文l张飞

编辑l张飞

引言

由卫星和航天飞机拍摄底图影像，再加上车采、步采等实地测绘，最后将多个图层数据汇合后就形成了我们看到的地图软件上的地图。

其中最重要的底图数据，不是在地上绘制的，而是在天上拍出来的。而我国现存最早的石刻地图《禹迹图》，绘刻于宋代，但如果拿它和我们今天的卫星地图相比，你会发现图中河流的形状和走向，还有城市形态，简直能和现代卫星地图的精度相媲美。

那么在没有卫星的年代，古人如何绘制出高精度地图呢？

采用指南车与记里鼓车

要画一张地图，首先我们需要知道这张地图包含哪些要素。魏晋时期有个名臣叫裴秀，公元3世纪在他的主持下，画出了中国第一部历史地图集《禹贡地域图》。

在序言部分，裴秀独创性地提出了六条绘制地图的理论，也叫“制图六体”。前三条是地图的比例尺、方向和距离三要素，后三条用以描述地形的起伏变化。

这是中国古代首次提出，也是唯一的系统制图理论，这一理论甚至到了明清时期还被奉为圭臬。直到大航海时代到来，标注经纬线的地图传入中国后，中国的绘图方法才再一次革新。

可以说，“制图六体”除了没考虑经纬线和地球投影，其他方面和现代地图学所考虑的因素相差无几。

我们经常在影视剧里看到“献图投降”的情节，似乎地图是个无比神秘的东西。古代管地图叫“舆图”，“舆”本意是“车辆，车厢”，所以“舆图”可以理解为坐在车上，将看到的地理信息绘制成图。

这个字表明了古代画地图最重要的方式——实地作业。车在古代的实地制图中并不只是代步工具，还是重要的测绘工具。“指南车”有一个很神奇的功能，不管你往哪个方向行进，车顶的小人都会指着同一个方向。

这个三国时期的机械大师马钧的发明，也叫司南车，整车都是机械结构，车顶的小人并不是因为磁性转动指南，而是利用了齿轮的“差速器”原理。小人和车轮之间通过齿轮连接，每个车轮运动都可以带动小人转动。

当指南车直线运动时，两个车轮同步转动，小人保持静止不动；而当车子转弯时，外侧轮会比内侧轮转动更快，通过差速器小人就能反向旋转，它的所指方向就不会改变。从而这辆车就能让制图师得知自己所在的方位。

除了指南车以外，罗盘、指南针、天体方位、树木年轮等等信息都会被用来判断方向。而有了方向还不够，我们还需要知道距离。所以还有一辆车也很重要，它就是“记里鼓车”，也叫大章车。

顾名思义是用来记录路程的。结构和指南车类似，车上有两个小人和一钟一鼓。车上装有一组减速齿轮，与轮轴相连。

车行1里时，控制击鼓小人的中平轮正好转动一周，小人就击鼓一次；车行10里时，控制敲钟小人的上平轮正好转动一周，小人就敲钟一次。坐在车上的人只要听到响了几次钟鼓声，就能知道走了多少路程。有了方位和距离，其实就可以制作最简单的地图了。

比如要画一条河的流向，就可以用记里鼓车沿着河岸走，在河流拐弯处用指南车记录变化方位，同时用记里鼓车记录走过的距离，那么就可以知道这条河长度是多少，在哪一个地方转了弯，方向变化是什么。

用文字记录下来就是：“河流长度100里，河流起点向西，10里后转为西南，再20里后转为南，再40里后转为西”——仅用两辆车就可以把河流山川的走向和特征量化了。接下来就需要“美编”画师把这些文字记录画到纸上了。

这里就要用到中国人都听过的绘图工具：“规、矩”和“准、绳”。“规”是画圆的工具，“矩”是画方的角尺；“准”和“绳”是测定物体平、直的工具。

唐代墓室中出现的《女娲伏羲图》中伏羲手里拿的就是“矩”，而女娲手里拿的就是“规”。用这些工具和文字记录，再结合画师的想象力，就能完成一副舆图。

细说《禹迹图》

但以上说的方法，一般用来绘制局部区域的地图。如果需要一个更大区域的地图，甚至是全国地图该怎么办呢？那就要找很多人一起，画不同区域的地图，最后拼起来。这个时候不免要统一比例尺，不然就会出现海南岛比新疆还大的事故。

还记得裴秀提出的“制图六体”吗？第一条“分率”就是比例尺，而在绘制地图时，就有一种叫“计里画方”的技巧。现存最早使用计里画方的地图就是开头提到的《禹迹图》。

这张地图横向有70格，竖向73格，一共5110格，方格边长1.1厘米，对应实际的一百里，因为宋代的1里约等于现在的444米，所以地图比例尺大约就是1∶400万。

由此可以推断出《禹迹图》所涵盖的总面积为818万平方公里。这是西方地图投影法和经纬度制图传入之前最科学的制图方法，地图中海岸线与黄河等河流的形状已和现代地图的测绘非常相近了。

这套制图方法甚至在13世纪传到西方时，被阿拉伯和意大利的地图学者所采用。《禹迹图》也代表了当时中国，乃至于当时世界上地图绘制的最高水平。但“计里画方”有个致命的缺陷。

就是测绘中心区域的精度相对准确，而离测绘中心越远则误差越大。误差产生的原因在于当时并没有人意识到——世界不是平的，而是一个球体，这个问题直到1582年利玛窦来到中国之后才解决。

这个意大利人为了传教，向万历皇帝展示了很多西方的“奇技淫巧”，其中就有地图投影法。用这个方法，可以将地球表面的曲面转换到地图的平面上而减少误差。他还将东西方的地图，汇编到一张地图上，而且非常聪明地把中国放在地图的中心，这就成了著名的《坤舆万国全图》。

在中国的地图绘制史上，用到“计里画方”的舆图极少，大多数的地图都不考虑精细的比例和方位关系。有些地图在画法上非常贴近山水画，没有把实用性和艺术性区分开来。比如清初的《江西省舆图》，有山有水有波纹，甚至山边的云雾都描绘得非常细腻。

但作为一幅地图，它的透视关系、方位比例都不明确。与现代地图“上北下南、左西右东”的惯例不同，中国古代地图并没有这方面的制图限制。《江西省舆图》采取的便是上南下北，左东右西的设定，所以鄱阳湖位于地图底部。

结语

一个时代的地图，反映的是该时代对世界的认知边界。地图延展到哪里，认知也就到了哪里。到了地理大发现时代，地图又引领着人类探寻未知，将地球的真实面貌呈现出来。

而现代社会，卫星和飞机让每个人都能像上帝一样俯瞰地球，这是古人想都不敢想的。当然我们也很难想象，古人用脚步丈量大地的过程又有多么困难。