一张图读懂地图简史（揭秘矢量地图的前世今生）

这是一期「矢量地图」成长故事自传。凭谁问：廉颇老矣，尚能饭否？用来形容今天的主人公也许是最为贴切不过了。

第一章 高贵的矢量地图前世

我的前世是手绘「纸质地图」，下文就统称「地图」啦，所以不要再问我：到底哪个是你？没错，今天都是我~~~

故事还要从遥远的四千五百年前说起......要问我的老祖宗是源于西方还是东方，这个我无法说明，因为第一个地图的绘制时间、目的和地点，很难被确定。不过，有人推测比文字还要老，大约有4500多年的历史。

据考古发现最古老的地图，也就是“老祖宗一号”，是刻在泥巴上的古巴比伦世界地图，除了用“吃藕”来形容我这个“老祖宗一号”，想不出什么其他多余的形容词。与我现在高贵的气质相比，简直想断绝关系。

最早的世界地图——古巴比伦地图

你要问他是不是用来导航的？怕不是这辈子都要被困住了吧。古巴比伦世界地图是给帝国皇帝认识世界用的！友情提示：你没有使用的资格。

这也是早期地图的主要作用：认识世界。事实上，早期地图准确与否，并不太受关注，更关注的是一种艺术表现形式外在美。发展到中世纪以后，我的贵族气质越加凸显，贫穷破旧与我一点也不沾边，精致和高贵才是我的人生格言。

15世纪托勒密世界地图——宣誓主权|网络

视角转换到另一边——东方中国，在东方我还有个“老祖宗二号”，家族庞大，为之奈何呀！

中国已知最早的纸质地图是可以追溯到公元前2100年左右。从甘肃天水放马滩秦墓出土的7幅地图，作者名不详，地图名不知。竟然是个“无名氏”。这7兄弟幅图均用黑线绘制在4块大小基本相同的松木板上，清晰完整的反映了战国时期秦国所属的行政区域、地理概貌和经济概况。

所以，与西方最老最老的古巴比伦世界地图认识世界作用不同的是：在中国，古代地图主要的都是军用地图，用于行政，军事，国家管理、领土主权等，相比于地理事物的精准定位，更侧重于事物间的位置联系以及地形情况。

当然，不管在西方还是在东方，我也都是权利的化身，王侯将相，皇宫贵族才配得上我高贵的气质。

为了将我的政治和军事才能发挥到极致。在西晋时期，出现了地图学界的伯乐——裴秀。那匹千里马，当然就是我啦。裴秀领导和组织编制了《禹贡地域图》18篇，这是中国和全世界见于文字记载的最早历史地图集。裴秀也因此被称为“中国科学制图学之父”。

《禹贡地域图》 《禹贡地域图》

将我编成集册不要紧，谁还不是为了光耀门楣，名垂青史呢。最重要的是在《禹贡地域图》序中还提出了具有划时代意义的制图理论——“制图六体”。

制图六体

一为"分率"，反映面积长宽之比例，即比例尺；

二为"准望"，确定地貌、地物彼此间相互方位关系；

三为"道里"，确定两地之间道路的距离；

四为"高下"，即相对高程；

五为"方邪"，即地面坡度的起伏；

六为"迂直"，即实地高低起伏与图上距离换算。

“制图六体”也一度成为我国清代以前地图制图学理论的基础，一直影响着中国传统的制图学。当然，我的受益也很大，可靠性、准确性都得到了提升。

可是，好景不长。由于地图绘制还是存在非常不准确的问题。17世纪末，中国与俄国边境发生冲突。在1708年，主子康熙就下令和组织传教士们带领满汉官员分赴中国各地测绘。

历经了十年时间才最终测绘完成《康熙皇舆全览图》。当之无愧是中国第一部实测省级地图集。也是世界上第一次运用制图学方法进行全国性测量的地图。

《康熙皇舆全览图》

明显看出，在清代就十分注重地图的精确性，从而利用地图来管理国家领土范围。所以，到了清代，中国古代地图绘制水平也是站在了金字塔顶端，达到了高峰。

当然，中国古代地图还有长沙马王堆的三幅地图：城邑图、地形图、驻军图，南宋禹迹图，郑和航海图等，家族庞大，仅以典型说明。

那么，我的古代前世就这么辉煌，潦草的介绍完了。总的来说，我的古代前世就是纯手绘纸质地图，精确度不高，普及率很低。使用对象是王侯将相，军事家，航海家，作用是认识世界、军事航海、国土管理等方面。我不依托于豪门，我本身就是贵族。

