【院士】王家耀：新时代中国地图学快速发展之路

摘要：

本文系统梳理了中国地图学从传统制图向数智化转型的历史脉络，揭示了科学抽象方法、空间认知理论与技术创新协同驱动的学科发展机制。通过解析地图投影、符号系统、制图综合三大科学抽象方法，探讨了时空大数据与人工智能技术对地图学范式革新的深刻影响，并提出地图哲学引领、数据文化铸魂、时空智能赋能的三维发展框架，为新时代地图学的持续创新提供理论支撑与实践路径。

关键词：中国地图学；时空大数据；人工智能；创新性发展

引用：王家耀，程士源，熊思奇，等.创造性传承与创新性发展：新时代中国地图学快速发展之路[J].测绘科学技术学报，2025（4）

引言

地图学作为一门兼具科学性与社会性的学科，在人类认知和表达地理空间的过程中发挥着重要作用。随着信息技术的快速发展，地图学正经历着从传统制图向数字化、智能化的转型过程。这一转型既源于学科自身发展的内在需求，也受到信息论、控制论和系统论等跨学科理论的影响。计算机技术和大数据的发展，为地图学的智能化研究提供了技术支持。当前，地图学的发展呈现出以下特点：学科理论体系不断完善，从经验科学向理论科学转变；地图作为数据载体，在社会空间认知和决策中的作用日益凸显；人工智能和机器学习技术与时空大数据分析的结合，推动了地图制图的智能化发展。同时，地图学与地理信息科学、计算机科学等领域的交叉融合，促进了空间认知计算等新兴研究方向的发展，智慧城市等应用需求也推动了地图学在实际应用中的深入发展。本文旨在系统梳理中国地图学从传统制图向数智化转型的发展历程，分析其学科发展机制，并探讨未来发展的理论框架与实践路径。

地图学是一门经历数千年发展且任何时期任何社会都不可或缺的科学

01

人类对地球形状和大小认识的漫长过程

人类对地球形状和大小认知的历程已存在千年之久[1-4]。在古地图萌芽时代，今捷克境内巴甫洛夫附近、古巴比伦和埃及东部沙漠地区都曾出现过地图，但并未涉及到地球的形状和大小，人们也没有地球的概念。古希腊、古罗马时代，人们最早“感悟”到地球为“球”形，并进入地球为“球”的孕育期，古希腊唯物主义哲学家米勒人阿那克西曼德（公元前610——前545），提出地球形状的假说，绘制了当时已知世界的地图；古希腊哲学家和数学家毕达哥拉斯（爱奥尼亚萨摩斯、卡卡尼亚梅塔蓬闺姆）第一次提出地球为球形的概念；之后，柏拉图、亚里士多德、古希腊地理学家狄凯阿科斯以及中国战国时期的哲学家惠斯也相继提出相似的观点。在这之前，人们对地球形状的认识称为“地圆说”，还局限在哲学思辨的层面上，还不能准确的测量地球的半径。埃拉托色尼（公元前276-前194年）是已知采用几何学、天文学和测地学相结合的方法测量过地球周长的第一人，其著作《地球大小的修正》可精确测算地球圆周，而《地理学概论》一书则论述了世界地图的绘制，系统提出了采用经纬度法编绘世界地图的方法，全面改绘了古老的爱奥尼亚地图。地球作为球体，要将球面描绘在平面地图上必须采用数学方法——地图投影，天文学家吉帕尔赫（公元前165-前125年）创立了透视投影法，利用天文测量方法测定地面点的经纬度；古希腊数学家、天文学家、地理学家和地图学家克罗狄斯·托勒玫（公元90-168年）的《地理学指南》一书提出了球面投影和普通圆锥投影方法，被誉为古代地图学的一部巨著。英国著名物理学家艾萨克·牛顿（1643年1月4日-1727年3月31日）创立的牛顿三大定律和万有引力定律，奠定了物理大地测量学的基础，成为研究地球形状及其外部重力场的学科。到文艺复兴、工业革命、地理大发现和以大规模三角测量为基础实测地形图时期，需要也有可能更加精准地认知和测定地球的形状和大小，德国数学家高斯（1777-1855）的“内蕴曲面论”用数学方法测定地球表面的形状和大小，其学生黎曼受“内蕴曲面论”的启发，发展成了三维或多维空间的一般“内蕴几何学”。之后，科学家们发现人类的测量活动虽是在地面进行的，但地球自然表面极不规则，无法用数学模型来描述，也不能作为测量计算和地图制图的基准面，因此开始探索和寻求一种同地球自然表面非常接近的规则曲面，1743年法国的克莱洛证明了重力值与地球扁率之间的数学关系；19世纪初，法国的拉普拉斯和德国的高斯相继指出地球非椭球性；1849年，英国的斯托克司提出由重力测量资料（数据）确定地球形状的完整理论和实际计算方法；1873年，利科汀首次提出大地水准面的概念，并以大地水准面表示地球形状；1945年，前苏联的莫洛坚斯基创立用重力测量数据直接研究真实地球自然表面形状的理论，称之为莫洛坚斯基理论。人类对地球形状的认识经历了：“圆球→椭球→大地水准面→真实地球自然表面”的过程。这既反映了科学技术的进步，也反映了人类关于地球形状的认识论和实践论规律。之后，在科学家们的不断探索下，开始了地球椭圆大小与（似）大地水准面的精细化研究，测定了地球椭球的形状和大小与地球重力场，发现了地球椭球体与大地水准面最佳密合的条件，并进行了似大地水准面的精细化研究。

