题地图集。气象卫星影像主要应用于天气和灾害预报业务，动态云图和天气分析图已成为日常的电视节目。在海冰监测和渔情速报、洪涝监测、作物估产方面也成为制图的重要动态资料来源。编制了气象卫星影像分析图集。航空摄影和航空多谱段数据，在森林资源、城市规划、环境评估，水土保持、工程地质、黄金找矿等方面，已成为基本制图资料。一般节约人力、物力50终，制图效率可提高2~10倍。广州、西安、天津等城市出版了航空遥感图集。中国首先完成了国际空间年编制全球1-150万卫星影像地图的计划。以上实例说明，遥感信息已经成为地图的重要信息源之一，而且所占比重愈来愈大。

90年代，将是一个群星璀璨的年代。将有许多对地观测的卫星在工作，除静止气象卫星和极轨气象卫星外，还有美国的陆地卫星6，7号，法国的SPOT资源卫星，日本的海洋卫星MOS-1、资源卫星JERS-1、欧洲的遥感卫星ERS-1，还可能有印度和我国发射的资源卫星（CBERS）、前苏联设计了自然卫星（IIAE-ROBA）和生态卫星（ECOSATE），它们都能为地图更新和专题制图提供不同比例尺的信息。以陆地卫星为例，全球已遍布20多个接收战，亚洲最多，超过15个，最近印尼耗资3000万美元，巴西耗资2000万美元购进的新型设备，均具备接收多种卫星的综合功能。我国正着手增设若干台站，台湾省也筹备投资800万美元增设台站。90年代我国不仅具备接收国际卫星数据的能力；而且准备接收本国发射的卫星，覆盖全国，获得可控的准同步的动态信息。保障遥感监测与制图走上一个新台阶。

与此同时，我们还应该看到小型卫星群的发展趋势。目前全球将有18个小型卫星，组成覆盖全球的全球定位系统（GPS），它们既是导航的业务系统，也是单点定位、更新地图的捷径，使大地测量与地图投影的硏究焕然一新。对地观测卫星也同样在向小型卫星群发展。英国的一所大学的地理系，自己筹资200万美元，把一颗200公斤的小卫星送上天。美国和前苏联分别提出了发射66颗和90颗小卫星的计划。我国科学家估计用6颗小卫星，扫描带宽400公里，就可以每天重复过境2次、获得覆盖全国的遥感数据。地面分辨率稍低，但对灾害监测、作物估产等动态研究无疑是更为有利的，成本更要低得多。

遥感信息虽是地图的重要信息源之一，但不是唯一的信息源。特别是人口、社会、经济统计和长时期的历史纪录。其规模和范围比遥感更宏伟。我国人口、土地、工业、农业等普查数据统计网络与标准化的现代化水平很高，全国已组成54台IBM-4381的统计网络、建成了国土基本数据库等17个信息系统。农业资源信息系统正在筹建，它将把全国200多个动态监测台站的数据和50多个生态试验基地的数据综合在一起。如果进一步与中关村的科学信息网络中心联机检索，推广全国人口地图集，经济地图集的计算机辅助制图的经验，大型国家级地图集的编制就会大大缩短周期，降低成本，便于更新，甚至为电子图集所取代。

特别令人振奋的是我国历史纪录的发掘与测绘技术的提高，为环境变迁、古地理图和历史地图的发展开拓了崭新的天地，C¹⁶、热释光、古地磁、铀237、孢粉等测绘技术的进步，使我们追溯的历史延伸了许多，例如中国古地图的实物、可以追溯到2000年前，考古证实北京萌芽于3030年前；年轮、旱涝灾害等古气候纪录由距今2000年追溯到距今5000年以上；元谋猿人由距今50万年推前到距今150万年；黄土堆积由距今160万年推前到240万年。古老的东方文明，愈来愈显示出中国的特色，璀璨的光辉。中国古地图集、中国历史地图集和西安、北京城的历史地图集的出版，黄土高原的研究成果，在国际上弓；起了强烈的反响。

