一千年来中国大地测量的成就与发展_精品文档.pdf

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测绘技术装备季刊第2卷2000年第4期测绘史话35一千年来中国大地测量的成就与发展尚尔广（国家测绘局测绘标准化研究所710054）摘要本文根据新版辞海关于“大地测量”的定义，叙述了我国一千年来大地测量的成就和发展。

由于我国清以前各朝代所进行的大地测量主要是天文测量，因而本文重点叙述了宋、元、明朝代的天文大地测量，而对清代以后则较全面地叙述了大地测量在其他方面的成就和发展。

关键词大地测量测绘史分类号P2一09一千年来，中国的大地测量成就辉煌，世界景仰。

何谓“大地测量”?

此一术语，来源已久。

古时人们为了狩猎、耕种和驯化动物等活动，需要划分土地，分配给共同生活的成员，于是希腊语中出现了7Tl艿a（了1一地球，艿ac一我划分），此词按其意义，最初是指划界和地籍测量一类的工作，相当于现在的普通测量。

后来在英语和法语中，含意有了扩充，而在德语和俄语中，则在此术语前加一形容词“高等”，用来指大地测量，以区别于普通测量。

德国的布隆斯于1879年对“大地测量”提出的定义是：

“大地测量学的任务是测定地球位或地球重力场。

”由于这个定义较片面并脱离现实，因而，另一位著名的德国科学家赫尔默特（FRHelmert）于1880年为大地测量下的定义是：

“大地测量学是测定地球表面的学科。

”此后，人们把此定义作为19世纪大地测量学的经典定义。

我国1999年最新版辞海对大地测量的释义是：

“确定地面的点位、地球形状大小和地球重力场及其随时间变化的精密测量。

包括三角测量、导线测量、水准测量、天文测量、重力测量、卫星测量和大地测量计算等。

”根据此权威的定义，由于我国古代特别是清代以前各朝代所进行的大地测量内容主要是天文测量，因而本文在叙述古代大地测量时，将主要叙述其天文测量。

另外，本文在时间上限于“一千年来”，即大约从公元1000年开始，那时正值我国的宋代，因而，本文的叙述就从宋代开始。

1宋代的天文大地测置宋自公元960年建国至1127年初金人俘徽、钦二帝北去，共167年，历9帝，史称此前为北宋，此后为南宋，至1279年为元所灭。

南宋共153年，也历9帝。

两宋共320年，历18帝。

宋建国后，逐步消灭了五代十国的残余势力，结束了长期割据的混乱局面，统一了天下，所辖疆域已接近于汉、唐。

宋代开国皇帝赵匡胤及继承其统一大业的胞弟赵光义都是军人出身，行军、作战都离不开地图，他们在消灭五代十国的过程中极力收集和测绘地图，为嗣后的继承者树立了榜样。

由于皇帝重视测绘，从中央到地方设有各类测绘管理机构，并任命有专人负责管理。

宋代的科技比较发达，在仪器制造和数学领域都有所创新和发展，加之宋代皇帝都非常关注历算工作，因而自宋真宗大中祥符三年至宋徽宗崇宁年间（公元1010年1106年），曾先后进行五次大规模的恒星位置观测，不仅为当时的历算工作提供了日益精确的资料，也为以后的天文大地测量奠定了良好的基础，且由于天文仪器不断的创新和改进，其测量精度有了明显提高，在测量的广度和规模上，甚至超过了唐代。

（1）宋真宗大中祥符三年（1010年），应用冬官正韩显符新造的铜浑仪候仪，进行了恒星位置测量。

这次测量是以斗宿（冬至点）为起算点，与以前传统的测量方法有所不同，此外，还重新测定了古观象台（在河南省开封市东北）的北极出地高度（纬度）。

（2）宋仁宗景祜年间（10341037），为编撰景祜乾象新书进行了第二次观测，在宋史天文志中记载了这一次测定的二十八宿距星位置的成果。

（3）宋仁宗皇裱年间（10491053），日官周琮、于渊、舒易简等人制成新浑仪后，对周天星官进行了第三次观测，王安礼等在修订的灵台秘苑一书时收载万方数据36测绘技术装备季刊第2卷2000年第4期测绘史话了这次观测成果，它包括有360个星官距星的入宿、去极度（即赤道坐标），其中能与现代星名证认的有345个星官的距星。