02

人类对复杂非线性地球系统的认识

人类对地球形状和大小的探索与认知并不支持人类全面的认识地理世界，还需要有对复杂非线性地球系统的科学认知。近代以前，由于人们还没有地球的概念，主要研究的是人类生活在地球系统中的地理环境，“地理学”一词始于我国《易经·系辞》和古希腊埃拉托色尼的《地理学概论》，主要对当时已知世界的地理情况进行罗列式描述；从我国航海家郑和揭开15世纪海上探险序幕，到哥伦布、达·伽马和麦哲伦等的地理大发现，基本上奠定了世界地理和世界地图的海陆轮廓，大大丰富了当时的世界地理内容，其资料和数据成果也迅速反映在当时的地图、地图集和地球仪上。近代地理学始于18世纪末和19世纪初，人们开始强调因果关系研究[4]。20世纪80年代~90年代，人们开始从静态的定性描述向动态定量分析，通过时序数据、大数据统计分析和卫星对地观测所获取的地面变化数据分析挖掘，开展时空变化和分布规律的原理和预测研究，并进一步探索把地球作为一个复杂非线性系统科学来研究。地球系统指由大气圈、水圈、陆圈（岩石圈）和生物圈（包括人类本身）等四大圈层组成的作为整体的地球——复杂非线性地球系统，其间存在着四大圈层之间的相互作用，物理、化学和生物三大过程之间的相互作用，以及人与地球系统之间的相互作用（人地关系）。20世纪80年代中期，地球系统科学作为一个完整的和综合性的观点，是一个新兴科学前沿领域[5]，它的产生和发展是人类为解决所面临的重大全球性环境问题的需要，也是科学技术向深度和广度发展的必然结果。全球卫星导航定位系统（GNSS）、卫星遥感（RS）和地理信息系统（GIS）组成的现代地球观测系统，为人类提供了对整个地球系统进行长期的，立体的监测能力，为搜集、处理和分析地球系统变化的大规模海量数据——时空大数据，建立复杂非线性地球系统的数学模型提供了工具。

03

地图学是一门构建非线性复杂地理世界的科学

3.1 地图如何构建复杂非线性地理世界（地理世界→地图世界）

地图作为一门科学语言，是表达复杂地理世界的伟大创新思维，在重构复杂非线性地理世界方面经历了漫长的过程[6]，“科学抽象”作为地图构建复杂非线性地理世界的核心，其方法有三：

一是解决地图平面与地球曲面之间的矛盾——地图投影，建立重构复杂非线性地理世界的数学基础。地图投影本质上是地球曲面与平面之间点位坐标的数学转换方法。地球曲面与平面之间的矛盾是推动地图投影及其变换理论持续发展的根本动力，同时也为构建复杂非线性地理空间的数学模型奠定了基础。

二是解决地图的抽象性与地理世界的复杂性之间的矛盾，创立地图符号系统——地图语言。地图符号系统具体表达地理世界各要素及其相互关系及其组合，反映了增强符号的概括性、减少符号数量的发展趋势，导致了人们研究作为地图语言的语法、语义、语用学及地图符号的视觉感受效果的理论和方法。

三是解决地图比例尺缩小（由“小尺度”即“大比例尺”到“大尺度”即“小比例尺”）引起的地图内容的详细性与清晰性之间的矛盾，创立地图内容制图综合的理论与方法。本质上是不同尺度下地图内容之间的转化，经历了由“主观过程”到“客观的科学制图方法”、由“定性描述”到“定量描述”、由基于“地图模型”到基于“模型算法和知识”的单要素自动制图综合再到基于“自动制图综合链”的全要素、全过程可控制的智能化地图制图综合。

