地形图

1539 年，荷兰数学家和地理学家 Reiner Gemma Frisius 描述了一种通过将区域划分为三角形来测量区域的方法。这种三角测量的概念成为野外测量的基本技术之一，并且至今仍在使用。 1670 年代，乔瓦尼·多梅尼科·卡西尼 (Giovanni Domenico Cassini) 开始了第一个使用三角测量的大型地图绘制项目，他被说服制作了详细的法国地图。卡西尼号去世后，他的子孙后代继续致力于该项目。最后的结果，叫做 Carte de Cassini， 于 1793 年出版，是第一张精确的全国地形图。它唯一的缺点是普遍缺乏高程测量，除了通过使用气压计测量气压随高度的变化而确定的几个点高程。在地图上显示不同高程的等高线概念是由法国工程师 JL Dupain-Triel 于 1791 年提出的。虽然这种方法可以在平面二维地图上准确描绘陆地等高线和高程，但并未得到广泛应用一直使用到 1800 年代中期。

在美国，联邦政府认识到准确的地形图在一个快速发展的国家的重要性。 1807 年，托马斯杰斐逊总统建立了海岸测量局，以绘制大西洋海岸线图，以帮助旅行和商业。 1836 年，该组织更名为美国海岸测量局，1878 年更名为美国海岸和大地测量局。与此同时，该国内陆的地图由各种个人和组织负责，包括 1804 年至 1806 年的刘易斯和克拉克探险队，他们绘制了从密苏里州圣路易斯到太平洋西北部的路线图。从 1838 年到 1861 年内战爆发期间，美国陆军地形工程师团在绘制美国西部地图方面做出了重大贡献，其中包括 1848 年根据约翰弗里蒙特的探索出版的详细地图。到 1870 年代，许多不同的团体都在进行调查，以至于他们的工作开始重叠。为了巩固这一努力，美国地质调查局 (USGS) 于 1879 年成立。

大多数早期的地图制作都是通过艰苦的实地调查完成的。从 1930 年代开始，USGS 开始使用航空摄影技术来制作和更新地图。在 1980 年代，使用计算机扫描和重绘现有地图显着减少了快速增长地区更新地图所需的时间。

今天，美国地质调查局拥有超过 56,000 张不同比例的美国地形图，以及月球和行星的地图。他们还发布专业地图，包括用于各种用途的地质、水文和照片图像地图。

地图比例、符号、
和颜色

为了有用，地形图必须在方便使用的地图尺寸上显示足够的信息。这是通过选择既不太大也不太小的地图比例并通过使用符号和颜色增强地图细节来实现的。

最常见的 USGS 地形图比例尺是 1:24,000。在此比例尺中，地图上的 1 英寸代表地面上的 24,000 英寸或 2,000 英尺（1 厘米代表 240 m）。这些地图被称为 7.5 分四边形地图，因为每张地图都覆盖了地球表面的一个四边形区域，即经度为 7.5 分，纬度为 7.5 分，其中 60 分等于 1 度角。因为当您从赤道向两极移动时，经线之间的距离会变窄，所以地图的宽度也会有所不同。对于美国地图，对于纬度低于 31 度的位置，地图尺寸约为 23 英寸（58.4 厘米）宽 x 27 英寸（68.6 厘米）高，对于纬度低于 31 度的位置，地图尺寸约为 22 英寸（55.9 厘米）宽 x 27 英寸（68.6 厘米）高) 对于高于该纬度的位置。其他常见的 USGS 地图比例为 1:63,360、1:100,000 和 1:250,000。这些比例尺覆盖的区域比 1:24,000 地图更大，但细节较少。

为了使地形图更易于解释，使用符号和颜色来表示各种自然和人造特征。某些符号设计为从头顶观察时看起来像该特征。例如，建筑物以建筑物轮廓的形状显示为实体对象。其他符号是普遍认可的表示，例如带有小十字标记的长线来表示铁路。颜色起着更重要的作用。河流、湖泊和其他水体以蓝色显示。森林和植被茂密的地区以绿色显示。次要道路和高速公路以黑色显示，而主要高速公路以红色显示。代表地面本身形状的等高线以棕色显示。地图的最新修订以紫色显示。

制造
过程

制作准确的地形图是一个漫长而复杂的过程，从开始到结束可能需要长达五年的时间。制作一张好的地图需要一支由测量员、雕刻师、事实核查员、印刷商和其他人员组成的熟练团队。这是美国地质调查局用来生成 7.5 分钟四边形地形图的典型操作序列。

拍摄区域

• 1 要绘制地图的区域必须首先从空中拍摄。地面的每一部分都从两个不同的角度拍摄，以提供可以转换为轮廓线的立体三维图像。天空必须晴朗，太阳必须处于拍摄地形类型的正确角度。季节性 每段地面从两个不同的角度拍摄，提供立体立体图像，可转换为轮廓线。还必须考虑因素。例如，在有落叶乔木的地区，照片通常在晚秋和早春之间拍摄，此时树木光秃秃的，下面的地貌更明显。
• 2 飞机沿着精心确定的飞行路径在南北方向的恒定高度上飞越该区域，同时特殊相机为每个四边形拍摄 10 张精确定位的照片。每台相机的成本可能高达 250,000 美元或更多。

