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科技观察:“平等地球”地图如何还原真实世界

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【环球时报报道 记者 李迅典】编者的话:近日,联合国大会通过一项由非洲联盟发起的 “纠正地图”决议,鼓励全球推广能更准确呈现各大洲实际面积的“平等地球”投影,逐步替代沿用数百年、存在明显面积扭曲的墨卡托投影地图。消息一出,“我们之前看到的世界地图错了吗” 迅速成为大众热议的话题。近日,《环球时报》记者专访地图领域权威专家,用科普视角拆解世界地图背后有怎样的科学逻辑。

“平等地球”投影示意图 (中国地图出版社供图)



墨卡托地图的“视觉魔术”

“想象一下把地球当成一颗透明的玻璃球,在球心点上一盏灯,再在赤道位置套一个紧紧贴住球面的空心纸筒。球心的灯光会把大陆、海岸线的轮廓投射到纸筒内壁上,最后把纸筒沿着经线剪开、摊平,得到的平面地图就是墨卡托投影地图。”中国地图出版社高级编辑赵娟用一个通俗比喻,拆解了墨卡托投影的几何原理。

这种由荷兰制图学家墨卡托在1569年首创的投影方式,属于等角圆柱投影,能沿用四百多年成为全球主流,靠的是两个无可替代的核心优势。“它最大的王牌,就是让等角航线变成了直线。”赵娟解释,所谓等角航线,就是船只在起终两点之间,按其航行,理论上不改变方向即可抵达预定终点。

在墨卡托地图上,起点和终点连一条直线,就是船员可以直接遵循的恒向航线;而在其他投影地图上,这条固定航向的路线会变成曲线,不能直接用两点连线读取恒向航向。在大航海时代,这一特性堪称革命性突破,完美适配了远洋航海的核心需求,随着西方国家的全球扩张,该投影深刻影响了世界各国的航海制图体系。

除此之外,墨卡托投影的“读图门槛”极低。整张地图的经纬线全部横平竖直、互相垂直,普通人一眼就能看懂方位,因此它曾在欧美国家被广泛采用,成为很多人的“地理启蒙地图”。

但便捷的代价,是极其夸张的面积扭曲。赵娟对《环球时报》记者说,墨卡托投影为了保证局部角度不变,会随着纬度升高持续放大经纬网格,纬度越高,面积放大倍数上升越急剧,赤道区域几乎无变形,到南北极点处变形趋向无穷大。

这种扭曲有多直观?赵娟给出了几组大众最熟悉的对比:格陵兰岛与非洲大陆,在墨卡托地图上视觉观感几乎差不多大,但非洲的实际面积约是格陵兰岛的14倍;南美洲的实际面积约是欧洲的1.8倍,却因为欧洲地处中高纬度被投影放大,在地图上看不出明显大小差距;俄罗斯、加拿大等高纬度国家,在图上的视觉面积也都显著大于它们的真实比例。“可以说,很多人从小对各国、各大洲的体量印象,很大程度上被这张地图‘带偏了’。”赵娟说。

“平等地球”纠正数百年的认知偏差

此次联大决议主推的“平等地球”投影,与墨卡托投影最核心的区别,在于二者的设计目标完全不同。赵娟总结道:“墨卡托是保角度、牺牲面积;平等地球是保面积、牺牲局部角度。”据介绍,“平等地球”投影属于等面积伪圆柱投影,纬线依然保持水平,中央经线为直线,其余经线呈平缓的弧线弯曲。它能在全球范围内严格保持所有区域的相对面积比例,还原非洲、南美洲等赤道附近大陆的真实体量,让高纬度国家不再被视觉放大;代价是地图边缘区域的大陆轮廓、局部角度会产生一定变形,因此不能像墨卡托那样用于航海定向。

联合国为何重点推广“平等地球”投影?赵娟分析,主要有3点原因。首先,它实现了对地球上各区域面积的等比例还原,纠正持续数百年的认知偏差。非洲联盟就曾指出,450多年来世界对非洲的认知都建立在“一张错误的地图之上”,非洲的实际面积足以将美国、印度、日本、墨西哥以及欧洲部分地区囊括在内还留有富余,这在墨卡托地图上完全得不到体现。“平等地球”投影精准还原了各大洲的面积比例,恰好回应了全球南方国家纠正历史偏见的诉求。

