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测量学——漫话中国古代测绘

(作者未知) 2009/6/18

   测绘是门古老的科学,在中国源远流长,自有文字记载就有了关于测绘的记述。《史记•夏本记》上说,公元前两千二百多年,夏禹治水“左准绳,右规矩,载四时,以开九州,通九道”。《山海经》也说,夏禹派大章和竖亥两位徒弟步量世界大小(大范围测绘)。这说明四千多年前,我们的祖先为发展农业,在与洪水的斗争中,就已经开展过规模较大的测绘工作。上面提及的“准”是测高低的,“绳”是量距的,“规”画圆,“矩”则是画方形和三角形的;还有个“步”,是计量单位,折三百步为一里。禹治水成功,促进了农业发展,使夏朝进入盛世,各部族和九州首领向大禹进贡图画、金属等物品,禹命工匠铸成九鼎,并刻上图,图上有九州的山川、草木、道路以及禽兽的分布情况,这就是古代的原始地图,供人们外出交往沟通、狩猎时参考。
   《晋书》中有段记载,在夏、商、周三代,已设置了“地官司徒”官职,专司管理全国地图。可见,远在三千五百多年前,我国就已经测绘了相当数量的地图,以至需专人管理。
   春秋战国时,地图已普遍用在军事上。《管子•地图篇》说,凡主兵打仗,必须先看图,知地形,才不致失利。《孙子兵法•地形篇》也说,没有地图、不知地形,必败。当时地图都刻在木板上,包括山脉、河川、城镇、道路等相关位置,具有一定的比例,且广泛应用了指南针。
   秦汉时期,统治者已把地图视为权力之象征,极为重视,以至有轰轰烈烈“图穷匕首见”的传奇故事。那时,地图的品种逐渐增多,有土地图、户籍图、矿产图、天下图、九州图等。秦始皇统一中国后,立即收集各类地图,“掌天下之图以掌天下之地”。思路、观念极其明确;而且,中央由“大司徒”专门管理,地方派“土训”管理(皆为管地图的官司职称呼)。到了刘邦打进咸阳,萧何立即把秦朝的地图全部安置于坚固的资料库里,之后它曾给汉朝带来很多潜在的好处。地图资料的积累也促进了天文测量的进步,在西汉时期,人们已能运用勾、股、弦和相似三角形来推算距离,测量面积的方法也增多了,它促进了测绘技术的发展。最能体现当时高超水准的,是长沙马王堆一号汉墓出土的地形图。该图是在两千一百多年前随葬入土的,而绘制的年代肯定更早。图的比例尺约1:18万,相当于古代一寸折十里的比例。地图内容详尽,山川走向、居民地的位置与现代地图比较相当吻合,符号设计也有一定的原则,是当今世界上保存得最早的古代地图,比古埃及著名制图学家绘制的地图至少要早三百年,图的内容和适用性更是远胜埃及的古地图 东汉初期,社会稳定,经济发展,大规模的治黄工程和社会生产得到较快的推进,也促进了测绘技术的进步。著名科学家张衡经过长期观测,发现地球是圆的,并沿南北极轴旋转,黄道是太阳运行轨道,与赤道交角为24度。这些重要的科学概念,为天文大地测量和大范围的地图测绘提供了理论基础。之后,中国又发明了计里鼓车,这是用齿轮等机械原理制作的测量距离和确定方位的工具,每走一里,车上木偶击鼓一下,走十里打镯一次,车上的指南针则记录着车子行走的方向。
   三国之后,晋王朝建立,天下又出现统一的局面。这时出了个著名的制图学家裴秀。他在总结前人经验的基础上创造了《制图六体》,即分率(比例尺)、准望(测量方法)、道里(测量距离)、高下(测量高低)、方邪(测量角度)、迂直(测量曲线与直线)。这六条测制地图的原则,除经纬线和投影之外,几乎把现代地图的测制原则全都扼要地提到了,这在中国制图发展史上具有划时代的意义,对后代测制地图有着深远影响。在裴秀的指导下,组织大批测量和制图人员,编制了著名的《禹贡地域图》计十八篇,缩编了《天下大图》和《方丈图》。这些地图内容详尽,判读方便,流传了数百年。
   唐朝初期,中国疆域辽阔,为了便于统治,皇帝曾规定全国各州、府每年要修测地图一次。可见当时已建立起对地图的实时概念。德宗皇帝曾令制图学家贾耽绘制全国大地图。贾耽组织人员,依据《制图六体》,历十六年完成《海内华夷图》。图的范围东西三万里,南北三万五千里,是中国当时疆域的范围,相当于当代一幅亚洲地图。可惜该图失传,但宋朝人曾参照原图缩制《华夷图》和《禹迹图》,刻在石版上,现保存在西安碑林。唐代著名天文学家张燧,在世界上首次用科学方法测量子午线的长度。他根据不同地点的日影变化,求得北极星高度差一度,则地上南北距离差351里80步,且是不均匀的。这一发现比其他国家要早一千多年。
   宋朝王安石变法时,曾开展大规模的农田水利建设,在推行新法的六七年间,全国兴修水利十万余处,灌田三千多万亩,其间有大量的勘察与测绘工作。大科学家沈括曾主持治理一条840多里长的水渠,他采用“分层筑堰法”,测出长渠两端的高差为十九丈四尺八分六寸。沈括还奉旨用12年的时间修编了《天下州县图》,把图上的方位由8个增加到24(未完,下一页

  

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