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中国古代测绘有多厉害?这几位测绘界大咖告诉你!

日期: 2018-12-25
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 有这样一群人,他们身强体壮,上山下水,犹如蛟龙出海。

 他们玩得来计算机,写得来代码,VisualStudio,MATLAB,CAD,ARCGis各种专业软件信手拈来。

 他们搞得懂高等数学,摸得透线性代数,用数学解译天地变幻,犹如家常便饭。

 传统的测绘技术领域包括大地测量技术、航空摄影测量技术、工程测量技术、地图制图与制印技术、海洋测绘技术以及测绘仪器制造技术等。当代测绘高科技主要是空间定位技术、航空和卫星遥感技术、地面一体化测量技术和地理信息技术,以及与之相配套的通信技术和系统技术而带来的上述技术的集成。

 但你知道中国古代测绘有多厉害吗?

 没有现代科技、缺乏先进设备,这些古代杰出的测绘人物,仍能从天地万物中获取知识。

 他们大多都是重大工程建设者或历史见证人,对中国测绘事业的发展作出了重大贡献。

大禹治水.jpg


 说到测绘,就绕不开禹,禹奉舜命治理洪水的故事更是无人不知。在治水过程中,采用“左准绳,右规矩”,测量远近和高低。他铸造的九鼎图,是中国最早的原始地图。

周公勘测绘制洛邑地图.jpg


 说完禹,就要说西周初期的周公了,姬姓,名旦,除了爱解梦之外,还是我国古代著名的政治家、军事家、思想家、教育家,被尊为元圣。

 因采邑在周(今陕西岐山北),称周公。公元前1112年,在河南颖川阳城(今登封县告成镇)建立了土圭测景台;公元前1108年营建洛邑(今河南洛阳),勘测绘制了洛邑地图献给成王。

郑国渠.jpg


 春秋战国的郑国,郑国不是国家的名字,他是当时韩国的水工,在公元前246年(秦王政元年)郑国受韩国命令,费时十年,打造了西引泾水东注洛水,长达 300 余里的郑国渠,也是中国四大古渠之一。

西汉时期的著名水工徐伯.jpg


 到了汉武帝期间,西汉时期的著名水工徐伯,根据大司农郑当时的建议,由齐人水工徐伯主持、动员兵卒数万人开挖漕渠。历时三年,终于开凿成历史上的第一条关中漕渠,西起汉长安城西南的昆明池,经汉长安城东南(今西安城北向东),沿途纳浐、灞诸水,依山傍渭,直通黄河,全长300多里。为长安城运送粮草发挥了重要作用。

 隋朝年间,著名建筑家宇文恺。他勘测、设计建成了大兴城(今西安)。在设计大型宫殿建筑时,使用了比例尺,绘有平面图;并且建成大兴城到潼关引渭入黄的广通渠,长300余里;于炀帝二年(605)三月到次年正月,建成东都洛阳城。著有《东都图记》20卷、《明堂图仪》2卷。

 在唐朝中期,有一位宰相很厉害,充分的诠释了不想当地理学家的文人不是好宰相。贾耽(730年-805年),字敦诗,唐朝中期宰相,杰出的地理学家,曹魏太尉贾诩之后。编绘有《关中陇右山南九州图》、《海内华夷图》,并撰写了《关中陇右山南九州别录》6卷、《古今郡国县道四夷述》40卷等。

 从古至今,测绘都是一个非常重要的行业。小至房屋建设,家具安装大至行政规划,行军打仗都必须有测绘人员参与。

 测绘是只相信数据,不相信眼泪的职业。数据的精确度以及准确度影响到了整个测绘行业的发展。古代中国能够领跑全球(据悉宋朝GDP一度达到全球35%)测绘贡献了其不可磨灭的力量。

 今天介绍古代测绘的道具,计算方法,顺便说说中国古代测绘的成就。

 中国古代三维测绘所用基本道具有“准”、“绳”、“规”、“矩”四大类。这几个字相信大家都是比较熟悉的。“准”就是用来看看两个点是不是在同一平面(内行人叫水准面)上的测量器具。就像家里挂一幅画,要“放平”否则就不好看,“放平”的意思就是在一个水准面上。