其次,它解决了传统等面积投影“观感差”的痛点。赵娟提到,过去的等面积投影往往让大陆轮廓拉伸严重,视觉上很不自然;而2018年由3位资深地图学家潜心推出的“平等地球”投影,在保证严格等面积的前提下,大幅降低了大陆轮廓的扭曲程度,视觉接受度更高。同时它的计算公式简明高效,很容易集成到现代地理信息系统和数字制图工具中,便于普及推广。

第三,这份联大决议本质是倡议,而非禁令。赵娟强调,联大决议并不禁止使用墨卡托投影,航海、航空导航等需要保持方向角度的场景,墨卡托投影依然有不可替代的实用价值。决议只是倡导在教育、科普、公共展示这类需要客观呈现全球面积格局的场景,优先使用等面积投影。

据介绍,这场地图革新的背后,也有着清晰的时代印记。2021年,肯尼亚的一群青年内容创作者联合发起非政府组织“无滤镜非洲”,旨在揭露西方强势话语强加给非洲的刻板印象,还原非洲真实形象。该组织联合非盟、多国地理学会发起“地图正义”全球签名活动,成为推动联合国将“平等地球”投影纳入决议议程的核心力量。

赵娟认为,这份联大决议的通过,既是非洲集体发声的团结成果,也是百年变局下全球南方崛起的一个缩影。值得注意的是,美国对这份决议投下了唯一的反对票,将其称为“激进的意识形态工程”。对此,赵娟表示,联合国官网早已明确,世界地图版本并无好恶之分,不同绘制法只是为了满足不同的应用目的。“决议关注的从来不是‘废除墨卡托’,而是追问:在教学、信息传播、对比大洲面积这些场景里,我们有没有必要长期沿用一种容易造成面积认知偏差的投影?这才是问题的核心。”

我们早有自主的“中国方案”

中国现在用的是什么世界地图投影?我们需不需要跟着“换地图”? 赵娟给出了明确的答案:我国公开出版的世界地图,普遍采用中国地图出版社自研的等差分纬线多圆锥投影,这是由我国地图学专家方炳炎先生于1963年自主设计的投影方案,本身就是一套适配中国视角的成熟体系。

这套投影将中国及亚太核心区域置于图幅中心,完整保留太平洋、印度洋的全域形态,亚欧非、南北美洲各大洲布局均衡、轮廓完整。在变形控制上,它的优势十分突出:我国本土疆域的表达精度极高,针对境外区域虽存在合理适度变形,但同纬度相邻国家的面积对比具备良好参考价值,全域没有极端畸变。“它实现了本国疆域精准表达与全球地理格局客观呈现的双向平衡,是适配我国地理教学、政务挂图、大众地缘认知的权威方案。”赵娟介绍。

此外,中国地图出版社集团还针对不同场景设计了差异化的地图产品:比如正切差分纬线多圆锥投影世界地图,以及融合墨卡托与任意投影优势的世界交通类地图,早已形成了“分场景用投影”的实践。也正因此,此次全球地图投影革新,对我国而言更多是补充与完善,而非颠覆性的更换,“改图”的必要性并不大。

谈及这场革新对不同领域的实际影响,赵娟表示,地图投影的选用永远取决于用途,没有一种投影能适配所有场景。联大决议不具备法律强制力,它的核心意义是推动“场景化分工”。

“未来行业的主流模式,将继续坚持分场景择优选用投影。任何平面地图都是在角度、面积、距离、形状之间做取舍,没有‘完美地图’,只有‘最适合的地图’。”赵娟举例称,交通类地图可优先用墨卡托或其变体,涉及面积对比的专题图可选用等面积投影,大比例尺工程测绘则采用高斯-克吕格、UTM等局部等角投影,这本身就是行业通行的原则。

对于普通大众如何建立更科学的全球地理认知,赵娟也给出了两点建议。第一,建立底层认知。所有平面世界地图都存在变形,球体的地球不可能无失真地展成平面,不存在“完全真实”的平面世界地图。第二,警惕视觉偏见。不要仅凭地图上的图形大小直接判断国家、大陆的真实体量,有疑问时查阅权威面积数据即可。“地图从来不是世界本身,而是人类认识世界的工具。”赵娟强调,这场关于地图投影的讨论,本质上是让我们跳出单一视角,更全面、更客观地理解我们所处的世界。

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