地图显示了事物之间的关系,它之所以完美是因为每个事物的相对比例都恰好适合,没有任何扭曲,正是这种数学比例,让地图具有权威,大多数人把地图看作是想当然的,可是绘制地图的人可不这么想,因为所有绘制地图的人都会遇到一个基本的几何问题。如果你能把地球面表剥下来放到地上,就会看到它不是平的,专业的制图师把这个从球面到平面的投影问题称为橘皮问题。
几千年以来,制图师想出许多聪明的办法,把一个表面上的点转化到另一个表面上来,有的把这些点投影到圆柱体上,有的投影到圆锥体上,还有的直接投影到平面上,但是没有一种方法能够完美地把地球压扁,每种投影的方法都会有点扭曲。
一个证明的例子是哥拉多斯·墨卡托在1569年绘制的地图,地图上任何一条线都表示恒定的指南针方向。几个世纪以来,水手们都用它来绘制全世界的水路图,以格陵兰为例,格陵兰岛实际上只有墨西哥这么大,但是,它在地图上面却非常大,这种投影不是为了显示国家间的相对大小,而是为了航海。
几个世纪以来,绘制地图的科学变的非常复杂,但在本世纪初,徒步测绘还是绘制地图的主要手段。利用简单的三角学,通过标记两个点测量水平底线的长度,并从每一个点测量山顶的角度,就可以计算出作为直角边山的高度。直到飞机出现以后,使用一种叫做航空照相测量法的数学方法,人类才终于能够给大片崎岖不平无法进行地面测绘的地区绘制地图。
我们星球的表面有70%是水,对于绘制精确的海航地图来说,数学更是极端重要,利用回声定位的方法,我们只要知道声音到达海床,又返回考察船的时间,就基本知道海床的距离或深度了,通过全面的测量,我们就知道海床的样子。
为了帮助飞行员训练,人们还利用数学绘制可能是有史以来最接近现实的地图,新构造地球表面数学模型,再把卫星图像和情报数据象输液一样,一层一层叠加在数学模型之上,通过一些共同点连接起来,就构成了和地面上一模一样的地图,它是一幅巨大的无缝图像,其中的地形数据就是数学模型,让飞行员能够精确地确定自己在地球上的位置。
这一技术也得到了世界银行官员的高度评价:对我们而言,如果以市场经济做杠杆的话,来促进这些既有经济效益,又有社会效益项目的推广应用,是中国开展节能工作的最佳途径,我们将尽最大的努力来支持节能项目。
现在,地图已经成了数学中心概念之一,有了数学工具和现代探测手段,人们对地球探索越来越详细了,一切最终依赖地球,但是数学是这一切的基础。
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