第二章 逆境求生 互联网涅槃

时间的车轮转啊转啊。转眼来到了20世纪50年代。经过改朝换代、推陈出新，我有些力不从心了。制图师们就经常嫌弃我：数据太粗糙，不准确；测距麻烦不说，想要计算面积简直难于登天等等问题。总是揪着不精确、太复杂的小辫子，我裂开了，没有功劳好歹也有苦劳啊。

在这个年代还出现了一个大佬。好消息是，大佬改变了我的存储形态，促使了地图从手绘纸张转向了计算机。测绘、地理工作者也是逐渐利用计算机来处理和分析相关地图数据。but坏消息是：貌似也是我这一代贵族没落成“打工人”的开始！！？？

促使我出现转变的大佬就是「GIS」。GIS大佬是做学术研究的，主要是运用空间分析方法，分析事件发生的规律，当然不是玉皇大帝是住在平流层还是对流层啊这种幼稚园的问题，作为一门学科和广泛应用的技术，严谨、求真才是常态。

据说大佬的出场有点怪，别人都是自带佛光，他就厉害了，自带“毒气”。他源于一场名为“霍乱”的瘟疫。

GIS起源小故事

1854年，伦敦爆发严重的霍乱，在研究霍乱传播源的过程中，英国医生约翰冒着生命危险走进病情高发区，挨家挨户统计病亡人数，每死亡一人便标注一条横线，最终绘制了一张“霍乱”死亡地图。

英国医生绘制的霍乱死亡地图

医生通过“死亡地图”分析发现，大多数病例的住所都围绕在水泵附近，由此判断瘟疫的传播源来自于水泵，于是移掉水泵，霍乱最终得到控制。

这种空间分析方法后来被广泛应用于犯罪，地理分析，建筑学等诸多领域的研究。当然，GIS大佬也与之无不关联。随后，GIS就发展成为一门学科和广泛应用的技术。

随后，到20世纪60年代至80年代初期，GIS大佬开始奋发图强，开拓进取，我也就跟着沾光。60年代末，在加拿大出现了世界上第一个地理信息系统——加拿大地理信息系统（CGIS）。该系统是全球首个计算机化的地理信息系统。是被后人称之为“GIS之父” 罗杰.汤姆林森（Roger Tomlinson ）创建，用于自然资源的管理和规划。

GIS之父——Roger Tomlinson

你以为只有加拿大吗？美国人口普查局也来凑热闹了，加入了GIS发展的大军。他们将道路、城镇边界都进行了计算机机器读取，扫描，也就是数字化处理。这不仅是GIS史上的一大进步，也是地图界的一大飞跃。地图由静态纸质发展为动态数字地图。

电子地图|网络

由此，「电子地图」「数字地图」的产生了。要问我如何区分，在大屏幕上高调展示的那是「电子地图」，没有被展示，低调打工搬砖的是「数字地图」。其实本质都是一家人。只不过是工作在台前幕后的区别。

能够被机器读取，实现了数字化之后的地图摆脱了手绘纸张，繁杂耗时、面积无法计算、不精确等的尴尬局面。方便存储，易于读取，远程传输，成图速度加快，易于校正，编辑，更新等诸多优势凸显。总之，没有人比我更懂地图技术。

GIS大佬使我脱胎换骨，其背后也有相应的硬件、软件支持。但到底是什么样的机器读取软件，使得我成图快，易于校正编辑，还不被嫌弃呢？这就不得不说起，同一时期发展而来的GIS龙头老大ESRI公司。它推动了GIS产业化发展直到今天。

Esri宣传标语

公司初创其实主要是为企业、政府提供创建和分析地理信息咨询服务。1981年，Esri发布了它的第一套商业GIS桌面端软件—ArcInfo软件。作为ESRI公司客户端的旗舰产品，ArcInfo也被公认为是第一个现代商业GIS系统。划重点，商业，还不是民用。资本主义的世界，平民百姓没有立足之地。

