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穿越到过去,探索古代的测量科技

2018-12-05 热度:577 ℃

  现代测绘科技进步神速,包括北斗在内的四大导航系统(BDS、GPS、伽利略系统、格洛纳斯)服务全球,如同天眼,精密程度极高,那么如果在古代,测绘和定位这类需要精密仪器的工作怎么开展呢?一起来看一下吧。

  现在北斗卫星导航(BDS)、GPS、全站仪、测距仪已经是大家非常熟悉的测绘仪器,那么千百年前的古代,当时是用什么工具测量的呢?

  ①.准绳与规矩

  据《史记》载,早在公元前2000多年, 相传夏禹在陕西龙门、华阴一带治水时,创造并使用了准、绳、规、矩四种测量工具。“左准绳,右规矩”;就是说,他左手拿着准和绳,右手握着规和矩。“准”和“绳”是测定物体平、直的器具,“规”是校正圆的工具,而“矩”则是画方形的曲尺。《山海经》中也说大禹曾派他的两名助手大章和竖亥去步量世界的大小,“竖亥右手把筭〔suan算〕,左手指青邱北”。

  《周髀》首章记述:“平矩以正绳,偃矩以望高,复矩以测深,卧矩以知远”,说明“矩”在古代是测量高、深、平、远的工具。“矩”的发明更具有重大意义,因为“矩”可以构成直角,而只有构成直角,才可以从事测量。

伏羲氏手执矩,女娲氏手执规

  伏羲氏手执矩,女娲氏手执规▲

  《诗·大雅·公刘》有“既景乃冈”的记述,即公元前15世纪末,周族公刘在陕西彬县一带勘测地形,立表测影以定方向,使用了简单的测量工具“表”。战国时期《考工记·匠人篇》有把表立起,用挂着重物的绳子校准表垂直于地面,观测表影测绘地形的记载。

  ②.星座定向--六壬式盘

  《诗经》中《小雅·大东》中“维南有箕”(啊,南有箕星!)、“维北有斗”(啊,北有斗星!)这样的诗句,这首诗大致作于公元前684年前,证明当时人已经知道利用星座的位置来确定方向。

星座位置确定方向

  《尚书·尧典》中记载的方向已有东、西、南、北四个,《尚书·禹贡》中增加到八个。1977年在安徽阜阳西汉汝阴侯墓出土的西汉初的六壬式盘上,由八干、四维组成了12个方位。

六壬式盘

  六壬式盘示意图▲

  ③.通过太阳的影子测量--土圭,日晷

  在周代还制造了与“表”相似的“土圭”。据《周礼》载:“土方士掌土圭之法,以致日景,以土地相宅,而建邦国都鄙。”大意是说,土方氏研究晷影测量方法确定日影的长度,并用以测量土地,建立邦国都邑。

日晷

“日晷”大约发明于汉代以前,是观测阳光投影方向的计时器▲

日晷2

  ④.磁石定向--司南

  公元前三世纪,发明了定向仪器司南。司南即指南之意,后来发明的指南针都是在司南的基础上加以改进的定向仪器。三国时期,魏国扶风(陕西岐山县)人马钧又制造了指南车。

司南

指南车

  指南针与指南车▲

  成书于西汉前期(公元前一二世纪间)的《淮南子》一书的《天文训》中,已出现了24个方位的将式盘和指南针组合,就能成为测量方位的仪器,可以测出山川城郭的具体位置,比较精确地表示在平面图上。

  ⑤.十字仪

  “十字仪”或测距仪曾经是欧洲中世纪最重要的测量工具,一般认为,是由普罗旺斯的犹太学者利瓦伊·本·格尔森在1321年首先提到的。它最简单的形式就是一根约四英尺长、带有刻度的矩形杆,矩形杆上还有一条与它始终保持直角的横杆,可以与矩形杆前后滑动。这种测距仪可以用来测量那些无法到达的或不能进行步测的线段的长度。然而北宋科学家沈括却发现,早在公元2世纪末,用十字线网格测量距离的原理在我国已经得到运用。

  ⑥.记里鼓车与壶漏

  公元400年,中国发明了记里鼓车。记里鼓车是中国古代用于计算道路里程的车,由“记道车”发展而来。有关记道车的文字记载最早见于汉代刘歆的《西京杂记》:“汉朝舆驾祠甘泉汾阳……记道车,驾四,中道。”可见至迟在西汉时期,即已有了这种可以计算道路里程的车。到后来,因为加了行一里路打一下鼓的装置,故名“记里鼓车”。

记里鼓车

壶漏

  “壶漏”又称“漏壶”,大约发明于公元前五世纪。它是用漏水的方法,观测“刻箭”的昼夜计时器。▲

  ⑦.浑仪

  唐贞观七年(633),天文学家李淳风制造了测量天体球面坐标的仪器,称浑天黄道仪,随后又制成一架铜制浑仪。

铜制浑仪

  开元十二年(724),唐玄宗诏修编新历,张遂(即一行禅师)便设计了一种叫做“复矩”的天文大地测量仪器,据《旧唐书》记载,“以复矩斜视,北极出地”,说明用复矩可测定北极的高度和天文纬度。

  唐代制造的浑仪经过北宋的改进,为元代郭守敬制造世界上第一台经纬仪和赤道仪即简仪。

赤道仪

  清光绪十六年(1890),为测绘陕西舆图,制造了测绘器具,据《测绘浅说》的“说器十一则”中记载:“一造测量各器,皆须谨遵工部营造尺。不得杂用他尺,以致紊乱。”,“一造指北针匣,用测方向”,“一造矩度合象限仪,用测高深”,“一造三足活架,以置仪器”等。

象限仪

  中国教育器械馆,于光绪二十一年在上海成立,是中国制造科学仪器及测量仪器(小平板仪)最早的公司(2)。民国29年(1940),经济部筹建仪器制造厂,制造小平板仪、手水准仪、各种标尺和仪器脚架。

  中华人民共和国成立后,我国测绘事业有了很大的发展。在测绘仪器制造方面,从无到有,现在不仅能生产系列的光学测量仪器,还研制成功各种测程的光电测距仪、卫星激光测距仪和解析测图仪等仪器。

  近年来,我国测绘科技发展更快,经纬仪全站仪GPS全球定位设备已随处可见,北斗卫星导航系统从2012年正式运行,目前已在各行各业得到广泛应用,并开始走出国门,成为国家名片。


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