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測繪古已有之,並且取得了許多輝煌的成就。古代科技雖不及現代發達,但地圖測繪的方法可謂豐富多樣,其中的許多方法對於後世的測繪工作都有深遠影響。為紀念第16個全國測繪法宣傳日暨國家版圖意識宣傳周,本版特約系統內外書畫家以書法繪畫的形式,圖說古代歷史中有關地圖測繪的那些事。
記裡鼓車
古人繪製地圖有著自己獨步天下的辦法。夏禹治水時期,「左準繩,右規矩,載四時,以開九州,通九道」,其中的準繩和規矩就是當時所用的測量工具。古時地圖稱為「輿圖」,「輿」在古語中指代車輛、車廂等,形象地說,古代繪圖師是在車廂上繪製地圖的,而這種繪圖車輛有著自己的專業稱謂「記裡鼓車」,其發明於先秦,完善於西漢,主要功能是記錄馬車行走裡程距離,同時具有指南車指示方向的功能。
「記裡鼓車」,又稱記裡車、大章車,車有上下兩層,每層各有木製機械人,手執木槌,下層木人打鼓,車每行一裡路,敲鼓一下,上層機械人敲打鈴鐺,車每行十裡,敲打鈴鐺一次。駕車的人只用記錄下鼓聲和鈴聲的次數就可計算出馬車行走的距離,再依據方位將沿途觀測到的地理信息記錄下來,便可繪製到圖上。
製圖六體
到了晉朝,由於舊圖繪製粗略,加之地名改變,曾任宰相的裴秀編制了我國最早的地圖集——《禹貢地域圖》,其中採用了「製圖六體」之法。這本書中提出了地圖製圖的六條原則:一為「分率」,用以反映面積、長寬的比例,也就是今天的比例尺;二為「準望」,就是方向的意思,用以確定地貌、地物彼此間的相互方位關係;三為「道裡」,用以確定兩地之間道路的距離;四為「高下」,即相對高程;五為「方邪」,即地面坡度的起伏;六為「迂直」,即實地高低起伏與圖上距離的換算。這六條原則的綜合運用正確地解決了地圖比例尺、方位及距離的問題。從那時開始,以這本書為代表的「製圖六體」成為我國明代以前地圖製圖學理論的基礎,在我國和世界地圖製圖學史上都有著重要的地位。
計裡畫方
製圖六體中的「分率」即比例尺問題,關係到製圖的科學性,即測繪者採用何種比例將龐大的山川河流、道路城邦「縮印」在絹帛或者紙上。晉代裴秀運用了「計裡畫方」的辦法。
「計裡畫方」是按比例尺繪製地圖的一種方法。繪圖時,先在圖上布滿方格,方格中邊長代表實地裡數,相當於現代地形圖上的方裡網格,然後按方格繪製地圖內容,以保證一定的準確性。唐人賈耽編制了《海內華夷圖》、北宋沈括編制了《天下州縣圖》、元朝朱思本繪製的全國地圖《輿地圖》,都採用了「計裡畫方」的方法,精確性超過前人。
但這些以「計裡畫方」原則繪製的地圖有個致命的缺陷,即測繪中心附近的相對準確,而離測繪中心越遠則誤差越大。誤差產生的原因在於裴秀以為世界是平的。
海 拔
到了元代,著名數學家郭守敬「又嘗以海平面較京師至汴梁地形高下之差,謂汴梁之水去海甚遠,其流峻急,而京師之水去海至近,其流且緩,其言倍而有微,此水利之學,其不可得也」。這是我國史書上第一次記載利用海平面作為基準來建立統一的高程系統,創立了「海拔」這一科學概念。這一工作,對於測量事業的發展具有十分重大的意義,是我國在地圖測繪方面大面積測量發展到一定水平所孕育出的傑出科學成果。