3.2 虚拟现实（virtual reality, VR）技术为人们提供构建真实地理环境新方法

随着信息通信技术的发展，虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、混合现实（MR）、扩展现实（XR）和数字孪生等技术的兴起，搭建了现实空间与“元宇宙”之间的桥梁[7]，为地图学的发展给出了新方向。虚拟现实（VR），指基于头显设备构建全数字环境，实现视觉/听觉/触觉多维感知；增强现实（AR），是通过光学投影技术将虚拟信息叠加现实场景；混合现实（MR），即融合物理与数字对象实现实时互动，如影视虚拟拍摄系统；扩展现实（XR），指通过计算机和可穿戴设备将真实与虚拟环境相结合，实现人机交互的沉浸式体验。所以，扩展现实（XR）是虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、混合现实（MR）等的统称，其核心在于模糊物理世界与数字世界的边界。按照用户参与度和沉浸感差异，虚拟现实技术可以分为四类：

一是桌面虚拟现实系统，其特点是借助电脑（计算机）屏幕实现交互，适用于常规应用场景；

二是沉浸式虚拟现实系统，采用封闭式设备为用户提供深度沉浸体验；

三是增强虚拟现实系统，是通过融合虚拟与现实元素来扩展用户感知维度；

四是分布式虚拟现实系统，指基于网络技术实现多用户虚拟环境的共享。而数字孪生（Digital Twin）则是通过数字模型对物理实体进行全生命周期动态映射的虚拟现实技术，实现现实空间与虚拟空间的实时交互与优化。因此，VR/AR/MR和数字孪生都是为人们构建一个虚拟的地理世界，使认知地理世界更具沉浸感和真实感。

04

地图（学）是任何社会任何时期都不可或缺的一门科学

地图学是地球空间信息的抽象、概括、表达和传输的科学[8，9]，是人类社会的伟大创新思维。地图学既是跨越时间和空间的科学，能表达过去（历史地图）、现在（现实地图）和未来（预测和规划地图），也是跨越自然和人文的科学，可以表达自然要素、人文要素及人地系统。例如《贵州省自然资源地图集》《陕西省文化旅游名镇》《中国西部山区人地系统地图集—秦巴山区卷》。

地图学是一门经历数千年发展且任何社会任何时期都不可能没有的科学，是国际上三大通用语言之一，具有普适性，一直是东西方文明的中心。此外，地图同时具有科学性和泛在性，既可以揭示科学规律，反映科技进步，也能广泛应用于科学研究、国民经济、军事，以及人们工作、学习和生活中。人们工作、学习和生活中，天气图已成为现代地理中最伟大的发明之一；地理信息系统作为地理学的第三语言，其应用领域得到了极大的扩展，数据资源不断扩展，功能不断扩充和深化，体系结构不断演进，系统开发模式不断进步，导航电子地图在人们出行方式上带来了革命性的变化。

05

人们是怎样通过地图认知复杂非线性世界（地图世界→地理世界）的

5.1 传统的地图空间认知范式及其面临的困境

人们通过地图认知复杂非线性地理世界，本质上是一个地图信息传输和空间认知过程，两者关系十分密切。

1） 地图信息

指表示在地图上可被人们认识、理解并获得新知识的客体、现象及其时间、空间关系的内容和数据。包括直接信息（来自地图上符号本身的信息——位置、注记、语义和颜色信息）和间接信息（利用分析、判断方法所获得的信息——与要素的相互关系相联系的信息），它们都是可测度的。除具有一般“信息”的特点外，还具有自身的一些独有特性，如严格的空间定位、科学的概括取舍（制图综合）、以符号（图解形式）和数据（离散的数字形式）作为载体。

2）地图信息传输

指从整体上研究地图制图者、地图信息、地图、地图使用者、地图使用效果五个部分之间的相互作用。主要研究四个问题：

一是地图信息传输过程中的三个转换。包括地理环境到理解了的地理信息的转换、地理信息到地图的转换、地图到地理环境映像的转换，即制图者（信息发送者）把对客观世界（制图对象）的认识加以选择、分类、简化等信息加工并经过符号化（编码），通过地图（通道）传递给用图者（信息接收者），用图者经过符号识别（译码），同时通过对地图的分析和解释形成对客观世界（制图对象）的认识，并指导自己的行动。

二是认识（认知）在地图信息传输中的作用。包括在地图信息传输的三个转换过程中，制图者和用图者认识（认知）能力的作用，并尽可能减少认识（认知）的不完善性。

三是地图信息传输过程中的信息损失和传输效率。包括地图信息传输过程中的误差来源、信息损失和传输效率的逻辑表达。

四是地图信息传输的可控性。包括地图信息传输的可控性空间及其可控性、地图信息传输的控制过程、地图信息传输过程中的控制模型。

地图信息传输的观点，是由捷克地图学家柯拉斯尼（Kolacny）于1969年在《制图信息——现代地图制图学的一个基本概念和术语》一文中提出的。他认为地图的用途就是在地图作者和地图读者之间传输信息，试图“把地图的制作和使用看是一个统一过程的两个阶段。在这一过程中，地图信息产生、传递、最终产生效能。”他还提出了第一个地图信息传输过程模式，如图1所示。其后，波兰地图学家拉塔依斯基（L·Ratajski）和美国地图学家莫里斯（Morrison）先后于1973年和1976年都提了自己的地图信息传输模式，实际上是柯拉斯尼地图信息传输模式的进一步发展。这个时期的地图信息传输模式，我们称之为“传统的地图信息传输模式”。

