地图是如何绘制的：投影的诞生｜地图看世界【特刊 No.26】
我们谈天说地，已经扯过太多的内容，却忽视了地图这个最基本的工具。很多地图爱好者、地理爱好者对地图的一些朴素的知识也不是太了解，接下来，我们开个新坑，以我还仅剩的专业知识，不定时更新，用几期聊一聊地图一些最基本的知识，该系列主要涉及了地图学的内容。
地图，可能是人类社会中最伟大的发明之一，它的发明给人类的生产生活活动带来了极大的便利。地图的发明，应该来自古人类对地理位置的描述。当一个人向另外一个人以语言方式描绘地理位置时，难免可能表达模糊，这时就会在地上简单勾勒描绘，这就是地图的诞生。
目前考古发现，在石器时代就出现了最原始的地图。最早的原始地图发现在土耳其地区，由公元前6200年的古人类绘制。
▍中国目前发现的最早的纸绘地图是西汉天水放马滩纸地图
用今天的话来说，早期的原始地图基本上是简单的平面图，绘制的地理范围也较小。当人们的视野到达半球、全球，这时就会发现以往绘制的平面图好像不够准确了，这时一个重要的地图概念——投影，诞生了。
地图投影的发明原因其实很简单，读者看到这里也不要觉得别跟我谈什么投影太复杂了……我向我的地图学课本发誓，接下来的话，你肯定能看懂。
我们知道地球是一个球体，也就是说地球的表面是一个曲面，我们所画的地图是在平面的纸上，而一个曲面是无法完全展开成一个平面的。比如你在剥橘子，橘子皮的每一瓣是一个曲面，把橘子皮瓣压成平面会碎裂。如果你留心观察地球仪，也会发现地球仪上的地图其实是一瓣一瓣的纸粘合起来的，而每一瓣之间的边缘不可避免的会发生不平整的凸起。
▍橘子皮无法展开成平面
早期绘制地图的绘图师就会遇到这个问题，怎么把地球画出一张平面的世界地图呢？最朴素的绘制方法就是按照我们肉眼看到的样子绘制球体，画成双球世界地图。
▍1689年在荷兰绘制的世界地图，其实际上用了四个球才完成了全球的绘制。来源：Gerard van Schagen
双球世界地图，它的投影方法我们称为球面投影（Stereographic Projection），也称为赤道投影。投影，顾名思义，它本来的意思就是指用一束光照射某个物体，其能产生影子。我们可以想象一个透明的地球模型，你站在它的面前，他的后面是一堵墙，拿一个手电筒在赤道中点上照射地球，它在背后的墙上就会有一个圆形的影子，这个影子就是双球世界地图的样子。在地图学上专名称为横轴等角方位投影（Transverse Azimuthal Orthomorphic Projection）（名字太复杂，我们就不过多解释了）。这种投影方法是很朴素的，很接近我们直接观察地球仪，在大脑中直接得到的平面地图。但是这种双球地图人为割裂了东西半球的联系，显示效果并不是很好。
这样通过这个例子，我们引入了投影的一个基本原理。推而广之，假如这个手电筒不放在赤道的上空，放在南极、北极上空，放在任何一个国家的上空，都可以产生相应的影子。甚至我们站在地球内部，从地球内部打开手电筒来投影都可以。
前面我们举的赤道投影的例子，是在一堵墙上看影子。如果不是一堵平面的墙，而是一个圆柱套筒、圆锥面，又会是不同的投影结果。所以，投影的分类是比较复杂的。
▍按照投影到平面上的不同可以分为方位、圆锥、圆柱投影
▍按照投影轴与地轴的关系可以分为正轴、横轴、斜轴投影
以上复杂分类你都不需要看懂，你只需要知道手电筒开在不同位置，以及投影在墙上还是圆柱套筒还是圆锥面上，都会有不同的投影就够了。还需要知道一个基本的问题，就是无论采用何种投影方式，都存在或多或少的误差变形，例如长度变形、角度变形、面积变形。这个问题是由三维球体向二维平面转换产生的，无法解决。如果真是天圆地方的话，地图将一点误差都不存在。因此人们才开发了如此多的投影方式，对不同应用场景的地图选择误差尽可能小的投影方式。可以说，你见过的任何平面地图（甚至是类似Google Earth的三维地图）都没有真实反映地球的场景。
▍很多中国家庭中悬挂的世界地图，其投影是一种特殊的“等差分纬线多圆锥投影”。这种投影是1963年由我国制图学家所发明，该种投影能够较好地呈现我国的地理形状和面积。可以说我国出版的世界地图的投影方式是很有中国特色的，不同于国外的。
随着技术的发展，网络地图越来越开始替代传统纸质地图。网络地图在处理投影的方法上又遇到哪些问题呢？本系列的下一期我们将讲一下投影在网络时代的发展。感谢读者能看完枯燥无味的投影科普，ღ( ´･ᴗ･` )比心
▍等积伪圆锥投影，也称心形投影