概而言之，遥感信息的获取，正在向全波段、全天候和全球覆盖的方向迅猛发展，信息网络的组建和光缆、微波传输技术的进步，突破了时间和空间的局限，形成丁数据极其巨大的信息流。为全球和区域经济发展提供快速的信息服务。地图学家无论是主动的或是被动地都被卷进了这一急湍的时代的洪流。

（三）科学的深加工

地图学者怎样去得到经过科学深加工的最终信息产品呢？我们的主要研究对象既然是人类居住的地球，可能很有必要考虑一下90年代地球科学和地理科学的现代思潮与科学方法。改变传统的信息处理和加工的概念。如前所述，人类对地球的观测已经发生了根本性的革命。第一解决了大区域的，洲际的以至行星级的准同步数据采集问题。过去在郑州附近黄河河槽上观测一个水文断面，需要6个小时；北京发放一个高空气球，1小时后可能漂浮到了天津上空。海洋考察船的洋流观测可能相差几天，而森林资源，土地利用制图的资料可能跨越十几个年头。现在我国自己设计的气象激光雷达和UHF多普勒测风雷达（周秀骥，1989）多频微波辐射计系列（赵伯林，1989）就征服了对大气和海洋观测的这些不能准同步的缺点。加拿大在土地信息系统支持下的遥感制图，每幅1：100万土地覆盖与土地利用图，利用前一天接收的陆地卫星影像，自动分类制图过程仅需25分钟，因而对土地利用的季相变化了如指掌。洲际的绿被指数或沙漠化程度，大洋环流和厄尔尼诺现象，以至两极的海冰进退、臭氧洞的扩散、各大洋的水温、水色、波浪、海面高程（厘米级）都能提供准同步的地图。

第二，多维分析技术方法有了长足的进步。以地震和人工地震为例，1965年的石油勘探开始研究三维地震（李庆忠），提出两步法实现三维归位的方法，在渤海湾盆地复式油气聚集带的勘探中，为胜利油田作出了贡献。70年代开始数字地震技术，80年代引进数字地震设备，开展偏移成像和三维地震勘探方法的研究，国家地震局建立了地震预报专家系统，编制了未来50年地震灾害预测图（陈）设计了期望地震图（马在国）、根据地热场的变化相当成功地预报了近年华北平原的地震。（翁文波）

1976年国家测绘总局公布了民用地心坐标转换参数，建成了太原特高精度野外三维空间大地网，推导的世界1380年大地参考系的全套参数和计算公式至今为国际组织IUGG所采用（陈俊勇），建立了重力潮汐基准，开拓了固体地球潮汐形变的研究。为制导和测控提供了理论依据（许厚泽），以及青藏高原的大气环流所引起的声波对电离层的干扰。（李钓）青藏高原的隆起，对黄河上游阶地的发育与黄土高原的沉积建造（李立场、安藏生），也有新的发现。为举世瞩目的以上事例证明，地球科学的分析研究方法进步很快，最明显的特点是：由静态的空间分布现象的描述转向动态的时空变化，着重场与熵的分析；由统计分析转向热动力学模型和推理的分析，从而研究自然过程中由渐变转化为突变或灾变的过程（殷洪福）。提出了“灾害群”和“灾害链”的新概念（马宗晋）。这些新的概念新的方法，已明显地反映在新近出版的《中国动力学地质图集》、《中国自然灾害地图集》、《中华人民共和国及其毗邻地区第四纪地质图》和地质力学观点的《中国大地构造体系图》的编制思想之中。

（四）学科建设探讨

泰勒认为，“地图是客观现实世界的一种抽象，它并不是客观世界本身。传输也不是纯客观过程，是一种修辞学过程。问题正是修辞学是为何明确的。”帕普伐里（Paap-Vary 1989）指出，要把内容（客观现实的表象）与形式（地图表示方法）区分开来是困难的。作为地图学家，不能不花费较多的时间和精力去了解地理科学和地球科学的进展。用现代科学理论包括哲学、美学和数学来指导制图技术，加深对地图学的认识和理解，加强地图学的理论建设和应用基础研究。

