“数字地图制图”是地图学与GIS专业人才培养的特色课程之一。作为工程实践类课程，地图制图随技术发展变化较快，诸多学者对不同学科背景、不同技术体系下的课程建设和改革进行了大量的探讨^[1-4]。总体来说，传统数字地图制图课程面向测绘地理信息的后端数据处理，其教学目标是让学生了解数字地图数据的基本特征，学习和掌握数字地图数据的获取方法、地图数据模型及数据结构、地图数据分析和可视化方法以及数字地图工程及应用原理。随着大数据时代的到来，地图制图数据不再仅仅局限于测绘地理信息数据，越来越多的地理数据可以通过互联网公开访问。IDC (International Data Corporation) 最新的研究结果显示，全球每18个月新增的数据量是人类有史以来全部数据量的总和，其中约有80%的数据与空间位置有关，即地理大数据。地理大数据的创造者已不再局限于传统意义上的测绘地理信息部门，更多地来自数目众多的公众以及传感器，有时亦狭义地指志愿者地理信息 (volunteered geographic information，VGI) 数据^[5]，包括空间轨迹数据、由网络和移动用户生成的兴趣点 (point of interest, POI) 数据, 以及嵌入于诸如微博等社交媒体和地理参考底图 (如OpenStreetMap) 的位置数据等。

与传统测绘地理信息数据不同，地理大数据来源公众，服务公众，且具有5大特征^[6]：数据体量 (Volume) 巨大，数据来源和类型 (Variety) 繁多，价值 (Value) 密度低，处理速度 (Velocity) 快，真伪难辨 (Veracity)。一方面，急剧增长的地理空间大数据极大地丰富了数字地图制图的数据来源，提供了更为丰富的地理信息数据获取方式；另一方面，广阔无限的数据量必然会增加数据挖掘的难度，现有的地理信息大数据的价值并未充分发挥出来，数据应用离智慧发展的要求还存在差距，需要进一步挖掘地理信息数据的使用价值。有学者断言，大数据现象将是未来十年地图学研究的新的驱动力^[7]。地理大数据的出现使得我们必须重新思考数字地图制图课程的教学目标、教学内容和实践方式。

1 教学目标重点的漂移

高俊院士以地图学4面体来诠释数字化时代地图学的基本特征^[8]，认为现代地图学需要面对6个关系的探讨，即实地-地图、读者-地图、读者-实地、数字地图-地图、数字地图-实地、数字地图-读者。数字地图制图课程着重探讨数字地图与地图、数字地图与实地、数字地图与读者三组关系。在地理大数据背景下，这一基本框架仍然成立，但教学科研的重点将发生漂移，即从传统的数据采集、处理和服务单个环节自动化向网络化和智能化方向发展^[9]。教学过程不再侧重数据采集、处理和服务的某一具体环节, 而是强调通过网络把相互脱节的各个环节联合起来，形成一个环环相扣的集多源制图数据获取、处理、服务于一体的信息流或流水线，并针对其各个环节的信息处理进行深入分析，找出流水线中的瓶颈加以优化，以提高数字地图制图全过程的整体效率为最终目标。

2 教学内容的拓展 2.1 地图制图数据获取方式的拓展

在传统的数字地图制图课程中，关于制图数据的获取主要介绍了两种方式，即数字化方式和摄影测量与遥感方式。在地理大数据背景下，随着指数式增长的志愿者的加入，志愿者产生的众源地理信息已被公认是一种对来自政府部门和商业机构的权威数据的有效补充。事实上，对于时间紧迫性很强的应用，众源地理信息的及时性可在很大程度上缓解“最急需的信息最难寻觅”的困境。纵观国内数字地图制图相关教材和教学活动，目前还没有涉及众源地理信息制图的内容。随着大数据的发展，众源地理信息将作为数字地图制图的重要数据源之一，有必要增补具有代表性的众源地理信息数据的采集和编码方式的相关内容，如GPS路线数据 (如OpenStreetMap)，用户协作标注编辑的地图数据 (如Wikipedia)，各类社交网站数据 (如Teitter、Facebook、新浪微博等)，街旁用签到的兴趣点数据等。

2.2 地图制图数据处理模型和方式的拓展

数字地图制图数据的处理主要包含两大块，即制图数据集成融合预处理与地图综合尺度变换。多源数据集成融合是数字地图生产流程的起点，其目的是确保和提高不同来源数据的兼容性和质量。众源地理数据作为地图制图新的数据源，与传统的结构化地理空间数据相比具有大体量、非结构化及模态多样的特征，如何从这些杂乱的数据中提炼出有价值的信息，并与权威地形数据进行集成融合，这要求课程内容必须拓展关于VGI数据有效去噪、精化和过滤的方法以及与权威地形数据集成、匹配与融合的相关模型和算法。

数字环境下地图综合的传统目的主要是实现地形数据在不同比例尺的地图可视化，即通过人工或半自动的方式从大比例尺地图派生得到较小比例尺地图。对于地理大数据，不经过信息提炼和综合直接以点、线、面等符号的形式表现出来，不但达不到传递信息的目的，反而会适得其反模糊了有效特征。这一点与传统综合目的相同。另一方面，对于地理大数据地图综合不仅仅是可视化需求，也是数据分析和挖掘的一个重要手段。随着数据量和数据类型的增加，使用地图综合技术对地理数据进行抽象概括，去除噪声和次要细节，可以从海量复杂数据中提取主要结构、地学模式和时空发展趋势。如何使得现有的综合算法适用于地理大数据，可根据培养目的和前期课程基础，适当引入云计算相关内容，如利用MapReduce技术开发分布式并行算法进行地理信息大数据综合。

