清聖祖玄燁（來自網際網路）
清代的全國經緯度測量及其意義
—中國測繪史學習筆記
作者：老村長
2020年12月2日於北京
中國大規模全國性經緯度測量的進行，始於清初康熙年間。清代，中國先後進行過兩次大規模的全國經緯度測量，主要目的是為實測全國地圖提供控制基礎。第一次是在康熙、乾隆年間，第二次是在光緒年間。這兩次測量，構成了全國經緯度點網，為實測全國地圖提供了控制基礎，並首次為牛頓地球扁圓說提供了測量實證，在中國乃至世界測繪史上均具有重要影響。
一、康熙年間的經緯度測量
1644年，清世祖福臨入關建立清王朝，確立了對全國的統治。為加強國防、鞏固政權和發展經濟，清聖祖玄燁（即康熙皇帝）從康熙二三十年開始醞釀測繪全國地圖。在技術、人員、儀器等方面，經過10多年準備後，自康熙四十七年（1707年）開始全國地圖的實測。這一浩大工程，歷時10年至康熙五十五年（1716年）結束，以測量的全國性經緯度點的為控制基礎，實測了除新疆哈密以西及西藏部分地區外的全國地圖，據此編製成《皇輿全覽圖》。
工部營造尺（來自網際網路）
為統一全國地圖測繪的規格和保證成圖的精度，玄燁規定緯度一度經線弧長折地長為200裡，每裡為1800尺，尺長標準為經線弧長的0.01秒，此尺稱工部營造尺（合今0.317米）；緯度以赤道為零起算，經度以通過北京欽天觀象臺的子午線為本初子午線，以東稱東偏，以西稱西偏，當時也稱裡差。玄燁規定的取經線弧長的0.01秒為標準尺度之長，並用於全國大地測量，乃世界之創舉。
地面點經緯度測量，主要採用以下方法：一是採用天文測量方法直接測定北極高度和東西偏度（當時稱測天度）；二是依據測得的天文經緯度點，布測三角系，同時量測起算邊長，然後推算三角點的經緯度。由於當時天文測量所用鐘不夠精確，天文測量儀器、技術人員少，且需要時間較長，而三角測量方法較天文測量容易得多，精度也不差，故決定以天文測量方法測定重要地面點的經緯度，而大部分點經緯度則採用三角測量方法推算。
法國籍傳教士張誠（來自網際網路）
康熙年間的經緯度測量，以外國傳教士為主、中國人參加，組成測量隊，攜帶從西方購買及自製的一些測量儀器，分批進行。其中最主要的幾次是：
康熙四十六年（1707年），令傳教士張誠率隊在北京附近測量；
康熙四十七年，令白晉率隊沿長城在直隸境內測量；
康熙四十八年，令雷孝思、麥大成率隊前往山東測量，又令杜德美、費隱率隊至西北包括蒙古、陝、晉、甘及新疆東部等地區測量；
康熙五十年，令清大臣何國宗（？～1767年）等前往江南諸省測北極高度及日影；
康熙五十一年，令雷孝思、馮秉國等前往包括臺灣在內的東南各省測量；
康熙五十二年，又分3路對中國中部、南部和西南部測量；
康熙五十四年，派雷孝思率隊前往湘、鄂、滇、黔一帶測量；
康熙五十五年（1716年），又派人前往西藏測量。
清朝大臣何國宗（來自網際網路）
測量中，採用天文測量方法測定地面點經緯度時，緯度觀測通常於冬至前後測勾陳大星出地高度，取其最高最低度數折中，定為該地北極高度（即緯度）。經度（東西偏度）的測定，有測日、月食及木星等不同方法。在測量三角點的過程中，康熙四十六年（1707年），在今吉林省暉春至海邊的高山間，使用測繩丈量距離，使用測鏡測量坡度，測量了一條長43裡的基線，作為三角測量的起始邊。為防止粗差，保證三角測量精度，測量人員尺不離手，精確分割半圓，在兩點間儘量多設測點，並使之構成三角網。同時，在一定範圍內通過觀測太陽或北極星在子午圈的高度，對採用三角測量方法測得的經緯度值進行校正；或用不同的圖形，以相當的距離，按照相同分規則對已測三角點進行複測，以檢驗觀測精度。
據史料記載，經過10年（1707～1716年）測量，共測量和推算出比較重要的經緯度點641點，其中55個東西偏度點和56個北極高度點採用天文測量方法實測，大部分點採用三角測量方法推算得出。至此，除新疆西部和西藏部分地區未測量經緯度點外，已在全國布測稀密不勻的經緯度點。經緯度點測定後，即實測地圖，使經緯度測量成果起到控制作用，從而為基於實測地圖編製成《皇輿全覽圖》奠定了基礎。
二、乾隆年間的經緯度測量
由於戰亂，康熙年間進行的經緯度測量，主要在新疆哈密以東地區，新疆西部及西藏部分地區未進行測量。到乾隆中葉，經過數年徵戰，西部業已平定，清王朝鞏固了西部地區的統治，全國版圖得以確定。於是，乾隆帝弘曆決定開展西部地的大規模測量，範圍包括哈密以西至巴爾喀什湖以東以南廣大地區和西藏未測量地區。
清代蒙古族數學家明安圖（來自網際網路）
乾隆年間的經緯度測量，在技術上與康熙年間的測量基本相同，以中國人為主、外國人參加，是分兩步實施的：第一步，乾隆二十一年（1756年）二月開始，由精於測繪的清大臣何國宗總負責，分兩路實施，同年十月測量結束。
