沒有衛(wèi)星的古代，如何畫地圖？

差評君

俄羅斯莫斯科城市開發(fā)建設(shè)部推出的交互式地圖大廳。

由衛(wèi)星和航天飛機拍攝底圖影像，再加上車采、步采等實地測繪，最后將多個圖層數(shù)據(jù)匯合后就形成了我們看到的地圖軟件上的地圖。其中最重要的底圖數(shù)據(jù)，不是在地上繪制的，而是在天上拍出來的。而我國現(xiàn)存最早的石刻地圖《禹跡圖》，繪刻于宋代，但如果拿它和我們今天的衛(wèi)星地圖相比，你會發(fā)現(xiàn)圖中河流的形狀和走向，還有城市形態(tài)，簡直能和現(xiàn)代衛(wèi)星地圖的精度相媲美。那么在沒有衛(wèi)星的年代，古人如何繪制出高精度地圖呢？

指南車與記里鼓車

要畫一張地圖，首先我們需要知道這張地圖包含哪些要素。魏晉時期有個名臣叫裴秀，公元3世紀在他的主持下，畫出了中國第一部歷史地圖集《禹貢地域圖》。在序言部分，裴秀獨創(chuàng)性地提出了六條繪制地圖的理論，也叫“制圖六體”。前三條是地圖的比例尺、方向和距離三要素，后三條用以描述地形的起伏變化。這是中國古代首次提出，也是唯一的系統(tǒng)制圖理論，這一理論甚至到了明清時期還被奉為圭臬。直到大航海時代到來，標注經(jīng)緯線的地圖傳入中國后，中國的繪圖方法才再一次革新。可以說，“制圖六體”除了沒考慮經(jīng)緯線和地球投影，其他方面和現(xiàn)代地圖學(xué)所考慮的因素相差無幾。

我們經(jīng)常在影視劇里看到“獻圖投降”的情節(jié)，似乎地圖是個無比神秘的東西。古代管地圖叫“輿圖”，“輿”本意是“車輛，車廂”，所以“輿圖”可以理解為坐在車上，將看到的地理信息繪制成圖。這個字表明了古代畫地圖最重要的方式——實地作業(yè)。

車在古代的實地制圖中并不只是代步工具，還是重要的測繪工具。“指南車”有一個很神奇的功能，不管你往哪個方向行進，車頂?shù)男∪硕紩钢粋€方向。這個三國時期的機械大師馬鈞的發(fā)明，也叫司南車，整車都是機械結(jié)構(gòu)，車頂?shù)男∪瞬⒉皇且驗榇判赞D(zhuǎn)動指南，而是利用了齒輪的“差速器”原理。小人和車輪之間通過齒輪連接，每個車輪運動都可以帶動小人轉(zhuǎn)動。當指南車直線運動時，兩個車輪同步轉(zhuǎn)動，小人保持靜止不動；而當車子轉(zhuǎn)彎時，外側(cè)輪會比內(nèi)側(cè)輪轉(zhuǎn)動更快，通過差速器小人就能反向旋轉(zhuǎn)，它的所指方向就不會改變。從而這輛車就能讓制圖師得知自己所在的方位。

除了指南車以外，羅盤、指南針、天體方位、樹木年輪等等信息都會被用來判斷方向。而有了方向還不夠，我們還需要知道距離。所以還有一輛車也很重要，它就是“記里鼓車”，也叫大章車。顧名思義是用來記錄路程的。結(jié)構(gòu)和指南車類似，車上有兩個小人和一鐘一鼓。車上裝有一組減速齒輪，與輪軸相連。車行1里時，控制擊鼓小人的中平輪正好轉(zhuǎn)動一周，小人就擊鼓一次；車行10里時，控制敲鐘小人的上平輪正好轉(zhuǎn)動一周，小人就敲鐘一次。坐在車上的人只要聽到響了幾次鐘鼓聲，就能知道走了多少路程。有了方位和距離，其實就可以制作最簡單的地圖了。

比如要畫一條河的流向，就可以用記里鼓車沿著河岸走，在河流拐彎處用指南車記錄變化方位，同時用記里鼓車記錄走過的距離，那么就可以知道這條河長度是多少，在哪一個地方轉(zhuǎn)了彎，方向變化是什么。用文字記錄下來就是：“河流長度100里，河流起點向西，10里后轉(zhuǎn)為西南，再20里后轉(zhuǎn)為南，再40里后轉(zhuǎn)為西”——僅用兩輛車就可以把河流山川的走向和特征量化了。

接下來就需要“美編”畫師把這些文字記錄畫到紙上了。這里就要用到中國人都聽過的繪圖工具：“規(guī)、矩”和“準、繩”。“規(guī)”是畫圓的工具，“矩”是畫方的角尺；“準”和“繩”是測定物體平、直的工具。唐代墓室中出現(xiàn)的《女媧伏羲圖》中伏羲手里拿的就是“矩”，而女媧手里拿的就是“規(guī)”。用這些工具和文字記錄，再結(jié)合畫師的想象力，就能完成一副輿圖。

