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拂去历史尘埃,探寻中国古代测绘发展脉络
发布时间:2020-05-22     来源:浙江自然资源     浏览:134

漫话中国古代测绘


测绘是门古老的科学,在中国源远流长,自有文字记载以来就有关于测绘的描述。即日起,浙江测绘与地理信息科技博物馆开辟专题,以朝代为单位梳理中国古代测绘的发展脉络,让我们一起拂去历史的尘埃,在浩瀚的历史星河中撷取测绘智慧的涟漪。

探寻中国古代测绘发展脉络(一)

先秦时期

华夏神州,经天纬地,测绘历史,源远流长。先秦测绘起源于人们对地理环境的初步认识,后发展为广泛应用于土地划分、工程建设、军事部署、天文观象等方面的实用技术,并产生了一批早期测量工具。列国之间,地图已作为“版图”之象征,科学测绘技术开始萌芽。

01  早期测量工具

木垂球和木觇标墩

商(约前1600年—约前1046年)

大家能看出这是挖井时使用的工具吗?它可是世界上最早的测量工具实物哦。使用时,把垂球用线绳系住,尖向下,固定在井口圆中心部位,觇标墩置于井中,随井掘进垂球下放,但垂球头始终对准觇标墩中心小洞窝,这样就能保证井不挖歪了。看到这里,你是不是跟小编一样佩服古代先民们的智慧呢?

02  早期测绘应用

水利工程测量

相传4000多年前,大禹治水时随身携带测量工具进行水利工程测量,《史记》记载:“(大禹)左准绳,右规矩”,“行山表木,定高山大川”。大禹治水成功,促进了农业发展,使夏朝进入盛世。


错金银铜版兆域图  前4世纪

这是一块遭受过火烧和压砸的铜版,它是战国时中山王(cuò)的陵园规划图。图上标有陵园各个部位的尺度,换算后的比例尺为1:500。这是世界已知最早有比例概念的铜版建筑图,也是我国现存最早的建筑平面规划图。

03  早期的地图

西周散氏盘  前879—前843年

清乾隆中叶出土,其铭文记述了夨(zè)国赔偿给散国的两地界线、走向以及测定顺序,记载了绘有两地界线的地图,是中国现存最早的界线测量及地图的实证。

荆轲刺秦王

从大禹划天下为九州,在九鼎上分铸全国各地的山川和珍奇物产的图形开始,地图已经逐渐成为国家主权的象征。《韩非子》中“献图则地削,地削则国削”说明地图是国土的象征,这也是为什么当荆轲以献督亢地图为掩护准备刺杀秦王时秦王愿意冒着风险接见他。

04  测绘与天文

寸影千里示意图

你知道吗?我国先民曾利用日影的长短变化进行远距离测量,具体方法是选择同一天正午,在南北方向上的两地分别竖起同高的表杆,然后测量表杆影长,并根据日影差一寸实地相距千里的原则推算两地距离,这种方法一直沿用到汉代。事实上,由于地球曲率等原因,这种方法并不准确。


秦汉魏晋南北朝

如果说先秦时期是中国古代测绘体系的肇始时期,那到了秦汉魏晋南北朝,我国古代测绘体系开始初步形成了,不管是测绘管理、理论、方法,还是工具等方面均有了突破性进步。得益于数学、天文学等学科的进步,测绘水平也有了提高。这个时期,裴秀提出的“制图六体”成为中国古代传统制图的范式......

01  测绘管理

提起秦始皇,我们都知道他是中国第一位皇帝,正是他奠定了中国两千余年政治制度基本格局。那你知道吗,除了这些,秦始皇和测绘也有很深的渊源哦,特别是对测绘管理有着举足轻重的影响和贡献,一起往下了解你就知道啦。



公元前221年,秦始皇下诏统一文字、货币和度量衡。度量衡的统一为测量标准化奠定了基础,而标准化的测量工具成为精确测量的必要前提。

上图是西汉测绘管理职官体系图。实际上,从秦汉时期就设置了管理测绘的职官,建立起一定规模的测绘机构或队伍。朝廷中,御史大夫之下御史中丞的职能中包含测绘管理与图籍保存。秦代丞相、御史衙门里存放着地图,并为汉代的石渠阁所继承和拓展。

02  地图绘制

左:《长沙国南部驻军图》  右:《长沙国南部地形图》

上面的两幅帛地图与著名的不腐女尸辛追夫人来自同一座古墓——湖南长沙马王堆汉墓。这些出土的帛地图表明,秦汉地图科学地应用了比例尺,采用了表示地形要素的符号系统,运用了和谐的色彩,保证了较好的数学精度,是2100多年前中国测绘技术和地图制作的杰出代表,反映了当时世界的最高水准。