其中，天山西路，沿天山北麓至伊犁，由努克三負責；天山北路，越託東嶺進入吐魯番盆地，由何國宗、哈清阿負責。第二步，乾隆二十四年（1759年）五月開始，由擅長測算的清代蒙古族數學家明安圖（1692～1765年）總負責，傅作霖協助，繼續測量第一步未完成的新疆天山以南地區及西藏未測量地區，至次年三四月間測量結束。兩步測量，共測定經緯度點93點。
據此，完成全國地圖的測繪，於乾隆二十七年（1762年）編製成《乾隆內府皇輿地圖》，標誌著中國首次實測全國性地圖的最終告成。
清代天文學家張作楠（來自網際網路）
通過康熙年間和乾隆年間的大規模測量，第一次獲得了中國全國版圖內的經緯度點共734點（其中148點採用天文測量方法測得）的成果，構成了全國經緯度點網。上述734點並不是當時測定和推算的經緯度點的全部，只是其中一些主要的點，還有部分點雖已使用但未選錄。連同乾隆至嘉慶年間的測量，共約1700餘點。嘉慶二十五年（1820年），清代著名天文學家張作楠（1772～1850年）將以上測量成果編成《揣龠小錄》（藏浙江圖書館）一書，書中有《北極經緯度分布表》（實為當時全國經緯度點成果彙編），表中有府、州、縣名稱及緯度和東西偏度值，共錄入全國經緯度值1711處。
三、光緒年間的經緯度測量
從康熙和乾隆年間進行大規模經緯度測量後，歷經170餘年，實地發生了很大的變化。鴉片戰爭後，中國淪為半封建半殖民地社會。清王朝為挽救其危亡命運，特別是當時急於修編《大清會典》所附輿圖的需要，又已逐步掌握近代測繪技術，光緒十五至二十五年（1889～1899年），又重新進行了一次全國性的經緯度測量。
參加此次測量的人員，均為中國人。測量方法，以太陽午正高弧定緯度法測定緯度，以月食定經度法測定經度。雖然當時已有觀測北極星測定緯度法，但因測繪人才和儀器缺乏，又需夜間觀測，故很少採用。有的省則以清初所測量的地面點經緯度數值，以分率法推算緯度，以弧三角法推算經度。
清末這次經緯度測量，按會典館規定，測量了縣以上行政機關駐地的經緯度值，全國約2000餘點，構成了全國新的密度更大的經緯度點控制網，不僅保證了測繪《清會典圖》的精度，而且使各省測繪的州、縣地圖，能以經緯度點為控制縮編為府、省地圖，發揮了重要的作用。
清末經緯度測量的精度，按《清會典圖》卷139輿地一所載，各地經緯度值29處，用現代地圖上量算的25處省城經緯度值，與清末實測值比較，經度差值5分以內者10點，佔總數的40％；10分以內者8點，佔32％；緯度差5分以內者18點，佔總數的72％；10分以內者6點，點24％。但個別點數值相差較大，如烏魯木齊的經度相差1度36分，拉薩的緯度相差49分。
遼東地區8個經緯度點分布圖（來自寓公劍美篇）
四、清代全國經緯度測量的意義
清初和清末進行的經緯度測量，是中國歷史上全國性經緯度測量的開始，不僅為實測全國地圖提供了控制基礎，而且在中國乃至世界測繪發展史上，均具有重要的地位。
建立了規模空前的全國經緯度點控制網。清初康熙年間開展的經緯度測量，標誌著中國全國性經緯度測量的開始。經過清代的幾次測量，中國在全國範圍建立起2000餘點構成的經緯度點控制網。其控制範圍之大，點位密度之大，作用影響之深遠，在中國乃至世界測繪史上都是空前的。十八世紀初，歐洲及世界其他國家還未開始，或雖已開始但尚未完成本國的大地控制測量，而中國在清初康熙年間已開始並完成大部分國土的經緯度點測量。
為測繪全國地圖提供了控制基礎。清代建立的全國經緯度點網，不僅為測繪《皇輿全覽圖》《乾隆內府輿圖》《清會典圖》等全國性地圖提供了控制基礎，保證了這些地圖測繪的質量和地理位置的統一，而且給後來民國時期編制大型地圖集提供了控制基礎，北洋政府時期進行的大比例尺地形圖測繪，也是以清末測量的經緯度點作為控制基礎，可見其作用之大。
促進了中國大地測量技術的發展。清代開展的全國經緯度測量，參加測繪的技術人員，從康熙年間，以外國傳教士為主，中國測繪技術人員參加；到乾隆年間，以中國測繪技術人員為主，外國人參加；再到光緒年間，完全由中國測繪技術人員自己完成。儘管這一轉變過程是緩慢的，但從一個側面反映了中國大地測量技術的發展，在中國測繪歷史發展中具有重大意義。
為世界測繪科技發展作出了貢獻。康熙四十三年（1704年），在展開全國性經緯度測量前，中國就以測量數據為依據，規定地球經線一度弧長為200裡，並以此規定了工部營造尺的標準長度，這在中國歷史上是首次，較法國國民會議作出類似規定要早88年。當牛頓的地球扁圓說與卡西尼的地球長圓說相對立，無法定論之時，中國於康熙四十九年（1710年）在東北地區測量緯度41～47度間每度的經線弧長，發現越向北越長，相差258尺（1尺=0.317米），為牛頓的地球扁圓說提供了實地測量實證，這無疑是對世界科學發展的一大貢獻。
註：本文在學習《中國測繪史》第2卷（測繪出版社）、《中國地圖學史》（喻滄、廖克編著，測繪出版社）等相關史書基礎上編撰而成，文中有關經緯度點數據引自《中國測繪史》第2卷。版權歸作者老村長所有，如轉載須聯繫作者。