图1 Kolacny（1969年）的地图信息传输与认识模式

3）地图空间认知

空间认知是人类大脑的核心功能之一。高俊院士认为“地图是人类空间认知的工具”。地图空间认知，指人们借助地图对自身赖以生存的地理环境进行理解的过程，包括对地理环境中各类事物和现象的空间位置、空间分布、相互关系及其时空变化规律。地图空间经由感知、表象（心象）、记忆和思维四个过程。其中，地图空间认知的感知过程，即研究地图图形（刺激物）作用于人的视感觉器官产生对地理世界的感觉和知觉的过程；地图空间认知的表象（心象）过程，是在地图感知的基础上产生的，即通过回忆联想，使在知觉基础上产生的映像再现出来而形成的表象（心象）地图，具有一定的间接性和概括性；地图空间认知的记忆过程，是人的大脑对过去经验中发生的事物的反映，将当前的反映和过去的反映联系起来（心理在时间上的持续）形成的对地理空间整体的、动态的、连续的认识，可使反映更全面更深入；地图空间认知的思维过程，是地图空间认知的高级阶段，提供关于现实地理世界客观事物的本质特性和空间关系的知识，实现“从现象到本质”的转化，包括逻辑思维（抽象思维）、形象思维和灵感思维。

4）传统地图信息传输地图空间认知范式面临的困境

已于前述，地图信息传输与地图空间认知的关系是十分紧密的。自1969年拉斯尼提出第一个地图信息传输和空间认知范式以来，50多年过去了，该领域的研究取得了某些进展，但也还面临着一些困境。主要表现在：

一是地图制图者脑中的客观地理世界从何处来？仅靠阅读已有地图、文献和统计资料能够构成制图者脑中的现实地理世界吗？就是实地考察其地域范围也是有限的。显然，制图者脑中这种有缺失的现实地图世界经“符号化”后构成的地图很难反映客观存在的地理环境，用图者很难据此有效指导自己的行动；

二是传统的地图信息传输和地图空间认知范式是一个单向过程，至于“地图使用者所理解的地理环境”与“地图制图者理解的地理环境”的一致性如何，以及用图者指导行动的效果如何，没有逆向反馈，也就是整个地图信息传输与地图空间认知的过程未构成一个完整的“闭合链”；

三是对地图空间认知在地图信息传输三个转换过程中的作用、信息损失和传输效率缺乏深入研究，缺少弥补认知不完善性并提高认知效率的技术手段，因而用图者很难有效地指导自己的行动。

5.2 人工智能时代的时空信息传输与认知模式跃升及其面临的挑战

天空地一体对地观测（网）、人工智能（AI）、脑科学、量子计算等技术的快速发展，现实世界地理环境的空间认知正经历着从“单一静态地图为主”向“天空地一体动态对地观测数据”、从“人脑认知为主”向“人机协同”、从“认知的单一（正向）过程”向“兼顾逆向反馈的完整认知闭合链”的智能时空认知范式的提升。

人工智能时代的时空信息传输与认知模式如图2所示。首先，通过天空地一体对地观测传感网，获得接近“现实地理世界”的智能感知效果，即现实地理世界的第一次模型表达；接着，通过多源异构时空大数据融合、构建集二、三维于一体和基于虚拟现实（VR）地理环境且具备数据分析和数据挖掘功能的重构的“现实地理世界”，即现实地理世界的第二次模型表达；然后，使用者（用户）利用具有的理解分析和挖掘功能，构建认知的“现实地理世界”，即用户对“现实地理世界”的智能认知模型，并指导行动；同时，用户指导行动的效果要实施逆向反馈，形成一个智能时空信息传输与智能认知模型的完整“闭环”。

图2 智能时空信息传输与智能认知模型示意图

然而，人工智能时代的智能时空信息传输与智能认知模型也面临一些挑战。主要表现在：

一是地理世界的智能感知。这是智能认知的基石，需要构建天空地一体的泛在智能感知网络，实现全域全频全时现实地理世界的智能感知探测；需要构建天地协同对地观测大规模海量数据在轨处理，实现基于“云-边-端”一体的分布式“数据-算法-算力”协同调用；需要利用算法进行多源异构数据智能融合，为用户（使用者）提供全球一致、陆海一体、无缝连续的全域应用场景。