03  测量与数学

小伙伴们没想到吧,逛博物馆还能遇到数学问题!这是因为测量的实际操作中蕴含着许多数学原理哦。

三国时数学家刘徽在注释《九章算术》时,补著《重差》一卷。重差测量即根据相似直角三角形对应边成比例的原理,进行测高、望远、量深。唐代李淳风以《重差》第一题为测量海岛高远问题而将其更名为《海岛算经》,这是中国历史上第一部有关测量的数学专著。



九章算术细草图说附海岛算经细草图说  清光绪二十二年上海文渊山房石印本  1896

清李潢撰,以戴震校订的《九章算术》为底本,对《九章算术》及其刘徽注、李淳风注详加解释,并绘图说明,便于读者理解。

海岛算经=相似三角形?

刚才说到了,三国时数学家刘徽就提出了重差测量的概念,也说明了重差测量原理是“根据相似直角三角形对应边成比例的原理,进行测高、望远、量深”。很多小伙伴也许听得云里雾里,下面小编就给大家演示一下海岛算经的原理。提前透露一下,这个原理简单说来就是我们中学时都学过的相似三角形哦,是不是很神奇!

假设图中的测量人员从1号标杆向后走127步其视线能与标杆顶部、海岛顶部重合;测量人员从1标号杆出发向前走1000步其视线能与2号标杆顶部及海岛顶部重合,此时测量人员距离2号标杆123步。假设海岛高H,2号标杆离海岛水平距离为L,标杆高10米,那么抓住“123步,10米,127步,1000步”几个重要数据,我们可以根据相似三角形原理进行如下计算:

(123步):(10米)=(123步+L):H

(127步):(10米)=(1127步+L):H

可解得L=30750步,H=2510米,即海岛高度为2510米。

04  制图理论体系

裴秀像

西晋地图学家裴秀在编绘历史地图集《禹贡地域图》时提出了一套完整的绘图规范——“制图六体”,标志着中国古代地图制图理论体系的形成。

裴秀生平

裴秀(224—271年),字季彦,河东闻喜(今山西闻喜)人。曾随司马昭平定诸葛诞叛乱,一路上留心观察山川地势,广泛收集地理资料。司马炎代魏称帝后,裴秀先后担任尚书令和司空,掌管全国户籍、地图、田亩、赋税等。裴秀结合踏勘地形的实际经验和朝廷秘藏的图籍资料,编绘出《禹贡地域图》,这是目前所知中国第一部历史地图集。

制图六体

裴秀为《禹贡地域图》作序时对制图方法进行了理论概括,提出了“制图六体”。其前三条阐述测绘地图的三个基本条件:分率,即比例尺;准望,即方位;道里,指距离。后三条说明各地间由于地形高低变化和中间物的阻隔,道路有高下、方斜、迂直的不同,制图时应采取逢高取下、逢方取斜、逢迂取直的方法,确定水平直线距离。

05  测量工具

古代测量工具小百科


左上司南  东汉(25-220年)

司南是世界上最早的磁性指南工具,早在战国时已应用。东汉王充《论衡》:“司南之杓,投之于地,其抵指南。”该模型原件为科技史专家王振铎据此设计复原而成。

左中  记里鼓车

记里鼓车是行进时测量距离的装置,通过巧妙的机械传动,车行一里路,车上的木人击鼓一次,是世界上最早自动测报里程的仪器。记里鼓车至迟在晋代已有,曾与指南车一同作为皇帝出行仪仗队的先行车辆。

左下铜圭表  东汉(25—220年)

圭表是古代利用日影长短变化判断方向、推算距离、测定时间的测量仪器。该件圭表由圭(横)和表(竖)两部分组成,中间有轴连接,可随时起合,或为炼丹时的计时器。

右上新莽铜卡尺  新莽始建国元年(9年)

由固定尺和滑动尺两部分组成,两者等长。使用时,将左手握住鱼形柄,右手牵动环形拉手,左右拉动,可测器物的直径、深度及厚度等,最小读数为分,可估读至半分。该图中新莽铜卡尺下方为现代常用的游标卡尺,对比可看出很相似,古代先民的创造智慧由此可见一斑。

右中千章铜漏  汉成帝河平二年(前27年)

漏刻是古代的计时仪器。此壶的梁、盖长方孔处插有刻度的沉箭(已失),沉箭随壶水外漏逐渐下降,以测定时间。这是迄今容量最大、保存最完整的西汉铜漏壶。

右下托克托日晷  汉(前202—220年)

日晷是一种利用太阳投射的影子来测定时刻的计时用具,起源于圭表。该晷于清光绪二十三年(1897年)在内蒙古托克托出土,是现存唯一可靠且较为完整的汉代日晷。




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