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从纸质地图到数字地图,看知识传授到信息素养教育转化的必由之路

司空见惯的地图,从纸质到数字的变化,表面上看是纪录介质的变化,实质上是社会进入信息社会关键性的一大步。教育,尤其是青少年教育,要瞄准立德树人的战略,走上素质教育的道路,分析纸质地图到数字地图的变化,可以充分证明从知识传授到信息素养教育转换的教育的必由之路。

        纸质地图到数字地图不仅仅是介质的变化

自古以来,地图就是发达进步的标志,航海家冒着生命危险,绘制航海图,标示自己的游历路线、岛屿与大陆之间的地理关系。

曾几何时,大型建设项目前,决策者铺开大开张的纸质地图,运筹帷幄;关键战役中,司令员从皮包中掏出纸质地图,指挥若定;个人出差旅游,那种折叠的纸质地图也是囊中必备之物。可见地图在各行各业的重要作用。

无论这样的地图是印刷还是手绘、是单色还是四色、是行政区图还是地形图、是1:10000还是1:100000,它们的最突出的特征是地图的静态性。

数字地图是信息社会典型的标志之一,它涵盖了信息科技的各种进步。首先说信息获取,刚开始只是把传统纸质地图扫描变成像素图,现在是利用卫星、激光各种方法的遥感遥测、利用人工智能的地质地貌识别。再说数据的组织,刚开始的扫描得到的是像素图(位图),是典型的非结构化数据,很难得到语义层级的表达,很难实现自动搜索,现在通过遥感遥测和人工智能识别的地图,由位图和矢量图融合而成,含有丰富的语义,半结构化的数据、甚至结构化的数据,非常便于各种搜索。最后是呈现方式,刚开始扫描的位图,实现了在计算机屏幕上看地图,实质上和纸质的地图差别不大,现在各种结构的数据够成的数字地图,有多个图层,比如地形图、街道图、行政区图、等高线图、卫星图等,每个图层代表不同的地理属性,地形图层呈现地形特征、街道图层呈现街道和建筑物、行政区图层呈现行政区划分、等高线图层用海拔高度等高线的方式标示出高度信息、卫星图通常是卫星拍摄的位图,图层可以单独使用,也可以叠加使用。

数字地图的应用非常广泛,人口密度信息、人口流动信息、车流信息、交通事故及其辐射的堵车信息、空气品质信息、植被信息、水资源信息、经济信息,所有和地理位置相关的信息都可以是数字地图的一个图层,各种地理位置相关的数据可以融合在一起分析和研究,催生了一个新的学科,地理信息系统(GIS),其应用覆盖了从国土资源管理到导航,覆盖了广泛的研究和应用。

纸质地图到数字地图的变化还有三个本质的进步,一是从静态到动态,二是从二维到三维、三是从封闭到交互。

纸质地图记录的是一个时间点的状态,是静态的。但是数字地图可以是静态的、某一个时间点的状态、是脱机离线使用的,它也可以是动态的、在线的、信息是不断实时更新的,只有这样的动态特性才能呈现城市的实时人流、天空的实时飞机流、空气品质的实时变化、电力的消耗……

纸质地图的介质就是二维的,尽管有些绘制成立体的效果,也仍然是二维的。地理数据以经纬度为基础,但是加上高度信息就是三维的,在三维空间里加上时间轴,就是更多维度了。数字地图的矢量结构化数据组织,当然就可以按三维、甚至更高维度来呈现。在三维空间里,用户可以选择自己需要的任意角度去观察。

数字地图的放大缩小就是两个手指在屏幕上的往里拨还是往外拨,视线往左还是往右就是一个指头在屏幕上右划还是左划,进入一幢建筑物就是在该建筑物上连击两下,放置一个图钉、选择一个兴趣点都是一两个非常简单直观的操作,很多时候不用读手册就会操作,地理信息系统即时响应操纵者的指令,实现交互。

数字地图和地理信息系统带来的信息科技进步

数字地图测量采集方式非常多元,遥测遥感是现代常用的方法,机载或星载可见光相机、红外相机、雷达等感应设备,获取各种波长的电磁波信号,激光测距近年也广泛用于地理数据测量。依赖电子设备采集到的地理数据通常更加准确、更加密集、和更加多元,是数字地图的基础。

数字地图数据的组织是数字方式的,如果采集到的是结构化的数据,比如激光测距,就可以通过简单处理进入数据库,如果采集到的是非结构化的数据,比如光学照片,则需要做相对复杂的数据处理,通过人工智能提取其中一些特征,用结构化数据进入数据库,或者是建立其索引信息进入数据库。这样组织的好处是高效处理结构化数据,必要时使用非结构化数据,我们需要时可以把结构化的行政区图、街道图叠加到非结构化的卫星照片上,一并呈现。

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