所有地图都是错的

地图没有一张是准确的,你相信吗?但它们仍能为人们提供非常大的帮助。让我们一起来探索地图制作的奥秘。

截然不同的地图

右侧有两幅世界地图,很明显,它们的视角是不一样的,上面地图的北极和南极分别处于地图左右,而下面地图的北极和南极则分别处于地图上下。

除此之外,许多陆地的形状和面积在这两幅地图上也都不一样。上图中的格陵兰岛与非洲相比那么小,而下图中的两块陆地居然相差不大;上图中的南极与澳洲相差不大,但下图中的南极却硕大无比,似乎可以横跨所有陆地;更加离谱的是,南美洲大陆在两张地图上根本不是一个形状。同样是地图,为什么差别这么大呢?这叫人以哪张为准呢?

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摊不平的橙子皮

试着把一个橙子的皮尽可能完好地剥下来,然后把它摊平,你会发现,只要橙子皮被压平,必定有些地方会被撕开。把地球想象成一个橙子,地表被剥离、摊平,同样,总有地方会在摊平的过程中产生破口,制作地图就与之类似。因此,二维平面地图不可能准确、完美地展现地球表面的面貌,只有地球仪可以。

立体橙子如何变成平面橙子

如果将地球表面均匀地切开,就像切橙子一样,是一瓣一瓣的,中间相连,两头破开,但我们平时看到的二维地图都是完好的。那么,地图是如何衔接破裂的橙子皮的?

关键不是衔接,而是把立体形状转换成平面形状,转换的过程被称为“投影”。你试着把橙子放在一张平整的纸上,用台灯从上往下照到橙子上,橙子就会在纸上形成一个接近圆形的影子,用笔将这个形状的轮廓描出来,你就获得了橙子的平面投影。

地图的制作就是把假想的地球放在纸上,用假想的光源进行投影,但实际上要通过复杂的数学理论和公式进行演算来完成投影过程。

地图的投影不仅要投射整体形状,还要投射所有位点、路线等,才能获得地面的各种信息。想象一下,你有一个透明的塑料球,球上有很多均匀的小点。这时,重复橙子投影的过程,你会看到纸上不仅有球形,还会出现很多小点,把这些小点标出来,这些点就是地图投影所需的关键信息。

面积不对却好用

世界上使用率最高的是墨卡托投影的地图(见文章开头),它有400多年的历史了。墨卡托地图上的陆地面积非常不符合实际,地图上格陵兰岛的面积与非洲相当,比中国大很多,它实际上却只有非洲的1/14、中国的1/3。虽然面积大小与实际有如此大的出入,但墨卡托地图却是航海过程中船长和水手们的好帮手。图上的经线和纬线是完全垂直的,而且地理位置的角度符合实际,因此,手绘直线就能标出航线,计算、绘制和导航都非常方便。百度地图就是采用的墨卡托投影法,地图上的道路与你的行进方向非常一致,当你在路口直角转弯时,地图上显示的也是直角;当你走直线时,地图上显示的也是直线。

不同地图,不同信息

制作地图的目的是方便人们获得某些信息,根据不同的要求可以采用最适合的投影方式,有的地图用来标识航线或路线,如墨卡托地图;有的地图并不提供实质的技术支持,主要就是为了展示世界面貌,采用的投影方式会使形状和面积尽可能符合实际;有的地图提供人口、矿藏、地质等地理信息,它采用的投影应该方便用来进行地块的平均分割。还可以制作各种特殊的信息地图,如游戏《我的世界》玩家数量的全球分布图,游戏公司需要这些信息来规划游戏的制作和推广;还有新冠病毒确诊病例全球分布图,专家可以用它来研究病毒传播的走向。

未来的全息地图

如果既希望地图完全符合实际,又能提供全方位的信息,那就要寄希望于全息地图。

全息地图一直是人类的梦想,在手机上一点,一个三维影像的地球仪就被投射在手机上方,它包含着丰富的地理信息,就像一个地理图书馆,人口、河流山川、生物物种、文化习俗等各种信息都能在简单的点击操作之下显示出来。但是,在全息地图真正进入我们的生活之前,大家还是先用这些不准确但好用的二维地图吧。

千姿投影,百态世界

如果你足够细心的话,从透明球的平面投影上会看到,即使球体上的点是均匀排布的,一旦投影到平面上,这些点之间的距离就变得有远有近了。把球体投影成平面,天生带有无法避免的缺陷——形变。制图师们想出了千姿百态的投影方法,但无论哪种方法,都会使立体球形表面产生扭曲变形,有时,几个国家的面积变大了;有时,陆地的形状变胖或变瘦了;如果你修复了一种形变,就会造成另一種形变。

几种经典的投影方法

几百年来,制图师们一直在寻找最合适的投影方法,最经典的投影方式为以下三种。

平面投影

就像前面提到的把橙子放在平整的纸上,想象把地球放在平面上,接触点可以位于极点、赤道或其他地点,根据地图的制作需求而定。左图是以北极为接触点投影的,假想的光源来自地球这一侧。

圆柱投影

想象将地球装进一个直径相等的圆柱体中,地球与圆柱体在腰部接触,可以是赤道,也可以是一条经线,或斜切,一般看到的地图多为赤道接触。假想的光源从地球中心向外以辐射状照射,将地球的影像打在柱壁上,柱壁展开就是投影后的地图。这种投影法由16世纪中期的荷兰制图师墨卡托创造,因此被称为“墨卡托投影”。

圆锥投影

想象给地球带一顶锥形帽子,地球与帽子接触的线可以是一条纬线。假想光源从地球中心照到帽子内侧,再把帽子展开,这就是锥形投影法。

版权声明:三分钟阅读 发表于 2021年11月1日 上午8:16。
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