沒有衛星的古代如何畫地圖

由衛星和飛機拍攝底圖影像，再加上車采、步采等實地測繪，最后將多個圖層數據匯合后就形成了我們在地圖軟件上看到的地圖。我國現存最早的石刻地圖《禹跡圖》繪刻于宋代，你會發現，該地圖中河流的形狀、走向和城市形態，簡直能和現代衛星地圖的精度相媲美。那么在沒有衛星的年代，古人如何繪制高精度地圖？

指南車與記里鼓車

我們經常在影視劇中看到“獻圖投降”的情節，似乎地圖是無比神秘的東西。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。這個字也表明了古代繪制地圖的最重要方式——實地作業。

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。歷史典籍顯示，三國時馬鈞是第一個成功制造指南車的人。記里鼓車也是古代天子出巡時儀仗車隊必備的典禮車，排在指南車之后。

指南車有一個很神奇的功能，不管你往哪個方向行進，車頂小人的手臂都會永遠指向南方。這是三國時期的機械大師馬鈞的發明，也叫司南車。整車都是機械結構，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動。指南車直線運動時，兩個車輪同步轉動，小人保持靜止不動；車子轉彎時，外側輪會比內側輪轉動更快，通過差速器小人就能反向旋轉，所指方向就不會改變。制圖師因此就能知曉自己的所在方位。

除了指南車，羅盤、指南針、天體方位、樹木年輪等信息都會被用來判斷方向。有了方向還不夠，還需知道距離，所以記里鼓車就很重要了。記里鼓車的結構與指南車類似，車上有兩個小人和一鐘一鼓，還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，就可以制作最簡單的地圖了。

比如要畫一條河，沿著河走，在河流拐彎處用指南車記錄變化的方位，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，在哪一個地方轉了彎，方向變化是什么。用文字記錄下來類似于“河流長度100里，河流起點向西，10里后轉為西南，再20里后轉為南，再40里后轉為西”——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。這里就要用到繪圖工具“規”“矩”和“準”“繩”了。“規”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。憑借這些工具和文字記錄，再結合畫師的想象力，就能完成一幅輿圖。

細說《禹跡圖》

但以上方法一般用來繪制局部區域的地圖，如果需要繪制更大區域的地圖，甚至是全國地圖，該怎么辦？那就要找很多人畫不同區域的地圖，最后拼起來。這時便需統一比例尺，不然就會出現海南島比新疆還大的事故。

裴秀是魏晉時期名臣，在他的主持下繪制出了中國第一部歷史地圖集《禹貢地域圖》。在序言部分，裴秀獨創性地提出了六條繪制地圖的理論，也叫“制圖六體”。前三條“分率”“準望”“道里”是地圖的比例尺、方位關系和距離三要素，后三條“高下”“方邪”“迂直”用以描述地形的起伏變化。這是中國古代首次提出，也是唯一的系統制圖理論，到明清時期都被奉為圭臬。直到大航海時代來臨，標注經緯線的地圖傳入，中國的繪圖方法才再一次革新。可以說，“制圖六體”除了沒考慮經緯線和地球投影，其他方面和現代地圖學所考慮的因素相差無幾。

裴秀提出的“制圖六體”中的第一條“分率”就是比例尺，其中有一種叫“計里畫方”的技巧。現存最早使用“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，對應實際的一百里，因為宋代的1里約等于現在的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緯度制圖傳入之前最科學的制圖方法，地圖中海岸線與黃河等河流的形狀已和現代地圖的測繪非常相近了。這套制圖方法在13世紀傳到西方時，被阿拉伯和意大利的地圖學者采用。英國學者李約瑟在其《中國科學技術發展史》中，稱此圖是“當時世界上最杰出的地圖，是宋代制圖學家的一項最大成就”。

但“計里畫方”有個致命缺陷，就是測繪中心區域的精度相對準確，離測繪中心越遠誤差越大。誤差產生的原因在于當時人們不知道地球是個球體，這個問題直到利瑪竇來到中國后才解決。利瑪竇為了傳教，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，而且為了使中國人更易于接受，把中國放在地圖的中心，這就成了著名的《坤輿萬國全圖》。

但在中國的地圖繪制史上，用到“計里畫方”的輿圖極少，大多數地圖都不考慮精細的比例和方位關系。有些地圖在畫法上非常貼近山水畫，沒有把實用性和藝術性區分開。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，它的透視關系、方位比例都不明確。與現代地圖上北下南、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。地理大發現時代，地圖引領著人類探尋未知，將地球的真實面貌呈現出來。到現代社會，衛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是多么艱難。

（摘自2024年第9期《世界博覽》）