地图与测绘技术:坤舆万里顾盼间
地图之妙,妙在历史中的众多迷局,都不经意间隐现在它的线条与图示之中。

在信息化时代的今天,地图测绘技术日益成熟,经过精准测量绘制的地图已极为常见。比如已经成为我们日常生活一部分的导航、旅游、住宿等手机软件,都是基于现代地图测绘技术的发展。

地图,简而言之,就是根据一定的数学法则,即某种地图投影,将地球或其他星球的自然现象和社会现象通过概括和符号缩绘在平面上的图形。然而,在生产力低下的历史早期,人们根本无法绘制精准的地图,为了避免迷路,他们想出了这样的办法:

用图画来描绘渔猎活动涉及到的地理范围,或用简单的符号或线条来表示河流、山脉、道路、房屋等要素,并随着时间的推移和生活的需要,这些地理标志不断发生变革。

乌克兰迈科普银瓶上的地图

在原始社会时期,人类活动就已产生了地图需要,早期地图多绘于岩壁、黏土上。目前所知较早的地图,大多源于西亚地区出土的早期文物。

目前公认的世界最古老的地图,是土耳其恰塔尔许于克镇出土的一幅约公元前6200年的壁画,画中标明了房屋、街道的大致布局,是最古老的城市平面图。

俄罗斯迈科普古墓出土的公元前3000年左右的银瓶,瓶身刻绘了两条发源于山脉的河流以及野生动物,画面精细,被誉为“世界最早的地图”。

绘于泥板上的巴比伦世界地图

巴比伦作为“四大文明古国”之一,基于土地管理的需求,很早就产生了测量工具和测量方法,已经出现耕地、城墙、运河等地图,多绘于泥板之上。另外,频繁的战争和商业交往的目的也促进了巴比伦地图绘制技术的发展。

约公元前600年前后巴比伦的一块泥板地图,就刻绘了以巴比伦为中心的美索不达米亚平原,上部分为楔形文字,下部分为一球形地图,图中显示巴比伦及其周围邻国均被海洋围绕,海洋之外还有其他陆地,反映了当时巴比伦人的地理认知及地理观念,被认为是目前现存最早的世界地图。

托勒密地图

古希腊人在巴比伦人的基础上,地图绘制技术取得了较大进步。公元前3世纪,根据探险家的观察所得绘制的希腊地图已经能够准确标示出非洲、不列颠、冰岛、印度等地的相对位置。

古希腊人对地图学的最大贡献便是发明了经纬度。公元100年左右,地理学家马里努斯发明了在地图上用间距相同的经纬线构成的格状体系,经纬度成为现代地图绘制的基准体系。马里努斯还成功地在平面上绘制圆球上的地貌,最先解决了投影难题。

罗马帝国为了管理庞大的疆域,鼓励以军事、商业、科学为目的地图绘制。罗马地理学家托勒密在测定经纬度和投影方法上取得了较大进步,并绘制了世界地图,其所著《地理学》用大量篇幅记载了许多具体地点的经纬度表,纬度基本准确,但经度是推测所得。虽然经纬度数据的准确性有所欠缺,但托勒密代表了西方古典时代早期地图学的最高成就,此后欧洲的地图学进入低谷期。

宋代《禹迹图》拓片,现存最早的“计里画方”绘制的地图

与此同时,裴秀的地图学成就代表了中国在地图绘制方面取得了重大飞跃。

西晋裴秀的“制图六体”是我国现存最早的制图理论,开创我国地图绘制理论的先河,对西晋以后的地图绘制技术产生深远影响,在世界地图史上也是重大的创举。裴秀主持绘制的《禹贡地域图十八篇》和《方丈图》在我国地图发展史上占有重要地位。

裴秀提出“制图六体”:“分率”(比例尺)、“准望”(方位)、“道里”(两地的距离)、“高下”(相对高程)、“方邪”(地面坡度起伏)、“迂直”(实地高低起伏与图上距离的换算),六体互补才能准确在地图上表示出一地的位置和距离。

“分率”即比例尺,裴秀的《方丈图》按照每寸折百里的比例绘制,即地图学上常说的“计里画方”。绘图时先画好方格,方格边长一寸代表实际距离一百里,然后在方格之上绘制地图,以确保其精度。“计里画方”成为此后我国传统地图绘制的基本原则,唐代贾耽的《海内华夷图》、元代朱思本《舆地图》等皆继承了“计里画方”的绘图原则。