利用ArcInfo软件可以把房子、道路、河流、居民区等这些地理特征的地物，抽象化为点、线、面数字形状，就形成了可以在计算机上显示的电子地图。制图学者利用这个桌面端软件对电子地图进行编辑，制图，分析等操作，好不方便。

可视化处理的电子地图

后来，经过不断的更新进步，ESRI公司还发展了同系列其他地图产品。最为人熟知的应该是ArcGIS桌面端GIS软件。到2000年，Esri已经拥有几十万客户端，地图超过一百万张，营收达到3亿美元，是当之无愧的巨无霸。制作的地图更是服务于全球各级政府国家的气候变化、灾难对抗、环境保护、经济增长等方面。

现在比较著名的国内GIS桌面端软件是超图集团的SuperMap。其桌面产品也是地图数据处理，空间数据分析的一大利器，并且还能完成完成三维建模、连接大型空间数据库等高级GlS任务。后起之秀，方兴未艾。

Supermap GIS三维场景|网络

地图技术拥有了专门的桌面端读取处理软件，而且还一步步的开始服务于更多领域，说起来也是叫人甚是欣慰。「电子地图」「数字地图」的身份也开始让我洋洋得意。

但快乐就是这么短暂，嫌弃来的太快就像龙卷风。我又被嫌弃说是地图数据繁杂，桌面端软件处理慢，得专人专做门槛高，始终都是小部分人的游戏。从古代王侯将相到军事家、航海家，再到地图学家、制图学家，甚至到现代的企业、政府，一直都是专业的人，在专业领域，做着与地图有关专业的事。

数字地图桌面端软件相关缺陷

什么时候高门槛都成了一种罪过了呢？局限于桌面端应用，数据繁多复杂，无法共享，无法普及，无法民用这些被诟病的弊端堡垒。我能怎么办啊，我也很绝望啊。我只想安安静静做一个雍容高傲的贵族，奈何我还要搬砖挣钱，打工人没有资格哭！

直到救世主的出现——Keyhole。翻译：钥匙孔？？？人家是著名的“锁眼”好嘛。说起它你们可能异常陌生，但是说起谷歌地图，再不知道，幼儿园重修好吧。

据了解，keyhole公司创立的地图产品EarthView是谷歌地图的前身，后来被Google收购才有了现在的谷歌地图。谷歌地图的出现让我实现了从高门槛到人人都用，从桌面端单机版转变为浏览器端共享，从数字地图到瓦片地图的跨越式变革。敲黑板：谷歌地图是瓦片地图的先驱者，是地图从小众到民用的带头人。

从数字地图到瓦片地图的转变，我伴随着“救世主”一起也是经历了许多波折......主要还是keyhole经历磨难

Keyhole是成立于1999年，一家名不见经传的小公司。它成立的是源于一项“Clipmapping”的技术，大致就可以理解为分割地图。分割地图这项技术能把不同分辨率的图像合并起来，在用户进行缩放操作时提供“无缝”的体验。其实就是我们现在在浏览器端滑动浏览地图，只不过当时没有浏览器端的概念。

Clipmaping意为裁切贴图技术，切片地图浏览效果示意

但一刚开始，Clipmapping只是用在虚拟世界里渲染大型地图的，所以就是有几个固定比例尺，地图还没有实现自由、无缝缩放。

随后，Michael Jones等人又在此技术上研发出了应用到地图上的技术——CTFLY(City-Fly）让用户能够自如缩放不同比例尺的地图，并且不必下载全部数据就可以看到自己感兴趣的内容。直到今天，我们在使用电子地图时，缩放自然、浏览顺畅，背后依靠的就是Clipmapping技术CTFLY。以至于后续发展的实况地图、街景三维地图都是在其基础之上完善、进化而来。

这项技术也许是太好了。但在那个时代高层决策者却选择了电子游戏应用方向，没有延续地图的道路。这也情有可原。电子游戏比地图更挣钱，谁不想去投资可以看得见的未来呢？？？

还真有人不想！！！分割地图技术的研发者之一Michael和后来经过猎头推荐加入的John都一心想要做一款好的地图，于是基于Clipmapping技术CYFLY（City -Fly），他们自己出资，成立了keyhole。说实话，公司成立也意味着苦难的开始。