（4）宋神宗熙宁五年（1072），著名科学家、测量学家沈括提举司天监，他曾亲自用自己设计的窥管对北极星连续观测三个多月，绘出北极星自进入视野时起在初夜、午夜和黎明前的位置图二百多幅，进而得出当时的北极星离真正的天极约三度余，并且时刻在变动中的结论。

而欧洲直到1250年左右的法文科学问答西德拉（Sydrac）才有类似的记述。

（5）熙宁七年（1074），沈括对测量天体位置、时间和日影长短提出了许多有创见的意见和改进，因此，在元丰年问（10781085）进行第四次观测时，精度又得到进一步提高。

这次观测结果被绘成了星图，在13世纪中叶又被刻在石碑上，这就是著名的苏州石刻天文图。

石刻星图为盖图式全天星图，碑高8尺，宽3尺5寸，上面刻图名“天文图”，下为文字说明，共刻星1430余颗。

图上有黄赤道、内外规和银河，又有二十八宿的分界经线，外围还刻有周天度和分野及二十八宿距离等。

世界科技史专家李约瑟所著中国科学技术史说：

“从中世纪到十四世纪末，除中国的星图外，再也举不出别的星图了。

”明确表示对石刻星图的推崇和欣赏。

（6）宋哲宗元祜七年（1092），苏颂、韩公廉制成水运仪象台。

宋徽宗崇宁年间（11021106），姚舞辅进行了第五次观测，此次观测精度最高，其中二十八宿距度误差绝对值平均只有O15度。

唐僧一行的观测数据沿用了约380年，至此才被新的观测结果所取代。

（7）宋代的航海业很发达，并利用天文大地测量的成果和方法，用于船舶的导航和定位，据朱或著于徽宗宣和元年（1119）的萍洲可谈所记：

“舟师识地理，夜则观星，昼则观日一便知所至”。

李约瑟也在其所著中国科学技术史航海评论中古时代阿拉伯海员擅长天文航海术时，尊中国为惟一的“观星鼻祖”，对中国古代的天文大地测量技术在航海中的运用给予很高的评价。

（8）据宋人所著河防通议和武经总要记载，宋人已能利用人工磁化法制成“指南鱼”（指南针雏形），和能测山岗、沟涧高低的水准仪，读数精度为百分之一尺。

上述仪器为精确测定两地间的方位、距离、相对高程等提供了可靠的测绘手段，也进一步促进了大地测量的发展。

2元代的天文大地测量元朝（自成吉思汗算起为12061368年，自忽必烈改国号为大元算起为12711368年），前后历15帝，共163年。

忽必烈具有雄才大略，善于听取群臣意见，除不断进行经济和政治改革外，在行军作战中，经常进行测绘勤务保障。

至元十六年（1279），灭南宋，实现了中国的统一大业，形成了中国历史上最广阔的疆域，建立了当时世界上最强大的帝国。

国家统一，疆域辽阔，为进一步发展测绘创造了良好的条件，加之元帝善于发现并使用人才，一批杰出的科学家，在元帝的大力支持下，取得了一系列震惊世界的大地测量成果。

（1）在13世纪70年代后期，元世祖忽必烈任命著名科学家郭守敬主持进行了一次大规模的恒星位置测定，测定的星数从传统的1464颗增加到2500颗，超过西欧当时观测星数1022颗的一倍以上，其测量范围：

东到高丽（今朝鲜），西到寻斯干（今撤马尔罕，东经约67。

），北到通古信斯卡河下游（约北纬64。

），南到西沙群岛和中南半岛的占城，其规模比唐代的天文大地测量大得多，其测量的精度，比宋代所测又提高了一倍，绝大多数点所测的北极出地高度（纬度），经换算后与现代所测数值相差无几。

恒星坐标精度的提高，为高精度地测定地面点的天文经纬度和方位角创造了条件。

（2）至元十六年（1279），由郭守敬主持进行了一次空前规模的“四海测验”工作，其范围自南海至北海，从西沙群岛至北极圈附近（北纬15。

65。

），每隔10。

设观测台，测定北极出地高度和二分（春分、秋分）和二至（夏至、冬至）日昼夜时刻。

除个别点外，北极出地高度的误差只有035。

“四海测验”的目的，主要是为了编算新历法，但也为以后朱思本编制舆地图提供了北京（大都）、太原、成都等地的纬度值。

（3）元太祖铁木真（成吉思汗）于太祖十四年（1219）进行第一次西征时，就带领精通天文、地理、律历等术的天文学家耶律楚材随行，他根据在西域的观万方数据测绘技术装备季刊第2卷2000年第4期测绘史话37测资料研究分析，创立了“里差”。