二是地理世界的智能理解。这是现实地理世界智能认知的核心，关键是通过现实世界地理环境的多模态语义解析与深度分析，实现对地理环境的深刻洞察；利用知识图谱技术构建现实世界地理环境各要素对象、实体及其相互关系的大型知识库，为用户高效理解地理环境提供科学工具，实现“由此及彼、由表及里”与“不仅能知其然更能知其所以然”的深度理解。

三是用户行为的智能决策及效能逆向反馈。这是地理世界智能认知的最终目的。用户智能理解的现实世界地理环境，是用来指导自己的行动的，行动的效果如何要逆向反馈，深刻逆向审视智能认知的“地理世界”、重构的“地理世界”、感知的“地理世界”（天空地一体智能传感器网），基于逆向反馈找到的问题，再智能感知、智能理解、智能决策，如此循环，直到成功地指导行动，从而促进智能即人机协同认知的一致性，提升智能即人机协同认知的可靠性。

中国地图学的数智化转型及快速发展

01

中国地图学的快速发展是从现代计算机数字地图制图取代传统手工地图制图的革命性变革开始的（20世纪70年代到90年代初）

1.1 传统地图学（近代地图学）的形成

传统地图学于20世纪50年代形成，在近代地图测绘的基础上建立，是地图生产之本。尽管如此，传统地图学却是一个“封闭体系”，存在不可忽视的缺陷。主要表现在，传统地图学以经验总结为主，忽视基本理论研究与建设；以联系对本学科存在直接关系的学科为主，忽视同更高层次学科之间的联系；以地图制作为主，忽视地图应用的研究，尤其忽视地图制图者自身认识论和使用者认识活动规律的研究[15]。

1.2 推动传统地图学进入数字化时代的力量

传统地图学向数字化时代的转型主要由以下四方面力量推动：

1）地图内部矛盾的对立统一。传统地图学是一个“封闭体系”，要想在这种封闭体系内获得实质性、突破性进展是困难的，甚至是不可能的；只有走出这种“封闭体系”，向系统外部从深层次结构来寻求地图学进一步发展的源泉[16]，才能促进地图学的进步。

2）科学家思维方式的变革。20世纪50年代信息论、控制论和系统论三大科学理论问世，继相对论和量子力学之后又一次“彻底改变了世界科学图景和当代科学家的思维方式”，无疑也为地图学的发展指明了前进的方向。主要标志是地图信息传输理论和模式的提出，其中最有代表性的是捷克人柯拉斯尼（A Kolacny），他于1969年提出了第一个地图信息传输的模式[16-17]。地图信息传输的观点，是对地图学本质特征的揭示，给地图学家们重要启示，对推动传统地图学进入数字化时代具有思想解放的作用。

3）理论上的准备。英国学者C.Board曾于1967在《作为模型的地图》一书中提出“把地图作为模型”这一想法。地图作为模型，具有抽象模型中的概念模型、模拟模型和数学模型的特点。从系统论的观点来看，人们既可以直接研究系统的原型，又可以从研究系统的模型着手，而将研究结论推广到原型。通过模型来研究系统，是系统论观点的一种重要方法[18]。把地图作为模型可以使我们更深刻的理解与更深入的研究地图系统模型，推动地图学的发展。

4）技术上的准备。计算机硬软件的出现为传统地图学进入信息时代做了技术上的准备。

地图学在其长期的发展历程中，经历了由“图形思维”到“时空大数据思维”的转变[19]。数据、大数据、时空大数据成为推动地图学数字化转型的不竭动力，数据改变了地图学家们的思维。

在长期手工地图制图时代，地图制图面对的是已出版的图形符号地图资料和相关文献与统计资料。这种情况下，普通地图制图是通过对编图资料的加工处理和图形制图综合，完成地图编绘作业；而对于专题地图制图，则是对相关文献资料描述的专题内容经过处理后以相应的符号表示，或对相关统计数据进行分类（级）处理并选用相应用的表示方法[20]。

在以数值数据为地图学信息源的时代，数据处理成为了地图制图的核心，形成了“原始数据的特征分析与预处理→数学模型的设计与建立→数据处理→制图模型的设计建立及解释”的新体系。这是地图学家们的一次重大思维转变。不过，这个时期（20世纪90年代）的地图制图数据是以“样本”数据为基础的。