还记得Esri吗？当时Esri已经成为了市面上垄断级别的单机版、桌面端数字地图厂商了。作为一个只有29人，甚至连Earth.com域名都买不起小公司，想要做地图？想要与“巨无霸”竞争？无疑于以卵击石。

Keyhole的创始人John

硬碰硬肯定是走不通的，团队又小又穷，根本没有正面抗争的资本啊。keyhole团队另辟蹊径，他们是先细致分析了Esri的桌面端产品，发现了其存在软件操作门槛高，数据处理响应慢，数据导入不对齐等一系列的缺点。

针对这些问题，他们反其道而为之，明确了公司的竞争策略：就是做人人都能用的，精确的地图。也就是说EarthView必须要做到三点：一、必须做到普通人都能使用；二、必须提供完整统一的数据；三、必须提供流畅的操作体验。其实Esri当时也在开发这一方面的业务，只不过被思维定势了，他们没有联网！！！痛失良机。

Keyhole发展策略

上述三点，对于Keyhole来说都不是件容易的事情。对于数据方面，Keyhole先后找到了三种数据来源：第一是卫星地图。他们是接触了两家很大的商用卫星地图提供商：Space Imaging和Digital Globe。第二是各地政府部门保存的本地航空地图。第三是掌握大量地图信息的商业公司。Keyhole是在尽全力提供完善、覆盖面最广的地图数据。

对于要做到普通人都能使用，Keyhole开始挖掘更多行业的用户，早期主要是房产经纪人，有了EarthView，不必再亲自跑来跑去看各种房子了，只要在软件上点几下，就可以看到房屋所在的地方，周围的环境。但因为太小众，抛出橄榄枝的客户并不多，并且还在破产边缘挣扎。

终于在2003年3月27日与CNN（美国有线电视新闻网）合作中，小团队迎来了春天，双方达成了一个约定：CNN同意在用到EarthView的时候，在电视画面上显示EarthView.com的URL链接。恰逢美国攻打伊拉克战争，CNN的记者突发奇想没有事先录制动画，直接在演播室打开EarthView软件，从地球全貌出发，逐步定位到巴格达，“亲临”战场。

从地球全貌出发 定位到伊拉克境内

人们还可以方便地比较伊拉克的历史图片，发现最新的进展。在战争报道的历史上，从来都没有发生过这样的事情。随后各大媒体开始纷纷报道EarthView，一时间Keyhole名声大噪。

后续的事情也就显而易见了。在2004年Keyhole接受了谷歌的收购。谷歌公司也为其提供了力所能及范围之内近乎无限的资源。最终在EarthView的基础上推出了风靡全球，人人都能用的谷歌地图。

谷歌地图是第一款范围覆盖全球的电子地图服务|网络

keyhole公司研发谷歌地图的波折与谷歌地图后续带来的伟大便利并非三言两语可以言明。总之，从专人专用，数据复杂处理慢的数字地图到拥有10亿大众用户，数据完整统一，操作流畅的谷歌地图，瓦片地图的产生也让我不在被人们诟病，又能挺直腰板做贵族人士了！！！

现在也将这种地图服务叫做「切片地图」。目前，切片技术的两大主流是矢量切片和栅格切片，两者都有各自适用的场景优势。

由于地图的普及也推动着许多行业应运而生，像Yelp，OpenTable、Zillow（房地产信息服务平台）等都是在谷歌地图的基础之上发展而来。因此，基础底图也成为了地图做广泛的一个应用。此外，还有大众出行导航、物流快递等，地图将在更多的大众领域承担着举足轻重的作用。

大众化地图导航

地图经历了互联网洗礼，凤凰涅槃后也逐渐向着更加多维、百态的方面发展。从传统二维地图到三维实景地图就是其中重要的一环。还是Google公司，利用EarthView把卫星遥感地图资源和三维电子地图技术以及互联网集合起来，推出Google Earth，推动了三维地图的发展。

三维地图就是基于模型，将数据结合到场景，利用数据把物体抽象化，以多维度的方式展现出来。这必然与时间、空间以及地理位置是紧密联系的。通过三维地图，用户也不再需要在大脑里去想象空间场景，三维⽴体的模型效果能够让数据关系变得更加清晰、直观。

科技城市三维建筑空间可视化模型 科技城市三维建筑空间可视化模型

地图发展衍生出三维场景，还不得不说一嘴数字孪生的概念：简单来说就是将现实世界中的实体对象，通过数字化的手段进行动态仿真、监测，在数字化世界中构建一模一样的对应模型。