2.3 地图可视化及应用模式的拓展

从应用的角度看，数字地图制图系统需具备既启发逻辑思维 (建模、分析、计算)，又启发形象思维 (可视化、地图、图表) 的双重引擎, 并将二者密切结合起来, 从而为启发用户的创造性思维和提高决策水平提供便利^[10]。

地图制图的原始目的是实现地理空间数据的可视化，以启发用户的形象思维。网络环境下，用户需求是个性化的，服务于既定目的的地图对公众使用者没有太大的意义。为满足用户个性化需求和应对来自大数据的挑战，现代制图工作者不应仅仅守候在地理空间数据处理过程的下游，为广大用户提供最终的地图产品，而应积极参与一个开放式的制图流程，从不完整、不确定以及不断演化的数据中实时派生用于决策支持的地图服务^[9]。在此意义下，数字地图制图课程需要拓展交互可视化的内容，并考虑远程通讯技术、显示设备、计算设备、用图场景、不同的用户要求等地图设计中新的约束条件，进行个性化地图设计与制作。地图汇和Mapbox网站就是典型的交互、个性化地图设计与制作的代表^[11]，可供学生理解和学习。

地图制图的高级目的是知识发现。众源地理信息数据蕴含着丰富的空间信息和规律性知识，利用空间数据分析与挖掘方法可以从中提取信息、挖掘知识，从而为具体应用提供服务。大数据背景下，地图服务模式由单纯的地图制作向知识服务转变，地图的信息内容由基本的地理现象分布向深层次的特征规律信息转移。这是传统数字地图制图课程所忽略的但又极其重要的内容，应增补到新的课程内容中来。具体拓展思路为：利用网络拓扑分析、空间数据统计建模、地理模拟、时空数据挖掘、统计物理学等方法对众源地理数据进行分析和挖掘，从中提取空间信息，挖掘空间知识。

3 实践内容和方式的转变

实践教学活动可以作为联接数字制图理论与应用的通道，起到促进知识吸收、完善课程教学的作用。结合教学目的重点的漂移和教学内容的拓展，实践课程可分为两个阶段进行：教学内容中重难点环节独立验证性实验阶段和面向数字地图生产应用的全流水线综合性课程设计阶段。

重难点内容验证性实验穿插于课堂教学中，安排在相应的理论教学课时之后。此阶段的教学活动为教师引导式，由老师针对某一主题布置相应的内容，让学生去收集资料、采集数据、设计开发模型和算法。如数据采集的3种方式，扫描数字化、摄影测量与遥感影像数据解译与信息提取、网络VGI数据爬取与解译等；数据集成融合中的空间参考、地图投影变换、数据匹配、几何语义融合方法等，地图综合中的点、线、面处理算法的实现等；地图可视化中的交互、个性化制图工具 (地图汇、Mapbox等)，地图分析中的网络拓扑分析、空间数据统计建模、地理模拟、时空数据挖掘、统计物理学等都将作为单独的验证实验进行。

面向全流水线的综合性课程设计应安排在理论教学之后，采用集中实习的方式，实现地理数据→地图数据→地图可视化及知识发现的完整地图制图与服务过程，重点培养学生的综合实践能力和创新能力。此阶段的教学应开发学生的积极主动性和创造性，由学生自行选择数据采集方式、数据处理模型和可视化方法，但实习采用的数据、模型和算法必须与地理大数据有一定关联。学生自行设计合理的数字地图制图框架，实现地理数据的理解与读取、地图数据的转换以及图形显示功能模块的开发。针对地理大数据的特点，引导学生根据地图服务需要讨论和提出更高层次的实验任务，例如将VGI数据服务API调用到本地制图系统，基于并行计算重构地图综合算法，基于地理统计模型实现POI分布模式发现等，并由学生通过文献阅读和学科前沿跟踪，自主设计和实现算法。

在实践方式上，还需利用多种渠道培养学生的兴趣，提升他们的动手能力和科研创新性。一是兴趣培养，鼓励学生积极参加国内外著名GIS、制图软件公司组织的专业技能竞赛 (如ESRI设计开发大赛、超图设计开发大赛、MAPGIS设计开发大赛等)，启发学生对数字制图理论和技术的学习和应用的热情，延伸课程实践环节。二是动手能力提升，鼓励进入相关企事业单位进行制图实践，通过走访或参与实际项目，了解实际工程中的具体生产流程，探讨数字制图过程中存在的问题和解决方法，提升学生的就业能力。三是创新性培养，根据学生的研究兴趣和科研素质，引导他们进入到相关专业老师的科研课题中，通过系统而深入的科研训练，启发他们的思维与创造力。

4 结束语

地图制图是一门技术性很强的学科，要培养数字地图制图专业的高素质人才，需要地图学科教育工作者紧跟技术发展前沿，不断思考课程的教学目标，不断完善课程的教学内容，探索人才培养的有效途径。本文从大数据的角度对数字地图制图课程的教学目标和教学内容进行了探讨，并就具体的课程实践内容和方式提出一些建议。