中国古代测绘，甩过西方几条街

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，MAT...

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，顺便吹一吹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。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。现在超过100公里的水准已经都使用电子水准仪了，可怜当时的测绘人员。

绳又是什么呢？绳就是每个测绘人员出门都要在一个绳子上两头打个结，那么这两个结之间就是固定长度了，出门比划一下就知道长短和深浅了。这就是“准绳”一词的起源。当然人们可以对更硬，受力受热变化更小的物件进行精细加工的时候，尺就渐渐的代替绳在测量中的使用。“规矩”二字大家也不陌生，所谓“规”，就是用于画圆的器具。一般就是那种腿长长的，可以掰开。将一头固定，一头围绕固定的腿旋转画出来的线条就圆。

“矩”就是画方型的东西，又叫曲尺。顾名思义，曲尺是直角尺，而不是弯曲的尺子。主要用来画角度，也辅助画长度，最后进化成我们常见的三角尺。

这四大简单的东西，是比较好掌握的。下面来介绍古代测绘仪器“杆”，一种时间测量仪器。What？时间也归测绘管？bingo！后文会仔细给大家介绍时间与测绘的关系。

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。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。古代没有陀螺仪，就用这个家伙了，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。古代中国，利用“准、绳、规、矩”以及“司南”完成了中国大部分的建筑物的设计制图，建造，国家版图的绘制，其精度领先全球几条街。同时利用杆的原理建立了日历，为百姓生活提供了参考。为什么会甩别人几条街？因为中国人杰出的智慧，基于“准、绳、规、矩”发明了很多算法。由于准绳长短，规矩大小等限制，当时发明的算法主要有以下两点：

利用相似三角形测量物体的高度、距离。

利用勾股定理测量、计算物体的高度、距离。

相似三角形和勾股定理，应该是比较熟悉的，这里就不介绍了。总之古代测量的心经《九章算术》基本等于现在初中生的奥数题，相对来说还是比较简单的。

课讲完了，再讲几个彰显中国人的智慧的案例，顺便给大家做科普，免得大家说我是中国古代测绘界的无脑粉。

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。）

这个厉害之处在哪里呢？那个时候大家还认为地球是平的，如果再深入挖掘，多几个天文观测站，是有机会发现地球的真实形状。欧洲是400年之后，哥伦布横渡大西洋，发现了磁偏角。

沈括还发现了章动、岁差（这两个可以理解为地球自转轴在规律的摇摆，章动是长周期摇摆，岁差是短周期摇摆——跟我一起摇摆）以及平日时与真日时之差（可以理解为一天其实不是24小时）。

牛人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。

如果当时能深究这个问题，说不定就发现了万有引力，开启中国天文测量的新高度。给大家介绍一下他计算的精度，现在推算当初的角度为23°31′58″差1′07″是秒针在0.004秒走过的角度。

中国当时甩了西方几条街，吹起来都可以再写一本书，牛人代表也很多，像发明地震仪的张衡，以及他改造发明的浑天仪这些都不多说了。

总结一下，今天主要介绍了古代测绘仪器“准，绳，规，矩”，“表”，“司南”以及简单的测量计算方法，用简单的初中奥数题建立了我国千年测绘界的领先地位。

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