在现今的大数据时代，大数据的多样性、巨量性、低值性和快速性等特性给地图学家带来了新的工作方式，为地图学的发展增添新的活力[20]。大数据的巨量性需要强大的数据存储管理和处理能力；多样性需要多源异构数据融合的模型算法；大数据的快速性需要强大的计算能力和计算方法；而大数据的低值性则需要有数据分析、数据挖掘和知识发现模型、算法与知识表达方法。这些领域的研究，推动了空间数据库和空间数据仓库理论、方法与技术的发展，为地图学理论、工程技术和应用研究的深化和系统化奠定了基础。

在如今的大数据时代，时空大数据已成为地图学发展的核心驱动力。主要表现在两个方面：一是，为地图学的发展提供了时空观和方法论支撑。地图学从一开始就是人类活动（社会、科学、生产活动）在一定空间和时间认知世界和改造世界的产物，同空间和时间密不可分[21]。地图学是跨越时间和空间的科学，地图则是诠释世界的杰作，是浓缩历史的经典。二是，推动地图学由60多年前的第三科学范式进入以“数据密集型计算”为特征的第四科学范式的新时代，为地图科学的发展带来了前所未有的机遇，全面推进当代地图科学向更高水平发展。

02

中国地图学的学科体系建设日趋科学化

中国地图学学科体系的构建遵循四大原则[22]：

1）学科体系的整体性。以钱学森倡导的系统论思想为指导，将体系的各个部分视为一个整体。

2）学科体系的层次性。体系内部由理论地图学、地图制图学、地图应用学三部分构成，外部由3个“圈层”构成。

3）学科体系的关联性。体系各部分、各层次之间具有密切的关联关系。

4）学科体系的开放性。由“封闭体系”转向“开放体系”，不断探索地图学功能的拓展和延伸，进一步寻找地图学新的生长点，充分发挥地图学的“四大功能”。

地图学的学科体系框架如图3所示。

图3 地图学的学科体系框架图[21]

03

中国地图学“数字化”到“智能化”的快速推进（20世纪90年代以来）

3.1 20世纪80~90年代地图制图专家系统研究热潮

20世纪80年代末至90年代中10余年间，国内外掀起了地图制图专家系统研究的热潮，如表1所示。但在此后的十多年间，由于并未重视基础理论研究，地图制图专家系统热潮已不存在，之前研究的制图专家系统在地图制图生产中基本未得到应用。

究其原因，正如钱学森先生早在1984年9月1日给戴汝为的信中所做的精僻分析，“外国人人工智能工作，似乎急于求成，而基础理论工作不扎实。”

也如在其17年后的2011年《科学导报》第14期刊登的文章“被批20年无进展，人工智能需要重启”中指出的，“问题发生在20世纪80年代，AI研究的资金开始枯竭，研究人员尝试探索商业化AI，由此产生的最大问题是AI研究的狭窄和专业化，而基础问题研究无人问津，没有进展，……。没有理论指导，研究工作就不能持久。”

表1 20世纪80年代末至90年代中地图制图专家系统研究热潮

3.2 人工智能在地图学研究中的发展

进入21世纪以来，尤其是近20余年，AI大模型顺应时代蓬勃发展，人工智能应用于地图学的研究也出现了好的势头，在理论上有了很大提升，代表性的学术成果有《不确定性人工智能》《自适应地图可视化原理与方法》《面向地图自动综合的空间信息智能处理》《地图自动综合质量评估模型》《地图群（组）目标描述与自动综合》《数字地图综合进展》《自动制图综合及其过程控制的智能化研究》《GIS与地图信息综合基本模型与算法》《居民地增量级联更新理论与方法》等多本专著。

人工智能在智能制图系统中的广泛应用表明地图学由“数字化”到“智能化”的转型升级已取得了系列性研究成果，主要表现在首创多尺度地图目标空间关系定量计算基础理论与描述模型；创建地图信息度量准则、智能识别与变化发现方法；首创地图自动“综合链”理论、质量评价体系和可视可编辑的过程控制模型和研制自主可控的全要素、多尺度地图自动综合与更新软件平台及应用系统。

3.3 地图学的数智化转型推动了地图集的创新发展热潮

近十余年获得“裴秀奖”的地图集多达270多部，出版的代表性地图集可分为：

历史地图集（如《安徽省历史地图集·古旧地图卷上中下卷》）；航海与陆地跨境区域地图集（如《世界航海地图集》和《中国·云南面向南亚东南亚辐射中心地图集》）；

自然资源和生态环境地图集（如《贵州省自然资源地图集》和《中国黄河上中游流域自然资源地图集》）；

文化旅游地图集（如《陕西省文化旅游名镇地图集》和《华东师范大学校园地图集》）；

城市（群）地图集和省区市地图集（如《上海市地图集》）；人地系统地图集和绿色发展地图集（如《青藏高原城镇化绿色发展地图集》和《中国西部山区人地系统地图》——秦巴山区卷）。