細說《禹跡圖》

但以上說的方法，一般用來繪制局部區(qū)域的地圖。如果需要一個更大區(qū)域的地圖，甚至是全國地圖該怎么辦呢？那就要找很多人一起，畫不同區(qū)域的地圖，最后拼起來。這個時候不免要統(tǒng)一比例尺，不然就會出現(xiàn)海南島比新疆還大的事故。還記得裴秀提出的“制圖六體”嗎？第一條“分率”就是比例尺，而在繪制地圖時，就有一種叫“計里畫方”的技巧。現(xiàn)存最早使用計里畫方的地圖就是開頭提到的《禹跡圖》。

這張地圖橫向有70格，豎向73格，一共5110格，方格邊長1.1厘米，對應(yīng)實際的一百里，因為宋代的1里約等于現(xiàn)在的444米，所以地圖比例尺大約就是1∶400萬。由此可以推斷出《禹跡圖》所涵蓋的總面積為818萬平方公里。這是西方地圖投影法和經(jīng)緯度制圖傳入之前最科學(xué)的制圖方法，地圖中海岸線與黃河等河流的形狀已和現(xiàn)代地圖的測繪非常相近了。這套制圖方法甚至在13世紀傳到西方時，被阿拉伯和意大利的地圖學(xué)者所采用。《禹跡圖》也代表了當時中國，乃至于當時世界上地圖繪制的最高水平。

但“計里畫方”有個致命的缺陷。就是測繪中心區(qū)域的精度相對準確，而離測繪中心越遠則誤差越大。誤差產(chǎn)生的原因在于當時并沒有人意識到——世界不是平的，而是一個球體，這個問題直到1582年利瑪竇來到中國之后才解決。這個意大利人為了傳教，向萬歷皇帝展示了很多西方的“奇技淫巧”，其中就有地圖投影法。用這個方法，可以將地球表面的曲面轉(zhuǎn)換到地圖的平面上而減少誤差。他還將東西方的地圖，匯編到一張地圖上，而且非常聰明地把中國放在地圖的中心，這就成了著名的《坤輿萬國全圖》。

在中國的地圖繪制史上，用到“計里畫方”的輿圖極少，大多數(shù)的地圖都不考慮精細的比例和方位關(guān)系。有些地圖在畫法上非常貼近山水畫，沒有把實用性和藝術(shù)性區(qū)分開來。比如清初的《江西省輿圖》，有山有水有波紋，甚至山邊的云霧都描繪得非常細膩。但作為一幅地圖，它的透視關(guān)系、方位比例都不明確。與現(xiàn)代地圖“上北下南、左西右東”的慣例不同，中國古代地圖并沒有這方面的制圖限制。《江西省輿圖》采取的便是上南下北，左東右西的設(shè)定，所以鄱陽湖位于地圖底部。

一個時代的地圖，反映的是該時代對世界的認知邊界。地圖延展到哪里，認知也就到了哪里。到了地理大發(fā)現(xiàn)時代，地圖又引領(lǐng)著人類探尋未知，將地球的真實面貌呈現(xiàn)出來。而現(xiàn)代社會，衛(wèi)星和飛機讓每個人都能像上帝一樣俯瞰地球，這是古人想都不敢想的。當然我們也很難想象，古人用腳步丈量大地的過程又有多么困難。

（責(zé)編：南名俊岳）

? ?指南車

指南車是古代一種指示方向的車輛，也作為帝王的儀仗車輛。指南車的發(fā)明較早，據(jù)傳說西周時就已發(fā)明，但最早的確切記載是在三國時期。有歷史典籍顯示三國時馬鈞是第一個成功制造指南車的人。從三國時開始，歷代史書幾乎都有指南車的記載，但是都比較簡略。直至宋代才有完整的資料，《宋史》中較詳細地記載了它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

? ?記里鼓車

記里鼓車是古代天子出巡時，儀仗車隊必備的一種典禮車，用四匹馬拉，排在指南車之后。南朝宋的記里鼓車制度依舊。南朝齊循宋制，但記里鼓車的車頂加華蓋，車身加漆畫裝飾。南朝梁依照齊制，但因佛教大盛，改用牛拉記里鼓車。唐朝恢復(fù)舊制，用四匹馬拉記里鼓車，仍排在指南車后。宋朝雍熙四年，將隨駕記里鼓車的儀仗隊，從13人增加到了30人。

? ?制圖六體

一為"分率"，用來反映面積和長寬的比例，也就是地

圖的比例尺；

二為"準望"，用來確定地貌、地物彼此間的方位關(guān)系；

三為"道里"，用來確定兩地之間的距離；

四為"高下"，也就是相對高程；

五為"方邪"，指地面坡度的起伏；

六為"迂直"，指實地高低起伏與圖上距離的換算。

達·芬奇手稿中的測距推車

在達·芬奇的手稿中，也有一張測距推車的設(shè)計圖：原理和記里鼓車類似，車輪帶動齒輪，每隔一段固定時間就讓一個小球掉進框里，最后只需要看有多少小球，就知道行進了多少路程。

·《禹跡圖》·

這張地圖橫向有70格，豎向73格，一共5110格，方格邊長1.1厘米，對應(yīng)實際的一百里，因為宋代的1里約等于現(xiàn)在的444米，所以地圖比例尺大約就是1∶400萬。由此可以推斷出《禹跡圖》所涵蓋的總面積為818萬平方公里。