三维可视化与“数字孪生”息息相关。但没有海量的数据支撑以及数字孪生体的模型构建，三维地图只是一张苍白的背景墙。而数据作为数字孪生的核心要素，亦是数字孪生应用的“血液”与“动力源”。

数字孪生下北京城市模型

这样也引出一个业界有待突破的问题瓶颈：如若在三维地图和数字孪生场景下，继续延续地图切片的办法，不仅会让数据内部充斥仅为满足浏览性能的“死”数据，且海量数据之间的内在关联也会更加复杂化，也不利于数据分析与深度学习。因此，地图的发展潜力远没有止步......

说到这里，矢量地图的一生好像就可以画上完美的句号了。等等，还没完......

第三章 机器学习“新宠”

近几年，随着无人驾驶技术、物联网的发展，又提出了「高精度地图」这一概念。也就是高分辨率，高精确度的地图。但万变不离其宗，高精度地图还是脱胎于矢量地图，地图上精细的车道中心线、各种交通指示标志以及道路上固定地物等，都是由矢量数据绘制，然后通过机器读取运算从而运行。

高精度地图与无人驾驶|易图通

较之传统给人看的导航地图，高精度地图则是给机器看的地图，是无人驾驶领域的技术关键。所以也有人说高精度地图是自动驾驶专题地图，是机器学习的“新宠”。

在定位上，高精地图能够精确到厘米级别；在数据上，高精度地图包含了大量的车道线、道路网、交通指示标识等信息，能为自动驾驶提供更为可靠的路况信息与突发事件响应；此外，高精地图包含实时、高精度的交通信息，还能精确帮助自动驾驶系统进行驾驶规划。所以说，想要实现自动驾驶，少不了高精度地图。

高精度地图的作用

最为重要的是，高精地图还能帮助自动驾驶技术降低成本。有了高精地图，自动驾驶汽车就不需要装备昂贵的激光雷达或高端的芯片了。那么，当自动驾驶成为必然趋势，高精地图未来也势必大有“钱”途，这大概也是诸多大厂争相抢夺申请高精地图资质的原因。

有无高精度地图驾驶的区别

当然，不管是传统地图还是高精度地图，位置数据都是基石和核心所在。

比起传统地图依赖GPS卫星定位技术和专业测绘“打工人”的数据采集方法；高精度地图的数据采集则是采用了众包模式：取之于车，用之于车。也就是通过大量行驶在路上的车辆采集位置数据，使用者同时也是数据的提供者。

自动驾驶汽车数据采集场景

若要究其根本，最终主要依靠的其实是车载传感器与GPS定位，这也是位置数据的主要来源。何为位置数据？简言之就是用来描述地理空间位置的数据。原先位置数据在互联网中并没有太大的作用凸显，但是在物联网领域，位置数据无疑是灵魂、是基石。像共享单车、共享汽车等的出现也都是基于位置信息数据才可以发挥功能的物联网产物。

在物联网行业中，当车载传感器、GPS定位、激光雷达、摄像头等获取到精准的车辆信息、道路环境信息、动态路况及其他相关的数字信息时，还需要对这些位置数据进行矢量化处理才是我们最终看见的数据形态。

通过车载传感器、GPS定位收集车辆信息

如何进行数据矢量化处理？首先，是机器读取：通过外部地图平台对位置数据进行扫描读取；其次，是处理转换。计算机需要将读取到原始数据进行处理，要确保格式统一兼容以及过滤掉重复、不需要的数据，提高准确性；

上图为利用人工智能对交通指示标牌进行矢量化预处理前后对比

最后，是分析输出。对相关的位置数据进行地理位置模式空间分析和解读，然后转换成人类可识别的形式呈现出来。期间也都是依赖于人工智能、模式识别等前沿技术支撑。

由此可见，基于AI和机器学习的智能位置数据也正使智慧城市和物联网导航成为现实。在未来自动驾驶场景下，需要结合物联网、模式识别等AI算法技术，也才能让高精度地图用的「恰到好处」。在机遇与挑战并存情况下，高精度地图的未来该如何实现商业化，一切都还是一个谜团，地图又将何去何从？就让我们拭目以待吧.......

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