近些年来出版的地图集的特点多样。

一是服务国家战略要求成为地图集的重要选题。服务国家战略，就是服务国家需求，作为地图科学技术产出的地图集充分体现了这一特色。

二是面向社会广大用户为地图集提供了很大空间和潜力。一方面，地图集已成为人们认识世界和改造世界的一种科学工具；另一方面，地图集经过长期发展已深深扎根于社会的土壤之中。

三是大数据、云计算、人工智能为地图集的繁荣发展释放了强大动力。地图集制作的周期进一步缩短，网上电子地图集的传播使用效率越来越高，受众面越来越大。

四是实现科学性、艺术性、实用性有机统一的“最佳”地图集可视化效果得到了很大提升。

五是由于采用了数字化/智能化技术，地图集从设计编绘到出版的周期大大缩短了。

中国地图学的数智化转型及创新发展的取得的辉煌成就，为国际地图学的发展做出了重大贡献。

新时代中国地图学的持续创新发展是时代之大势

当今，新时代中国地图学的持续创新发展已成为时代之大势，现代地图学创新发展的因素众多，其中以地图哲学引领、地图（数据）文化铸魂、时空智能赋能、学科交叉出新和社会需求植根为五大核心支撑。

01

地图哲学引领

哲学，是理论化、系统化的世界观和方法论，是关于自然界、社会和人类思维及其发展的最一般规律的学科。地图哲学，是地图学与哲学的汇合，有着严密逻辑系统的地图学时空观，是关于地图同其表达对象、地图同制图者、地图同用图者、制图者同用图者、地图同地图之间的关系的总体思考，是关于地图设计生产与应用、地图学理论技术与工程、地图学的过去现在与未来的基本规律[46]。从整体上研究地图学的哲学思维、地图史、地图演化和地图文化等，属于地图学与哲学相结合的科学技术哲学或应用哲学的范畴。

地图哲学是地图科学活动的最高总结，对地图学的发展有着重要的作用和意义。地图学要持续发展，就必须用哲学思维后思地图学的过去、分析认识地图学的现在和前思地图学的未来，这样才能把握地图学发展的规律，并站在地图科学技术发展的前沿，引领地图学的发展。

地图哲学可以细分为地图科学哲学、技术哲学和工程哲学。地图科学哲学引领地图学基础理论和应用理论的深化研究。地图技术哲学以地图科学哲学为指导，研究地图制图技术的过去现在与未来的演进规律。地图工程哲学把地图“设计-制图（生产）-应用（服务）”作为工程活动，其本质可以理解为对相关地图制图技术进行选择、整合、协同而集成的相关地图制图技术群，并通过与相关基本经济要素的优化配置而构建的有结构、有功能 、有效率地体现价值取向的地图制图技术集成系统。

02

地图（数据）文化铸魂

地图文化是地图活动（设计、生产、应用）过程中形成的文化，是不同时期、不同地域、不同社会的地图所承载的相应的特殊文化形态，同时也是地图“科学-技术-工程=产业”知识链和“地图设计→处理（生产）→应用”产业链实现过程中创造的精神财富和物质财富的总和[47]，具有时间性空间性科学性审美性大众性及其统一和整体性渗透性及其统一等特性[48]。数据文化则是在数据活动（获取→处理→应用）过程中形成、直接影响到整个社会文化面貌的一种特殊的文化类型和文化现象（一切靠数据说话，一切凭数据决策），是尊重事实、强调精确、推崇理性和逻辑的文化。

新时代地图学的核心是数据处理，地图数据处理的过程必然伴随着数据文化。因此，推崇地图（数据）文化，必将有助于大兴“一切靠数据说话，一切凭数据决策”，确保地图的真实性。

地图（数据）文化为地图学发展铸魂，需要通过地图博物馆和科普基地加大宣扬和弘扬地图（数据）文化；认识到地图（数据）文化是地图学（数据科学）的灵魂，是地图学（数据科学）可持续发展的根脉；更要把地图和数据密切关联起来，这是地图学可持续创新发展的基础。[49]

03

时空智能赋能

时空智能是时空人工智能（Spatio-Tempgal AI）的简称，是人工智能（AI）的创新性应用技术，指以时间和空间为索引对地球和地外空间进行智能感知、智能处理和智能服务的能力。或者说，时空智能旨在以时间维和空间维为对象，对地球及其他星球（地外空间）实施天空地一体的智能感知，对多源异构时空大数据进行智能融合处理，提供全球一致、陆海一体、无缝连续的时空大数据智能服务，并利用智能算法对时空大数据进行分析与数据挖掘以发现知识并辅助决策。

