从“制图六体”到GIS:中国地图制作的前世今生
从“制图六体”到GIS:中国地图制作的前世今生
近日,北京西南二环附近的中国地图出版社举办了一场别开生面的“地图的前世今生”主题研学活动。活动中,同学们不仅了解了从远古时期的陶片地图到现代高科技手段下的高精度卫星影像的演变历程,还深入学习了西晋时期地图学家裴秀提出的“制图六体”。这一古老的制图方法,包括比例尺、方位、距离、地形坡度等六个基本原则,对中国传统地图绘制产生了深远影响。通过这次活动,参与者们深刻感受到了中国古代地图文化的博大精深以及现代科技在地图制作中的神奇应用。
制图六体:中国古代地图学的里程碑
裴秀(公元224-271年),字秀彦,河东闻喜(隶属山西省)人,晋武帝时官司空,后任宰相。他根据“军所经,地域远近,山川险易,征路迂直”,校验了魏国留下的旧图。由于旧图绘制粗略,加之地名的改变,他在门客京相的帮助下,编制了《禹贡地域图》。
裴秀对古籍《尚书·禹贡》的记载作了详细考订,从九州的范域到具体的山脉、河流、湖泊、沼泽、平原、高原,都一一考察落实。同时,他又结合当时的实际情况,探明了历代的地理沿革,连古代时期的诸侯结盟地与水陆交通也一一摸清。对于自己暂时确定不了的,就“随事注列”,决不敷衍了事。
最后,裴秀终于绘制成了著名的《禹贡地域图》18篇。这些地图,都是一丈见方,按“一分为十里,一寸为百里”的比例(即1∶1800000)绘制而成。无疑,这是当时最完备、最精详的地图。可惜的是,裴秀绘制的这套地图集后来失传了。
今天我们能见到的,只有他为这套地图集所撰写的序言(见《晋书·裴秀传》)。在这篇序言中,保存了他的“制图六体”理论:
- “分率”:用以反映面积、长宽之比例,即今之比例尺;
- “准望”:用以确定地貌、地物之间的相互方位关系;
- “道里”:用以确定两地之间道路的距离;
- “高下”:即相对高程;
- “方邪”:即地面坡度的起伏;
- “迂直”:即实地高低起伏与图上距离的换算。
裴秀认为,“制图六体”是相互联系的,在地图制作中极为重要。地图如果只有图形而没有“分率”,就无法进行实地和图上距离的比较和测量;如果按比例尺绘图,不考虑“准望”,那么在这一处的地图精度还可以,在其他地方就会有偏差;有了方位而无“道里”,就不知图上各居民地之间的远近,就如山海阻隔不能相通;有了距离,而不测“高下”,不知山的坡度大小,则径路之数必与远近之实相违,地图同样精度不高,不能应用。这六条原则的综合运用,正确地解决了地图比例尺、方位和距离之间的关系问题。所以,“制图六体”成为中国明代以前地图制图学理论的基础,唐代贾耽、宋代沈括、元代朱思本和明代罗洪先等古代制图学家的著名地图,都继承了“制图六体”的原则。
唐宋元明地图盛行于世,传世诗歌都有地图吟咏的佳句,如唐代白居易“地图铺洛邑,天柱倚崧丘”;宋代杨万里“呈上方披舆地图,烦公赤手系单于”;元代周伯琦“大哉舆地图,垂创何其艰”;明代郭奎“一朝卧病药相扶,才倚晴窗阅地图”云云。
裴秀提出的“制图六体”,也是当时世界上最科学、最完善的制图理论。这个理论也同中国古代数学中的勾股、测望方法和司南方向定位相结合,体现了中国古代传统数理科学的特色和优势。除经纬线和地球投影外,现代地图学上应考虑的主要因素,裴秀几乎全提了出来,他因此被称为“中国科学制图学之父”。这一理论直到明清时,都是被遵循的。明末,意大利有经纬线的地图传入后,中国的绘图方法才开始改变。
现代地图制作:科技赋能的革新
与古代制图相比,现代地图制作已经发生了翻天覆地的变化。随着计算机技术的发展,GIS(地理信息系统)成为现代地图制作的核心工具。现代地图制作不仅追求精确度,更注重数据的实时性和交互性。
现代地图制作流程大致可分为以下几个步骤:
数据采集:通过卫星遥感、航空摄影、地面测量等多种手段获取地理数据。
数据处理:利用GIS软件对原始数据进行处理,包括坐标转换、数据融合、误差校正等。
数据分析:对处理后的数据进行空间分析,如地形分析、路径规划、区域统计等。
地图可视化:将分析结果以地图形式呈现,可以是静态地图,也可以是动态的、交互式的电子地图。
现代地图制作的特点:
高精度:现代地图的精度可以达到厘米级,远超古代地图。
实时性:通过卫星定位和传感器技术,可以实时更新地图数据。
交互性:电子地图支持用户交互,如缩放、旋转、路径查询等功能。
多维度:现代地图可以展示三维地形、地下管线等多维度信息。
地图文化的传承与创新
从裴秀的“制图六体”到现代GIS技术,中国地图制作经历了从手工到数字化的巨大转变。但无论技术如何进步,地图所承载的文化价值始终不变。地图不仅是地理信息的载体,更凝结着人类对自然的认知和探索精神。
中国地图出版社举办的这次研学活动,正是在传承与创新之间架起了一座桥梁。通过展示古今地图的演变,让青少年了解中国地图学的辉煌历史,激发他们对科学的兴趣。同时,活动也展示了现代科技在地图制作中的应用,让参与者感受到科技发展的魅力。
地图的未来将向何处去?随着人工智能、虚拟现实等新技术的发展,我们有理由相信,未来的地图将更加智能、更加直观。但无论技术如何进步,地图所承载的人类探索精神和文化价值将永远熠熠生辉。