元朝名臣事略记有“以寻斯于城为准，置相去地里以四千三百五十九乘之，万约为分，日里差”。

作为东西方向的改正。

里差的计算，以寻斯干城为起始线，向东则加，向西则减。

这实际上是“地理经度”概念。

数十年后，苏天爵（12941352）据此提出“地方时”的概念，认为中原和西域因地域有异，时辰不同，中原的“子正”，实为西域的“初更”，“里差”实际上是由于地理位置不同而产生的时问差异，是现代“时差”和“经差”概念的创始，这在世界科技史上是一个突破。

（4）郭守敬为兴修水利，曾在黄河下游进行大面积地形测量和水准测量。

在测量过程中，为统一高程标准，便于比较各地高程之差，“尝以海面较京师至汴梁地形高下之差。

”这是继沈括在1072年测得汴京（今河南省开封市）上善门至泗州（今江苏省盱眙县）淮口（即汴河入淮之口）高低相差19486尺后又一创举。

郭守敬首创以海平面作为高程控制的起算面，用来比较京师（今北京市）和汴梁（今开封市）高差的方法，即今地理学中一个重要概念“海拔”的创始，这对我国乃至世界大地测量的开展，具有重大意义。

3明代的天文大地测量明代建国于1368年，至崇祯十七年（1644）被清灭亡，前后共277年，是中国测绘技术发生重大变化的时期。

明初，测绘向多方面发展，海洋测绘登上了世界高峰；中期，测量技术虽元进展，但地图集的绘制有所创新并趋向成熟，处于兴盛时期；后期，传统的测绘技术处于停滞状态，由居世界领先地位沦为落后于西方，并因西方测绘技术的传人，开始了向新法测绘技术的转变。

天文大地测量，较之其他朝代，成就微小。

（1）明代的天文测量主要是利用元代天文测量仪器和数据进行测算，其测量技术人员，也多是留用了元代天文、历算的测量旧员。

据考证，明代观象台（即今北京古观象台之一部分），就是利用元大都城东南角楼改建的。

其中存有漏壶、圭表。

正统二年至七年制造的简仪、四游环、立运环、候极环、阴纬环等，此仪器用于测量星体的坐标，定真太阳时，测天体地平方位角和高度。

（2）明太祖朱元璋建都南京后，于洪武十八年（1385），在南京鸡笼山建观象台，将大都司天台的观测仪器，主要是浑天仪、简仪、圭表等全部搬迁至此。

明成祖朱棣迁都北京后，在北京设立行在钦天监，作为在皇帝身边的临时性天文机构，但天文测量的重点仍在南京。

（3）明代后期是中国天文大地测量与历算发展的重要时期。

这一时期，意大利传教士利玛窦、艾儒略和罗谷雅、法国教士金尼阁、葡萄牙教士阳玛诺、瑞士教士邓玉函、德国教士汤若望等相继来华，他们擅长天文、历算和测绘技术，不断将西方的天文、历算和测绘技术传人我国，从而打破了明代测绘技术的沉寂局面，特别是利玛窦在万历年间制造了浑仪、天球、地球等仪器，使明代的天文观测有了新的手段。

著名科学家和翻译家徐光启，不但撰写或翻译了许多西方测量专著如测量异同、农政全书、几何原本、测量全义等，这都是集当时测绘学术之大成的力作。

崇祯二年（1629），他又主持研制象限大仪、纪限大仪、平悬浑仪、列宿经纬天球、万国经纬地球、望远镜等27种观测仪器，于崇祯七年（1634）完成，使测时刻、定方位、测子午、测北极高度等又有了融合中西测量技术的新式仪器。

中西测量技术的融合，为古代中国的大地测量带来了生机。

（4）自永乐三年（1405）至宣德八年（1433），郑和奉皇帝命曾先后七次率领庞大船队下西洋，每次人数多达二万七千八百余人，各种大小海船二百余艘，他们运用天文大地测量成果和技术，在海上观测星体（主要是北极星）离水天线的高度导航和定位，借以确定船舶南北地理位置的变化