测量工具的演变历史(看看中国古代的测绘技术有多牛)

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现代人坐出租车按公里数收费，其实在汉朝，计算里程的车辆就发明出来了，叫做“记里鼓车”，也称为记道车、大章车、记里车、司里车。

据《西京杂记》（西汉刘歆撰）记载：“汉朝舆驾祠甘泉汾阴，备千乘万骑，……记道车驾四，中道。”也就是在西汉时期，记道车就已出现。传说东汉科学家张衡在记道车的基础上，利用齿轮咬合原理，研制了记里鼓车。

根据《古今注》（晋崔豹撰）记载：“大章车，所以识道里也，起于西京，亦曰记里车。车上为二层，皆有木人，行一里，下层击鼓；行十里，上层击镯（古代一种小钟）。”意思是：车有上下两层，每层各有木制机械人。车每行一里路，下层木人击鼓一次；车每行十里路，上层木人击钟一次。所以记里鼓车应该是古人丈量里程的一种工具。

东晋义熙十三年（417年）八月，刘裕击败秦军，缴获了记里鼓车、指南车等大量战利品，运回建康城（今江苏南京）。南朝时期，宋武帝刘裕与南齐皇帝萧道成都曾经使用过记里鼓车作为计量工具，用四匹马作为动力牵引。到了唐朝，唐玄宗在这辆车上又加了指南针。此后各朝不断改良，记里鼓车成了天子出巡时必备仪仗车辆，可称为皇家专用礼仪车。遗憾的是，到元朝时期，记里鼓车的制造技术失传了。

据《史记》记载，夏禹治水时期，“左准绳，右规矩，载四时，以开九州、通九道、陂九泽、度九山”，其中的准绳和规矩就是当时所用的测量工具。大禹治水成功后，用九州进贡的金属，铸造了九鼎，分别铭刻了九州图像，是中国最早的原始地图。古时地图称为“舆图”，“舆”在古语中指代车辆、车厢等，也有人认为记里鼓车是绘制地图的工具，驾车的人用记录下鼓声和钟声的次数就可计算出马车行走的距离，再依据方位将沿途观测到的地理信息记录下来，便可绘制到图上。

魏晋时期，随着纸张的发明及广泛使用，地图的绘制得到了长足发展。西晋著名地图学家裴秀主持编制了具有划时代意义的《禹贡地域图》18幅，首次明确建立了中国古代地图的绘制理论——“制图六体”，就是绘制地图时必须遵守的六项原则，即：分率（比例尺）、准望（方位）、道里（距离）、高下（地势起伏）、方邪（倾斜角度）、迂直（河流、道路的曲直）。这是当时世界上最科学、完善的制图理论，对后世的地图制作技术产生了深远影响。世界著名学者李约瑟称他为“中国科学制图学之父”，与古希腊著名地图学家托勒密齐名，是世界古代地图学史上东西辉映的两颗灿烂明星。

虽然有“制图六体”，但在唐之前，还没有哪一张中国地图是全国范围内实际测量出来的。到了唐朝，中国历史上第一张全国性测绘地图《十道图》出版了。所谓“十道”，就是指唐太宗在贞观元年（公元627年）将全国划分为十大区域。唐朝规定，每五年（原为三年）须向职方（官名，掌管天下地图及四方职责）报送地图，中央进而编制全国《十道图》，这是全国性基本地图测绘的开端。这水平在当时是世界第一，标志“大中国”疆域开始走向精准。宋太宗时全国地图《淳化天下图》，就是参照唐朝旧图绘制的，此后北宋先后出现了《九域图》《十八路图》等多张全国地图。

明朝后期，西方测绘技术传入中国。清朝康熙年间，经过10年的实际测绘，终于完成《皇舆全览图》，这是中国有史以来最精确的一张全国地图，自清中叶至民国初年国内外出版的各种中国地图基本上都源于此图。

