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竖版地图的科学绘制

地图投影

地图投影的基本原理是球坐标到平面坐标的数学变换,按照变形又分为等面积投影、等角度投影和任意投影,传统地图考虑到人类生存的大陆投影变形最小,而放大了南北极的变形,且一般遵从上北下南的常识(即下图的东西撕开)。

竖地图

竖地图也是一种地图投影。国内较著名的竖版地图由长期从事大地测量学地球物理学地震学地图学地理学马克思主义哲学研究的诗人郝晓光研究员编制,他的地图将南北极以较小的变形投影到一张图上,这版地图相当受欢迎,获得了各个社会群体的喜爱。国产竖版地图影响甚大,除了改变人类的“世界观”,它还改变了北斗卫星在北极的布局,改变了中国对美战略等。近期的一则消息拿美国Princeton University科学家所公开的Gott-Wagner投影和国产竖版地图做比较,专家结论是美国地图不好,并给出了几点依据。不明觉厉吧,国产的地图真无敌,轻松打败美国地图。

竖版地图,图片来源:郝晓光主页

经资料查询,其竖版地图的制图法则在于:

“经向世界地图”采用“等差分纬线多圆锥投影方法”,而我们所做的只是将“经向世界地图”的纵坐标线(经线)与横坐标线(纬线),变换成“纬向世界地图”的横坐标(经线)与纵坐标线(纬线)。也就是说,“纬向世界地图”与“经向世界地图”在投影方法上的区别仅仅是“坐标换轴”。(《经纬跨越四百年)

简单理解,就是把经纬替换,投影的数学法则不变。

下面我们试着用GMT软件和另一种投影方式制作竖版地图,主要目的是好玩

GMT通用绘图工具绘制不同投影的全球地图

GMT是科学绘图领域使用最普遍的开源工具,它调用了另一个开源软件Proj的全部投影(有149种),基本满足各种制图场景。

使用GMT绘制全球地图非常方便,例如仅下面一行命令,就绘制出常见的Robinson projection(罗宾逊投影)地图:

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$ gmt pscoast -Rd -JN5i -Bg30 -Df -A10000 -Glightgray -N1/0.005c -W1/0.01c -png mapnormal

GMT绘制的Robinson投影全球地图

1963年,阿瑟·h·罗宾逊(Arthur H. Robinson)响应兰德·麦克纳利公司(Rand McNally company)的呼吁,发明了罗宾逊投影。从那时起,该公司就在通用世界地图中使用了这种投影技术。罗宾逊在1974年公布了该计划的建造细节,1988年,国家地理学会(NGS)开始使用罗宾逊投影法绘制通用世界地图,取代了范德格林滕投影法,NGS在1998年放弃了罗宾逊投影,转而使用Winkel tripel投影,因为后者“减少了靠近极地的陆地的变形”。来源

GMT绘制竖版地图

使用GMT的通用墨卡托全球投影(Transverse Mercator projection)投影,可以仅一行代码实现竖版地图:

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gmt begin TMcontours ps,png
gmt coast -R0/360/-80/80 -JT160/-50/4i -Glightgray -A10000 -Df -Ba30g30 -X6i -N1/0.005c -W1/0.01c
gmt end

仔细看这幅地图,容易发现澳大利亚和南极洲的海岸线匹配较好,可能亿万年前澳大利亚是南极洲的一部分吧。

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gmt begin TMcontours ps,png
gmt coast -R0/360/-80/80 -JT330/-40/4i -Glightgray -A10000 -Df -Ba30g30 -N1/0.005c -W1/0.01c
gmt end

如果换一个视角,可以更加清晰展示全球五大洲陆地的版块运动,上图易见:南美洲和非洲,南极的威德尔海和南非,马达加斯加和非洲大陆都可以拼在一起。这或许可以解释为什么南非、南美洲、澳大利亚有企鹅。

企鹅分布

图片来源