第一个问题，是地图学与地理系统和地理信息系统的关系。我国地图学家们很早就注意到引进系统论、信息论的观点，重视传输理论。最近学习钱学森教授提出的巨系统的重要观点，对于重新认识地图学的学科性质和层次，很有启发。首先让我引用他的一些原文：“地理科学”就是一门综合性的科学，地理科学研究的对象就是地球表层。‘地球表层’这一概念是借用苏联科学家的建议，指的是和人最直接有关系的那部分地球环境，具体地讲，上至同温层的底部，下到岩石圈的上部，指陆地往下5-6公里，海洋往下约4公里。地球表层往外的部分和地球表层更深的部分是地球表层的环境。……‘地球表层’是一个系统，而且是一个非常复杂的系统。在系统科学中，称非常复杂的系统为‘巨系统’，不是大系统，而是比大系统还要大。地球表层是一个巨系统，这个系统不是封闭的，与环境是有交换的，这是当今系统科学中的一个概念。交换的外围就是巨系统的环境。地球表层这一巨系统与环境有物质和能量的交换。这是一个开放系统，不是封闭的系统。……

“地理科学是包括内容很多的一大门科学，根据现代科学近100年来的发展，可将它分为三个层次：最理论性的层次，就是基础理论学科，我认为这就是“地球表层学”，尚待建立；第二个层次，就是应用理论学科，这发展的较快，有的还需建立，像数量地理学；第三层次，直接用于改造客观世界的应用技术，现在已经很多

他又说：“我认为地理科学是自然科学与社会科学相结合的学术部门，我主张把地理同地学分开，甚至树起与现代科学技术体系中自然科学这一大部门‘平起平坐’的又一大部门地理科学。地理科学的时间尺度比较短，十年、几十年；不是地学的万年、百万年。（1987年3月2日给金石琳教授的信）。

帕普-伐里指出：“事实上，地理信息系统是获取关于现实世界更深层知识的一种新手段，地图工作者不仅在开发新手段而且对现实世界的新领域和最新发展的空间关系的探索，均在而且应当起到他们的作用。”，地理信息系统可以说是从地图数据库脱胎出来的，近些年来又发展了电子制图系统（EMS）的新支。把地图学看作是地理信息系统的组成部分，或者把地理信息系统看作是计算机辅助制图的一种附件，都是片面的。

第二个问题，是关于传输论与感受论的问题：信息传输无疑是地图学的核心问题之一。涉及到许多有关的概念。地图曾被看作是“语言”，也曾被看作是“艺术”，后来引进传输论或感受论作为地图学的理论基础来研究。所以在地图和地图学的定义中，不能不强调“图形”特点和视觉、触觉的效果。泰勒认为：“地图是具有一种强有力传输因素的应用学科，主要是视觉学科……”。通常关于地图学的争论围绕下列问题展开，地图学是否是形式科学或认知科学？传输模型作为这门学科的理论基础是否恰当？地图学中的艺术成分及其作用如何？计算机技术日益增长的冲击对这门学科将产生多大的变化？这些问题引起了对地图学重新定义和评价的兴趣。