另外,贾耽首先使用“古墨今朱”的方法标注古今地名,以黑色标注古代地名,红色标注现今的地名,以示区分,在地图上展现出古今地名、疆域沿革的变迁。

计里鼓车

计里鼓车是我国古代实地测绘的重要测量工具,是一种机械测距装置,最早的文献记载可追溯至三国时期,宋代才明确记载了其内部构造与运作原理。车上有一面鼓和两个木头人,每行驶一里,一个小人敲鼓,行驶十里,一个小人击镯。计里鼓车使我国古代宏观测距成为现实,大大节省了测距的时间。

元代杨守敬提出了“海拔”的概念,即统一以海平面为基准,进而测量其他地点的地形高差,建立统一的高程系统,减小了各地地形测绘的数据差异,进而提高了全国地图绘制的精确度。

《卡西尼地图》

元明两代是我国传统地图绘制发展的高峰,地图绘制盛极一时,但地理测绘技术并没有实质性的突破。此时,我们将目光转向西方,发现15世纪以来,地理大发现极大地扩展了人们的地理认知,同时欧洲资本主义国家出于殖民掠夺的目的,开始进行了大规模地实地测量,促进了近代地图测绘技术的发展,经纬度制图法在古希腊人的基础上得到进一步发展和完善。

16世纪,荷兰墨卡托创立了“墨卡托投影”,以此绘制的世界地图有利于航海远航,至今仍被用于航海图。

17世纪,荷兰数学家威理博·斯涅尔用三角测量法来测量两个地点之间的距离。其后卡西尼家族结合测地法和三角测量法,进行了系统性的全国测量,基于此绘制的法国地图已极为精准,完善了经纬度制图的方法,成功影响了后来西方各国的地图绘制。

西方的绘图技术随着传教士来华而被引入中国,意大利传教士利玛窦介绍西方的世界地图及地图绘制技术以取得士大夫信任,从而顺利开展传教活动。利玛窦绘制的《坤舆万国全图》,把经纬度制图法引入中国地图学,打破了我国传统的绘图方式,对中国地图学的发展有着重大贡献。

《皇舆全览图》

康熙时期,频繁的战争使其意识到我国传统地图存在测绘不精、内容不详的问题,加之法国传教士张诚、巴多明建议重新测绘全国地形,于是康熙四十七年开始组织了全国大规模的测量。先用天文观察法测定部分地点的经纬度,再以这些地点为基本点,用三角测量法推算其经纬度,绘制完成的《皇舆全览图》是我国第一部实测地图,奠定了中国近代地图的基础。

因叛乱而使《皇舆全览图》没有完成新疆、西藏部分领土的测绘,乾隆时弥补这一缺憾,完成对新疆、西藏的测绘,重新编绘成《乾隆十三排地图》(《乾隆内府地图》),标志着我国实测地图的最终完成。图幅范围北达北冰洋、南抵印度洋、西至波罗的海和红海,也是当时的亚洲大陆全图。

魏源《海国图志》是我国用经纬度制图法绘制的第一部世界地图集。地图绘制上完全脱离中国传统的计里画方之法,统一以经纬度制图。

卫星遥感地图

地图的出现,使多种方式表达现实世界成为可能。人们足不出户,就能了解国家、城市的方位,依靠地图来计算行程和交通时间。军事侦察、城市规划、科研考古领域也获得了飞跃般的发展。

20世纪,随着飞机的发明和使用,航空摄影测量改变了传统的地面测量方式,各种人造卫星可以提供地面的遥感图像和数据,从而诞生了遥感地图,开创了人类从地球外空间进行全球性航空遥感制图的新纪元,在城乡规划、导航系统、监测灾情、抗灾救灾部署等方面发挥着重要作用;

上世纪50年代以来,电子计算机技术开始应用于地图测绘,实现了手工制图向自动化制图的转变,由此诞生了数字地图……

目前,手机应用中已出现多种多样的电子地图软件,行业地图也方便了人们对特定领域走向和变化的观察,人们可以实时追踪物流数据,数字地图极大地便利了人们日常生活。

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