李约瑟说：“《皇舆全览图》不但在亚洲是当时所有地图中最好的一幅，而且比当时所有的欧洲地图更好更精确。”中国在制图学方面走在世界各国的前列。

北宋元祐三年（1088年），天文学家苏颂和韩公廉设计的以水为动力的天文钟建成，称为水运仪象台。这是一座大型的天文钟，集计时报时、天文观测和星象显示三种功能于一体，是北宋科技发展高峰的重要标志，也是当时世界上最先进、技术综合程度最高的大型机械装置。

按一比五比例建造的水运仪象台。（视觉中国供图）

这座天文钟的结构分为三层：顶层为浑仪，用于观测星空，上方的屋顶在观测时可以打开；中层为浑象，用于显示星空；底层为动力装置及计时、报时机构。报时装置巧妙地利用了160多个小木人以及钟、鼓、铃、钲四种乐器，不仅可以显示时、刻，还能报昏、旦时刻和夜晚的更点。这三部分用一套传动装置和一组机轮联接起来，用漏壶水冲动机轮，通过流量稳定的水流实现等时精度很高的回转运动，使这座三层结构的天文装置环环相扣，达到与天体同步运行。

中国古代天文观测仪器——浑仪模型。(视觉中国供图)

苏颂是宋代著名的天文学家、药物学家，1020年生于泉州同安县（今福建省厦门市同安区），后迁居丹阳（今江苏省镇江）。22岁时与王安石是同榜进士，从此进入仕途。任宿州（今安徽省宿县）观察推官、江宁知县、南京留守推官等地方官。宋哲宗登位后，他先任刑部尚书，后任吏部尚书，晚年官至宰相。

相关资料显示，水运仪象台驱动系统中的天衡装置与欧洲17世纪出现的锚形擒纵器在设计原理上非常相似，但比锚形擒纵器早了六个世纪，水运仪象台因此被誉为“世界时钟之祖”。

那么水运仪象台最终的命运又是如何呢？金兵攻入汴京后，掠走了水运仪象台，运至燕京。由于一路颠簸，机枢齿轮多有损坏，难以使用。再加上汴京与燕京的地理纬度不同，即便是使用也已不再精准；后又遭雷击，浑仪跌落。最后在金被蒙元吞灭的战争中，水运仪象台终告毁亡。

郭守敬是元朝著名天文学家、数学家、水利工程专家，在天文、历算、地理、测绘、水利等领域，均有突出成就。他在测绘上作出的最大贡献，是第一次以我国沿海海平面作为水准测量的基准面。

郭守敬曾任都水监、工部郎中等职，负责全国河渠、水利的治理工作。元世祖至元十二年（1275年），郭守敬奉命踏勘黄淮平原地形和通航水路，建立水上交通站。他自孟津（今河南孟津东南）以东，沿黄河故道，在方圆几百里内进行地形测绘和水利规划工作，并且制成地图。

正是在这项工作中，他以海平面作基准，比较大都（今北京）和汴梁（今河南开封）地形的高低。据《元朝名臣事略》记载：“又尝以海平面较京师至汴梁地形高下之差，谓汴梁之水，去海甚远，其流峻急。而京师之水去海至近，其流且缓，其言信而有征。”这是我国史书上第一次记载利用海平面作为基准来建立统一的高程系统。在郭守敬之前，我国一直使用相对高度概念，只能计算和比较相邻两地的高度，即乙地比甲地高（低）多少。而自郭守敬之后，人们可通过一定的换算后得出相距较远的两地的高差。郭守敬在世界测量史上首次运用“海拔”这一科学概念，比德国数学家高斯提出的海拔概念早了560年。

中国古代测绘技术的辉煌成就远不止这些，比如张衡发明了浑天仪、地动仪；宋代著名科学家沈括在世界上最早发现了磁偏角，比西方早了400多年；明朝科学家徐光启为了融通东西，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……他们对中国测绘事业的发展，有着不可磨灭的历史贡献，他们的功绩也永垂青史，激励着我们不断创新、寻求突破，为社会进步贡献自己的力量。