有這樣一群人,他們身強(qiáng)體壯,上山下水,猶如蛟龍出海。
他們玩得來(lái)計(jì)算機(jī),寫(xiě)得來(lái)代碼,VisualStudio,MATLAB,CAD,ARCGis各種專(zhuān)業(yè)軟件信手拈來(lái)。
他們搞得懂高等數(shù)學(xué),摸得透線性代數(shù),用數(shù)學(xué)解譯天地變幻,猶如家常便飯。
傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)領(lǐng)域包括大地測(cè)量技術(shù)、航空攝影測(cè)量技術(shù)、工程測(cè)量技術(shù)、地圖制圖與制印技術(shù)、海洋測(cè)繪技術(shù)以及測(cè)繪儀器制造技術(shù)等。當(dāng)代測(cè)繪高科技主要是空間定位技術(shù)、航空和衛(wèi)星遙感技術(shù)、地面一體化測(cè)量技術(shù)和地理信息技術(shù),以及與之相配套的通信技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)而帶來(lái)的上述技術(shù)的集成。
但你知道中國(guó)古代測(cè)繪有多厲害嗎?
沒(méi)有現(xiàn)代科技、缺乏先進(jìn)設(shè)備,這些古代杰出的測(cè)繪人物,仍能從天地萬(wàn)物中獲取知識(shí)。
他們大多都是重大工程建設(shè)者或歷史見(jiàn)證人,對(duì)中國(guó)測(cè)繪事業(yè)的發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn)。
說(shuō)到測(cè)繪,就繞不開(kāi)禹,禹奉舜命治理洪水的故事更是無(wú)人不知。在治水過(guò)程中,采用“左準(zhǔn)繩,右規(guī)矩”,測(cè)量遠(yuǎn)近和高低。他鑄造的九鼎圖,是中國(guó)最早的原始地圖。
說(shuō)完禹,就要說(shuō)西周初期的周公了,姬姓,名旦,除了愛(ài)解夢(mèng)之外,還是我國(guó)古代著名的政治家、軍事家、思想家、教育家,被尊為元圣。
因采邑在周(今陜西岐山北),稱周公。公元前1112年,在河南穎川陽(yáng)城(今登封縣告成鎮(zhèn))建立了土圭測(cè)景臺(tái);公元前1108年?duì)I建洛邑(今河南洛陽(yáng)),勘測(cè)繪制了洛邑地圖獻(xiàn)給成王。
春秋戰(zhàn)國(guó)的鄭國(guó),鄭國(guó)不是國(guó)家的名字,他是當(dāng)時(shí)韓國(guó)的水工,在公元前246年(秦王政元年)鄭國(guó)受韓國(guó)命令,費(fèi)時(shí)十年,打造了西引涇水東注洛水,長(zhǎng)達(dá) 300 余里的鄭國(guó)渠,也是中國(guó)四大古渠之一。
到了漢武帝期間,西漢時(shí)期的著名水工徐伯,根據(jù)大司農(nóng)鄭當(dāng)時(shí)的建議,由齊人水工徐伯主持、動(dòng)員兵卒數(shù)萬(wàn)人開(kāi)挖漕渠。歷時(shí)三年,終于開(kāi)鑿成歷史上的第一條關(guān)中漕渠,西起漢長(zhǎng)安城西南的昆明池,經(jīng)漢長(zhǎng)安城東南(今西安城北向東),沿途納浐、灞諸水,依山傍渭,直通黃河,全長(zhǎng)300多里。為長(zhǎng)安城運(yùn)送糧草發(fā)揮了重要作用。
隋朝年間,著名建筑家宇文愷。他勘測(cè)、設(shè)計(jì)建成了大興城(今西安)。在設(shè)計(jì)大型宮殿建筑時(shí),使用了比例尺,繪有平面圖;并且建成大興城到潼關(guān)引渭入黃的廣通渠,長(zhǎng)300余里;于煬帝二年(605)三月到次年正月,建成東都洛陽(yáng)城。著有《東都圖記》20卷、《明堂圖儀》2卷。