地图学可持续创新发展需要时空智能赋能。时空智能是一个完整的集“时空智能感知（天地一体智能感知网）→存储管理（资源池）→多源异构时空大数据智能融合处理→时空大数据智能分析挖掘与知识发现→时空大数据地理信息产品生成→智能服务与认知决策支持”于一体的地理信息产业链和时空智能地理信息“理论→技术→工程”的知识链，在地图学的可持续创新发展中有着举足轻重的作用。

就人工智能赋能地图学新时代到来可持续创新发展而言，应着重研究4个方面的问题。

一是进一步开展地图学领域深度学习算法的研究和应用，解决地图学创新发展的“知识工程”瓶颈；

二是抓住“类脑智能”这个AI领域的新方向，开展面向智能地图制图的基础研究，涉及“人脑地图”与人类大脑皮层成像和重组机理、脑机接口与类脑计算模型和算法；

三是抓住人工智能“三要素”（数据、算法、算力），采用分布、并行、协同模式，支撑“地图制图数据”处理的分布式、协同化和智能化；

四是加强AI大模型的研究及其在地图设计、编绘创新中的应用，重点研究生成式AI下的地图（集）设计、制图综合、专题地图数据处理等大模型。

04

学科交叉出新（衍生新的领域和方向）

站在21世纪20年代的新起点上，按照系统科学和系统工程理论[50，51]，地图学正呈现出同其所属的测绘科学与技术和地理科学各分支学科的交叉融合，与其所属学科以外高层次的认知科学、系统科学、信息科学、神经心理科学，语言学、计算机科学、人工智能的交叉融合，与其所属学科以外更高层次的自然科学、社会与人文科学、技术与工程科学、数学、哲学的交叉融合。这种多层次的学科之间的交叉融合，必然会衍生出各种新的研究领域，甚至会形成新的分支学科。如图4所示。

图4

当代科学技术的发展和科技创新步伐的加快，科学范式的演进周期越来越短，地图学正处在数据密集型计算新范式时代，地图学领域的各种新思想、新概念、新名词、新方法、新技术和新成果“潮水般”涌现出来，高度分化已成为当代地图学发展中一个值得重视的特点，地图类型和品种除定制化的国家基本地图和各部门专业用图外，满足社会需求的内容个性化、形式多样化的地图越来越多，与之相应的地图学的内涵和外延也在不断深化和拓展。

地图学的“高度分化”必然导致“高度综合”，这就是“变”与“不变”的辩证关系。主要表现在，地图是诠释世界的杰作，是浓缩历史的经典[52]，是任何社会任何时期都不可或缺的科学工具，地图的科学价值、社会价值、权属价值、军事价值和文化价值是不变的；而地图学是用科学抽象方法构建复杂非线性地理世界的科学，是跨越时间和空间、自然和人文、技术和工程的科学，地图学的科学属性、技术属性和工程属性也是不变的[48, 49]。

05

社会需求植根

社会需求是地图学可持续发展的根。主要体现在科学研究需求、经济建设需求、国家管理和社会治理需求、军事需求、人们工作学习和生活需求等各方面。地图是最古老也是最强大、最持久的地理思想之一，过去数千年，在地理学家探索和发展的所有新思想中，地图都是东西方文明的中心，过去如此，现在如此，将来也如此。地图产品的多样化、个性化反映了当今社会的多样化需求，例如青岛老街、武汉民生女人地图、南京城墙声音地图、红色旅游地图，等等。没有社会需求，也就没有了地图学长期可持续创新发展的土壤。

结束语

地图是人类最伟大的创新思维之一，地图是诠释复杂非线性地理世界的杰作、浓缩过去现在与未来的经典，地图一直是人类文明的中心。

地图学是一门经历数千年发展且任何时期任何社会都不可或缺的科学。人类对地球形状和大小及对复杂非线性地球系统的认知经历了漫长的过程，这是地图构建复杂非线性地理世界即实现由“地理世界”到“地图世界”的基石。正因为有了地图，人们才能利用地图认知复杂非线性地理世界，即实现由“地图世界”到“地理世界”的转变。这是国际地图学界共同拥有的宝贵财富。

中国地图学的数智化转型和快速发展，是从以现代计算机数字地图制图取代传统手工地图制图的革命性变革开始的，经过后续艰苦努力，形成了具有整体性、层次性、关联性和开放性特征的地图学科学体系，促进了地图学由数字化到智能化的转型和创新发展，取得了一系列前所未有的地图学理论、技术与应用成果，为国际地图学的发展做出了重大贡献。

新时代中国地图学的持续创新发展是朝代之大趋势，其核心动力是地图哲学引领、地图（数据）文化铸魂、时空智能赋能、学科交叉出新和社会需求植根。站在21世纪20年代的新的起点上，新时代中国地图学的持续创新发展，有望为国际地图学的发展做出更大的贡献。

来源：《测绘科学技术学报》2025年第4期