地图作为信息载体，其传输媒介随着人类文明的进步而变革。2000年前的地图，只有那些埋藏在墓穴中的丝帛、铜版、陶器得以幸存；600年前的地图，也只有镌刻在顽石上的少数碑铭得以免于自然或人为的灾难。印刷和造纸使地图得以广泛的流传，形成独特的工艺流程和生产行业，由雕刻铜版到塑料刻图、分版清绘；由照相胶印、电子分色；到电脑编辑系统在经历由简单到复杂，由低级到高级的螺旋式发展过程中，随着生产方面地图的表现形式不断地改变，信息量不断地增加，发行的速度和数量也迅猛地增加。专业分化亦应运而生，但万变不离其宗，没有脱离摄影与感光化学的信息流程。或者说，只是对眼睛的仿生学模拟，以视觉信息为归宿的前期处理过程而已。自从电脑的介入则传输媒介发生了本质的变化，它采用以数字传输为主的信息流程。图形、文字全部转换为数字编码，经过数字处理而后输出为图形。因此，90年代出现了电子地图集。这一新的形式。英国和美国的光盘存储和激光大屏幕显示是振奋人心的。（如Demosday系统），它们所具有图形几何纠正，光学镶嵌、影像复合和地图编辑的功能使地图工作主要在光笔或球形控制器操作中进行的。即屏幕设计的地图正是在中央数据库的支持下采用人机交换的方式来实现。而通过智识库或逻辑推理机，诸如投影选择、比例尺变换等量线的概括与选取，地貌晕渲，移动窗口，三维动态显示等等，都是在数字模拟的地球表层曲面上来进行的。大部以电子地图集的形式出现。它同样为读者提供视觉的最终产品。不仅是可供读者选择、组合、对比，我们已经设计了黄河下游和三角洲上的河道变迁和河槽演变的历史复原地图，还可以移动窗口和变调比例尺，三维显示和轴旋转。NASA最近展示的火星地形图和亚洲南部景观图，就是利用卫星遥感图像和DTM复合制成的。这意味着，计算机技术已经走向艺术的殿堂，音乐艺术实现“视觉化'并作为图形显示开发新的信息处理算法和软件，正在探索基于视觉生理的人工智能领域，在视觉仿生学方面不断提高自动识别，空间解析和信息传输的能力。如果地图学家无视这f富有希望的接口”（泰勒），就会错过地图学与人工智能结合起来，研究信息传输与感受问题的机遇。

第三个问题是：关于图像信息机理（Iconic Infor-matics）与地学信息机理（Geo-Informatics）的研究。最近王之卓教授发表了一篇重要论文《关于摄影测量、遥感及空间信息系统的学科分类问题》，呼吁大力协同，促进地球科学领域中有关信息理论的研究。我是非常赞同的，而且认为与地图学有非常密切的关系，还涉及到地球科学中的许多分支学科。王之卓教授在文章中指出：“摄影测量、遥感及空间信息系统这几门学科的发展成就，特别是后两门学科已往的发展成就，人所共知，是多种学科科技工作者共同努力的结果。摄影测量工作者的人数相对地说是不多的。对此所曾贡献的力量只是占其中的一个部分。由此也可以进一步看，当前某一学科的发展/必须领先多种学科科技人员的共同协作，而科学技术的发展是趋向综合性的”。

文中引用了莫斯科大学帕尔杨特（Berlyant）的一段文献：“据统计人们所获取它们真实世界中的信息，大约有90%是各式各样的二维或三维影像的形式取得的。对地学方面的专家们经常与地图、影像和摄影测量方法打交道，这个百分比还要更高一些。”接着王之卓教授呼吁：“有人说21世纪将是信息时代，这也反映出从事图像科学工作者今后将会承担更加艰巨的任务。对于我们所从事的这门学科的发展，需要提到日程上来了。至于如何安排才好、有待大家讨论。不但要在国内讨论，而且也有必要在国际间开展讨论，能够有比较一致的意见才好。”

在深刻分析了摄影测量的发展历史之后，王之卓教授明确指出：“我们在这里提出讨论的几门学科都属于信息学（Informatics）的范畴，看起来，这样理解比较合理。作为一个综合性的学科，要用几个字高度概括地描述这门学科，我认为用图像信息学（Iconic Informatics）很合适。Iconic这个字一般具有两方面的含义：一方面是表示一种影像的视觉的（或物理的）表达；另一方面表示一种结构。那就是说，指的是影像或者是图形这门学科（Iconic Informatics），主要处理的是‘影像’（可以是模拟的，也可以是数字的），但是在有的情况下，也可以是‘图形’及在当前人们仍在不断地使用这个字（Icon），或者把这个字与其字联用，以表达图像信息学中的一些专用的术语，例如用Icon Sketch这个字来代表一种低分解力的栅格影像（Rester Image）、一条线划（Linedrawing）、一个链码草图（Chain-coded Sketch），或某些图像符号（Pictorical Symbol），例如在键盘上所具有的某种符号等。”