在唐朝中期,有一位宰相很厲害,充分的詮釋了不想當(dāng)?shù)乩韺W(xué)家的文人不是好宰相。賈耽(730年-805年),字敦詩(shī),唐朝中期宰相,杰出的地理學(xué)家,曹魏太尉賈詡之后。編繪有《關(guān)中隴右山南九州圖》、《海內(nèi)華夷圖》,并撰寫(xiě)了《關(guān)中隴右山南九州別錄》6卷、《古今郡國(guó)縣道四夷述》40卷等。
從古至今,測(cè)繪都是一個(gè)非常重要的行業(yè)。小至房屋建設(shè),家具安裝大至行政規(guī)劃,行軍打仗都必須有測(cè)繪人員參與。
測(cè)繪是只相信數(shù)據(jù),不相信眼淚的職業(yè)。數(shù)據(jù)的精確度以及準(zhǔn)確度影響到了整個(gè)測(cè)繪行業(yè)的發(fā)展。古代中國(guó)能夠領(lǐng)跑全球(據(jù)悉宋朝GDP一度達(dá)到全球35%)測(cè)繪貢獻(xiàn)了其不可磨滅的力量。
今天介紹古代測(cè)繪的道具,計(jì)算方法,順便說(shuō)說(shuō)中國(guó)古代測(cè)繪的成就。
中國(guó)古代三維測(cè)繪所用基本道具有“準(zhǔn)”、“繩”、“規(guī)”、“矩”四大類(lèi)。這幾個(gè)字相信大家都是比較熟悉的?!皽?zhǔn)”就是用來(lái)看看兩個(gè)點(diǎn)是不是在同一平面(內(nèi)行人叫水準(zhǔn)面)上的測(cè)量器具。就像家里掛一幅畫(huà),要“放平”否則就不好看,“放平”的意思就是在一個(gè)水準(zhǔn)面上。
▲古代水準(zhǔn)儀
調(diào)節(jié)儀器保證兩頭水深相同,那么三個(gè)木牌連接成的線就在一個(gè)水平面上了。為什么用三個(gè)木牌?因?yàn)閮蓚€(gè)會(huì)有一定的誤差,多加一個(gè)作為校準(zhǔn)會(huì)提高觀測(cè)精度。為什么木牌上面用鋸齒狀?因?yàn)槿绻九票荒テ?,那么觀測(cè)對(duì)象是在木牌所遮擋的范圍內(nèi),還是剛好在木牌的頂部,就無(wú)法確認(rèn)了。因此鋸齒的木牌就是為了提高觀測(cè)精度。
可以看出,當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)任何一個(gè)部件,都要考慮兩個(gè)字:精度。據(jù)說(shuō)古代用這個(gè)搞跨河水準(zhǔn),北宋年間甚至有過(guò)八百里的水準(zhǔn)測(cè)量。
下面來(lái)介紹古代測(cè)繪儀器“桿”,一種時(shí)間測(cè)量?jī)x器。
現(xiàn)在給大家介紹“桿”是怎么用的。古代人民發(fā)現(xiàn)任何東西都有影子,影子隨著太陽(yáng)的變化而周期位移,大家常說(shuō)的“立竿見(jiàn)影”就是這個(gè)意思。為測(cè)定太陽(yáng)的位置也就是時(shí)辰,發(fā)明了“桿”。慢慢演變有了專(zhuān)業(yè)的“桿”,叫日晷(gui三聲)以及圭表。
▲立桿見(jiàn)影
說(shuō)完了這個(gè)測(cè)時(shí)間的方法,我們?cè)賮?lái)介紹一下定向的道具。科普一下,所謂定向就是找到統(tǒng)一的方向,為什么要做這一步?多次繪制地圖,要保證各張圖可以拼接起來(lái),或者使用起來(lái)更方便就要把圖向上的方向統(tǒng)一。不能你拿著的地圖向南我拿著的地圖向東,所以大家就開(kāi)始規(guī)定向上的方向必須是北方向,那么問(wèn)題來(lái)了:找不到北怎么辦?這就是定向需要解決的問(wèn)題。
▲古代定向道具——司南
底座是青銅磨得亮晶晶,上面是個(gè)帶磁性的勺子,用地磁找到磁北方向(地磁和磁北稍后介紹)。全國(guó)統(tǒng)一畫(huà)圖用磁北方向作為上方。那么這個(gè)道具的名字就叫:司南!??!