勘察控制点

• 3 为确保地图的准确性，必须通过实地调查确定各个控制点的准确位置。典型的控制点可能是两条道路的交叉点或地图区域内的其他显着特征。测量水平控制点以确定经度和纬度，而单独测量垂直控制点以确定高程。这些控制点的位置和高程有助于地图制作者正确定位航空照片图像并为等高线分配值。
• 4 当测量员在现场时，他们也会寻找可能需要进一步检查的特征，例如隐藏在悬垂树叶下的道路或溪流，或者自拍摄航拍照片后可能已经建造或拆除的建筑物。

验证地图特征

• 5 某些地图功能可能需要额外验证。例如，一些流可能只是间歇性地运行，在这种情况下，它们将在地图上用点划线或较轻的粗线表示，而不是实线。某些道路可能会变成私人道路，而不是公共道路，并且必须对这些道路进行标记。现场检查员进入该地区并通过与当地居民交谈或查阅当地财产记录来验证这些特征。还必须验证调查人员注意到的任何有问题的特征。必须确定地名的正确拼写。

编译地图手稿

• 6 对区域进行勘测并检查所有特征后，将重叠的航拍照片对放置在立体投影仪中。一幅图像投射到操作员的左眼，另一幅图像投射到他的右眼。结果是地形的三维视图。两束小光束连接到一个指针，并调整为在与三维地形图像上给定高程相对应的小白点中相交。经过 为保证地图的准确性，必须按字段确定各个控制点的准确位置调查。为每种使用的颜色制作单独的划线涂层。 移动指针同时保持两个光束聚焦在一个点上，操作员跟踪地面的每条轮廓线和各种特征的位置。指针连接到跟踪表上的笔，用于绘制被跟踪的轮廓或特征。此时所有轮廓和特征都以黑色绘制。这个过程称为编译地图手稿。
• 7 描图完成后，对完成的地图原稿进行拍照，并制作一张地图大小的底片。这种底片通过光化学复制到几片薄塑料片上，塑料片上涂有一层柔软的半透明涂层，称为划片涂层。

划线和编辑地图

• 8 一次取出一张塑料布并将其放在一张灯台上，柔和的光线透过白色塑料表面照射进来。这种来自下方的照明使地图手稿的线条通过划线清晰可见。雕刻师小心地沿着完成地图上的特定颜色的线条和区域切掉划线。例如，一张纸将包含河流、湖泊和其他水体的所有线条，这些线条将是蓝色的。对每种颜色重复此过程。
• 9 单独的刻字纸是通过在每个刻划纸上放置一张透明塑料纸并小心地将刻字与要标记的特征对齐来准备的。根据标准选择字体大小、样式和字体，以确保从一张地图到另一张地图的一致性和易读性。然后由每个完成的类型片材制成负片。
• 10 在多次检查和编辑划线纸后，通过将每张纸在不同颜色的光线下曝光来制作彩色打样纸，以生成看起来与完成的地图非常相似的彩色印刷品。进一步检查和编辑后，即可打印地图。

打印地图

• 11 通过曝光划线纸和刻字底片，为每种地图颜色准备一个压印板。将纸张装入平版印刷机，印刷第一种颜色。更换印版和油墨，纸张再次通过印刷机以印刷第二种颜色。重复此过程，直到打印完所有颜色。一些最大的印刷机可以连续印刷多达五种颜色，而无需更换印版或重新装入纸张。

质量控制

美国地质调查局使用 1947 年制定的国家地图精度标准。从 1958 年开始，美国地质调查局开始通过实地检查每年生产的大约 10% 的地图上的 20 个或更多明确定义的点来测试其地图的准确性。

对于比例为 1:24,000 的 7.5 分钟地图，水平精度标准要求地图上显示的至少 90% 的检查点的位置必须精确到地面实际位置的 40 英尺（12.2 m）以内.垂直精度标准要求地图上显示的至少 90% 的检查点的高程必须精确到地面等高线间隔的二分之一以内。对于等高线间隔为 10 英尺 (3 m) 的地图，这意味着地图上显示的高程必须精确到地面实际高程的 5 英尺 (1.5 m) 以内。为了让您了解这些标准对地图制作者的意义，水平精度标准要求地图上至少 90% 的检查点的位置必须绘制到正确位置的 0.02 英寸（0.05 厘米）以内。

未来

目前使用的大部分地形图都是手工制作的。然而，对于地图制作者来说，未来就在今天。完善的导航卫星网络构成了全球定位系统 (GPS) 的基础。该系统允许现场测量员准确地确定几英尺内的水平位置，即使在传统测量技术无法实现的最偏远地区也是如此。

其他带有各种传感器的卫星可能很快就会取代制作地图的航拍方法。 Landsat 系列卫星中的第一颗于 1972 年发射，到 1984 年，它们可以探测地球表面大约 100 英尺（30 m）大小的物体。 1998 年，一家美国公司正准备发射一颗可以探测小至 3 英尺（1 米）的物体的卫星，这将产生与当前美国地质调查局 7.5 分钟地图一样详细的图像。更重要的是，这些图像将作为数字数据被捕获和传输，然后可以由计算机处理和打印。这将显着减少生成或更新地图所需的时间，并将提高整体准确性。