我完全拥护王之卓教授的倡议，以《图像信息学》代表摄影测量、遥感、空间（地理）信息系统，以及地图学的共同的应用基础理论。并以此命名。大家都来研究它，宣传它。还呼吁地球科学界从事信息观测、分析工作的同志们，例如地质构造线性形迹（Linement）分析、地震波分析，土壤诊断层分析、海洋波浪分析等的专家们，大家都来研究它，应用它。推而广之，共同发展《地球信息学》（Geo-informatics），作为《地球表层学》应用基础理论方面的一个分支，是完全可能的，而且是必要的。这样，有利于明确摄影测量、遥感、地理信息系统与地图学……的应用基础理论研究目标，以及它们在地球科学学科体系的层次。而不仅是作为地学工程（Geo-technology）的一个分支。

（五）结语

面临信息时代的机遇与挑战，久经社会实践考验的地图学，必需作出适时的反应。不仅是在工艺技术方面，更重要的是应用领域和理论研究方面。时代失落感或者自我欣赏并不符合地图学发展的历史规律和现代学术思潮的主流，21世纪的地图学，将在地球科学和信息科学的园地里更加活跃。

如果地图学的研究对象主要是针对地球表层的客观现象，但又不是客观世界物质流与能量流的本身和机制，那么，是否可以把焦点集中在参与其中内外循环的信息流的反映和抽象。包括空间和时间信息的表达、传输和再加工。从而对地球动力学过程、全球环境演化基因，人地关系界面活动、资源与环境的系统调控作出相应的动态反映；在国家或地区内的区域规划、资源开发、环境保护等系统地学工程中，对这些问题的认知、理解、分析和决策中有所作为。继承地图学固有的综合观点和区域观点，通过它的多维结构和多层次功能，把地图学理论推向现代科学体系中的更高层次上去。为地图集和系列地图的设计和生产，注入更多的现代科学营养。

地图的图形和视觉方式的表达、传输和利用，由于光盘存储、光纤和激光技术而不断更新换代；同时，全球定位系统（GPS）、遥感（RS）与地理信息系统（GIS）已经迅速发展形成信息服务行业，地图学不能无视这一竞争的现实，必须重视地图的数字化和触觉方式，大力加强和完善计算机辅助制图（CAM）系统和电子制图系统（EMS），发挥地图作为空间信息载体所固有的信息兼容、压缩、叠加、联想等功能，为共同创建地球信息理论（Geo-informatics）作出应有的新的贡献。

科学技术作为第一生产力，地图生产的工艺技术和组织管理应该努力提高智能化的水平 · 尽快适应改革、开放的形势，适应社会信息流高速运行的需求。近年来，我国在数学地图、交通旅游地图领域迈出了新的步伐，汽车司机地图和邮政编码地图畅销不衰。在城市环境与土地资源评价、自然保护、疾病地图应用领域也有新的突破。人们高兴地在电视屏幕上看到气象和海洋预报的地图。但是，还有许许多多建设地图的领域有待开发，我们期望地图更多地参与到现代社会的快速的信息流当中去，开拓新的天地。地图不只是作为孤芳自赏的科学-工艺产品，或者成为束之高阁的保密文件或艺术珍藏。地图本是大众喜见乐闻、雅俗共赏的文化工具，需要努力适应信息时代的家庭生活，作为满足人类视觉信息源的组成部分，地图学就会家喻户晓，充满活泼生机。

（本文系作者1991年在全国第四届地图学术讨论会上的发言。）