南北方向有什么特殊的,為什么都用北方向?yàn)樯戏?,而不用東方向呢?給大家出個(gè)題或許就明白了:在北半球向南走100KM(還是在北半球),再向西走100KM,再向北走100KM,再向東走100KM。
請(qǐng)問(wèn)最后的位置是在最初的位置的那里?
A原點(diǎn);B東邊;C西邊;D南邊;E北邊;F東邊。
為了方便后人有用水作為底座,也有不要底座用細(xì)線吊著磁鐵石的各種指南針。
▲指南針
▲中國(guó)古代地圖及房屋建筑設(shè)計(jì)圖
感受一下:
今有望海島,立兩表齊高三丈,前后相去千步,令后表與前表參相直,
從前表卻行一百二十三步,人目著地,取望島峰,與表末參合,
從后表卻行一百二十七步,人目著地,取望島峰,亦與表末參合,問(wèn)島高及去表各幾何?
翻譯成白話:AC=DF=三丈;AB=123步;DE=127步;AD=1000步。
問(wèn)AN=?;NM=?
這個(gè)應(yīng)該就是當(dāng)時(shí)測(cè)繪界頂級(jí)算數(shù)題,沒(méi)有線性代數(shù),沒(méi)有最小二乘,這種題對(duì)于測(cè)繪界人士來(lái)說(shuō)滿滿的都是關(guān)愛(ài)。
科普完了,剩下給大家講幾個(gè)彰顯中國(guó)測(cè)繪人智慧的案例。
首先沈括大師,在我國(guó)宋朝測(cè)繪大師沈括連續(xù)觀測(cè)北極星三個(gè)多月,發(fā)現(xiàn)磁北方向與真北方向是有夾角的。(先科普一下,磁北方向就是我們指南針指的北方向其實(shí)是指向地磁南極。真北方向是地球自轉(zhuǎn)軸的北方向,就是我們的北極。)
歐洲是400年之后,哥倫布橫渡大西洋,發(fā)現(xiàn)了磁偏角。
徐光啟,他師從意大利傳教士利馬竇,和利馬竇合譯了《幾何原本》和《測(cè)量法義》,與熊三拔全譯了《簡(jiǎn)平儀說(shuō)》。為了融通東西,他撰寫(xiě)了《測(cè)量異同》,詳細(xì)考證了中國(guó)測(cè)量術(shù)與西方測(cè)量術(shù)的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。他主持編寫(xiě)的《測(cè)量全義》,是集當(dāng)時(shí)測(cè)繪學(xué)術(shù)之大成的力作,內(nèi)容豐富,涉及面積、體積測(cè)量和有關(guān)平面三角、球面三角的基本知識(shí)以及測(cè)繪儀器制造等。
1610年他受命修訂歷法,積極要求采用西方測(cè)量術(shù)和制造測(cè)量?jī)x器,共制造象限大義、紀(jì)限大儀、候時(shí)鐘、望遠(yuǎn)鏡等27年,促進(jìn)了我國(guó)天文大地測(cè)量的開(kāi)展。
大咖代表還有元朝的郭守敬,他通過(guò)長(zhǎng)期的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)了黃道與赤道的交角為23°33′05″,黃道就是地球圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的軌道,赤道就不用說(shuō)了,現(xiàn)在有科學(xué)認(rèn)為黃道與赤道的交角是由于月亮的存在。
中國(guó)古代測(cè)繪甩了西方一個(gè)銀河系!
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