古代水准仪.jpeg



 ▲古代水准仪

 调节仪器保证两头水深相同,那么三个木牌连接成的线就在一个水平面上了。为什么用三个木牌?因为两个会有一定的误差,多加一个作为校准会提高观测精度。为什么木牌上面用锯齿状?因为如果木牌被磨平,那么观测对象是在木牌所遮挡的范围内,还是刚好在木牌的顶部,就无法确认了。因此锯齿的木牌就是为了提高观测精度。

 可以看出,当时设计师设计任何一个部件,都要考虑两个字:精度。据说古代用这个搞跨河水准,北宋年间甚至有过八百里的水准测量。

 下面来介绍古代测绘仪器“杆”,一种时间测量仪器。 

 现在给大家介绍“杆”是怎么用的。古代人民发现任何东西都有影子,影子随着太阳的变化而周期位移,大家常说的“立竿见影”就是这个意思。为测定太阳的位置也就是时辰,发明了“杆”。慢慢演变有了专业的“杆”,叫日晷(gui三声)以及圭表。

立杆见影.jpg


 ▲立杆见影

 说完了这个测时间的方法,我们再来介绍一下定向的道具。科普一下,所谓定向就是找到统一的方向,为什么要做这一步?多次绘制地图,要保证各张图可以拼接起来,或者使用起来更方便就要把图向上的方向统一。不能你拿着的地图向南我拿着的地图向东,所以大家就开始规定向上的方向必须是北方向,那么问题来了:找不到北怎么办?这就是定向需要解决的问题。

古代定向道具——司南.jpeg

 ▲古代定向道具——司南

 底座是青铜磨得亮晶晶,上面是个带磁性的勺子,用地磁找到磁北方向(地磁和磁北稍后介绍)。全国统一画图用磁北方向作为上方。那么这个道具的名字就叫:司南!!!

 南北方向有什么特殊的,为什么都用北方向为上方,而不用东方向呢?给大家出个题或许就明白了:在北半球向南走100KM(还是在北半球),再向西走100KM,再向北走100KM,再向东走100KM。

 请问最后的位置是在最初的位置的那里?

 A原点;B东边;C西边;D南边;E北边;F东边。

 为了方便后人有用水作为底座,也有不要底座用细线吊着磁铁石的各种指南针。

指南针.jpeg

 ▲指南针

中国古代地图及房屋建筑设计图.jpeg


 ▲中国古代地图及房屋建筑设计图

 感受一下:

 今有望海岛,立两表齐高三丈,前后相去千步,令后表与前表参相直,

 从前表却行一百二十三步,人目着地,取望岛峰,与表末参合,

 从后表却行一百二十七步,人目着地,取望岛峰,亦与表末参合,问岛高及去表各几何?

 翻译成白话:AC=DF=三丈;AB=123步;DE=127步;AD=1000步。

 问AN=?;NM=?

 这个应该就是当时测绘界顶级算数题,没有线性代数,没有最小二乘,这种题对于测绘界人士来说满满的都是关爱。

 科普完了,剩下给大家讲几个彰显中国测绘人智慧的案例。

 首先沈括大师,在我国宋朝测绘大师沈括连续观测北极星三个多月,发现磁北方向与真北方向是有夹角的。(先科普一下,磁北方向就是我们指南针指的北方向其实是指向地磁南极。真北方向是地球自转轴的北方向,就是我们的北极。) 

 欧洲是400年之后,哥伦布横渡大西洋,发现了磁偏角。

 徐光启,他师从意大利传教士利马窦,和利马窦合译了《几何原本》和《测量法义》,与熊三拔全译了《简平仪说》。为了融通东西,他撰写了《测量异同》,详细考证了中国测量术与西方测量术的相同点和不同点。他主持编写的《测量全义》,是集当时测绘学术之大成的力作,内容丰富,涉及面积、体积测量和有关平面三角、球面三角的基本知识以及测绘仪器制造等。

 1610年他受命修订历法,积极要求采用西方测量术和制造测量仪器,共制造象限大义、纪限大仪、候时钟、望远镜等27年,促进了我国天文大地测量的开展。

 大咖代表还有元朝的郭守敬,他通过长期的观测发现了黄道与赤道的交角为23°33′05″,黄道就是地球围绕太阳旋转的轨道,赤道就不用说了,现在有科学认为黄道与赤道的交角是由于月亮的存在。

 中国古代测绘甩了西方一个银河系!

 

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