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在没有卫星的古代,人们靠什么画地图?

1个月前 来源: 吴莉苇 原文链接 评论0条

本文为“国家人文历史”独家稿件,欢迎广大读者分享至朋友圈。

制图学在东西方都是古老的学科,可上溯至史前关于渔猎之域的描绘。在欧洲,公元前3世纪希腊天文学家埃拉托色尼(Eratosthenes)能够计算出50里范围内地表长度的正确数值。公元前1世纪的希腊人马里努斯(Marinus)首先提出在地图上运用投影的思想——把地球圆形表面的全部或部分压缩到一个平面上。

1570年,尼德兰制图学家奥特利乌斯编辑出版世界图集《地球大观》(Theatrum Orbis Terrarum),被认为是第一部真正意义上的现代地图集

古罗马人最早绘制实用地图

古罗马人在制图学理论上的贡献远小于希腊人,却是实用地图的绘制者,制作了许多旅行指南。中世纪的制图领域主要由教会掌控,作品以反映教会信条和对圣经的解释为主旨。不过,古罗马时期出于实用绘制路程图的传统并未消失,同时意大利人和加泰罗尼亚人由于航海的需要而在领航书的基础上演变出一种全新的地图类型——领航图(Portolano,Portolan)。

有记录的最古老领航图出现在14世纪初,但实际产生时间肯定比这早。典型的领航图没有分度线,但有等角航线(loxodromes)和恒向线(rhumblines)——按不同风的方向分布的直线——构成的网格。领航图通常有比例尺,其中每个分度都被细分为五份,但每一分度所表示的长度并不相同。作为实践的产物,领航图最早几乎全部出自地中海和黑海贸易的把持者意大利人和加泰罗尼亚人,当然也只涉及这两个海域。随着航海事业的扩大,意大利、葡萄牙、西班牙、法国、荷兰和英国的水手们在一个多世纪的时间里开发了除太平洋部分区域外的各个海洋,为制图者们提供了绘制海岸线地图的丰富资料,领航图终于演变为世界航海图,并在14、15世纪时成为近代欧洲地图的一个起点。

葡萄牙水手对航海图产生的贡献首当其冲。航行于风高浪险的大西洋使葡萄牙水手无法再应用传统的知识获取当地风向和海流,辨认醒目海岸标志,而发展出确定纬度的知识(观察北极星的海拔高度,或者观察太阳的正午高度并借助磁偏角表)。不过直到16世纪初,海图上才见到纬度比例尺。

新大陆的发现也直接促进制图技术的进步,在一个扁平面上表现曲面特征的绘制技巧因此产生。文艺复兴背景下,开办天文学和数学研究中心的大学纷纷兴起,当然也推动了制图和测量科学化。

现存于美国耶鲁大学贝尼克珍本与手稿图书馆的波特兰海图,1492年由豪尔赫·德阿吉亚尔绘制。波特兰海图是写实地描绘港口和海岸线的航海图。自13世纪开始,由意大利、西班牙、葡萄牙开始制作。

地图“现代化”轮廓的诞生

1570年,尼德兰制图家奥特利乌斯(Abraham Ortelius)编辑出版世界图集《地球大观》(Theatrum OrbisTerrarum),被认为是第一部真正意义上的现代图集,因为它是第一部系统性的关于世界各地的地图汇编,地图为同样尺寸,且大多都依据当代知识绘制。奥特利乌斯的贡献主要在于编辑出版。对地图技术而言,现代化奠基人则是吉拉德·墨卡托(Gerard Mercator)。

吉拉德·墨卡托,16世纪地图制图学家,出生于荷兰,晚年所著《地图与记述》是地图集巨著,轰动世界,封面上有古希腊神话中的撑天巨人阿特拉斯像,后人将“Atlas”用作地图集同义词,至今沿用

1569年,墨卡托在他绘制的大型世界地图中采用自己发明的一种重要投影法,图中的子午线是平行的直线,与被画为直线的纬线以直角相交,这就是相似柱面投影(conformcylinder projection),俗称墨卡托投影。在这种投影中,纬线之间的间隔随着离赤道线越远而越大,以保持经纬线的交角不变,这些平行线因此被称为“渐盈纬线”(waxinglatitudes)。

墨卡托投影是为航海设计,关键点是等角航线被表示为直线。等角航线是球面上的一条线,它在任何一点上与正北方向即子午线方向的交角都相等。等角航线是船只航行的依据,如能依靠一张将等角航线表现为直线的海图,当然便于航行中掌握方向。当时的海员们使用的是“平面海图”,其中子午线之间和纬线圈之间是等距且平行的,结果海图既不能提供准确的方向,也不能提供准确的距离,造成确定地理经度的困难,成为航海活动的软肋。

墨卡托设计的新投影旨在改进这种缺陷,但起初在航海实践中鲜有进展。相似柱面投影法的理论解释到1599年赖特(Edward Wright)出版《航海中的某些错误》(Certaineerrors in navigation)时才出现,这种投影被普遍采用则要到17世纪末,此时法国皇家工程师队的海图测绘便全面采用墨卡托投影法。

地图的“现代化”轮廓一旦产生,接下来便是制图中心在尼德兰、荷兰、法国、英国、德国之间的轮替转移,具体技术不断充实和完善,地图日渐摆脱装饰性,力求准确与实用。技术发展的基本趋势是,制图日益依赖实际的大地测量成果或水文测量成果。只不过在很长时间内,将测量数据转变为图像,面临重大困难,在广大土地上展开系统测量面临更多困难,这些都随着时代的演进而逐渐改善。

天文观测法确定经纬度

17世纪末至18世纪,法国皇家科学院为制图学带来一项划时代的贡献——运用天文观测法确定地球上特定点的经纬度,此中灵魂人物是移居法国的意大利天文学家卡西尼(JeanDominique Cassini)。1668年,卡西尼出版一部月食时刻表,天文学家可藉此确定观测点的经度和纬度,而每个能够测量的点都与地球上其他点有关联,为了把握全局便有必要在地图上标识出这些点。反之,借助天文定位法确立坐标点可以画出更准确的地图。

路易十四的财政总监柯尔伯(Jean-BaptisteColbert)立刻意识到这项贡献的潜力,力邀卡西尼来法。卡西尼于1669年来到巴黎担任皇家天文台台长直至终老,在他和其后人的主持下,法国完成了天文定位与三角网结合的全国大地测量工作。这份1818年最终完工的法国全图看起来像一张现代军事测量图,用了很多表示地貌特征的符号,不同的地貌特征用不同颜色区分,但地形高低表达不明显。

1688年,天文学家让·多米尼克·卡西尼出版了一部月食时刻表,天文学家可藉此确定测点的经度和纬度,而通过天文定位法确立坐标点又可以画出更准确的地图

以方法论进步为基础的法国制图学革新,当然也为世界地图的绘制带来重要进步。以天文定位法结合三角测算绘制地图必然要超出给定领土的限制,国家地图将不再作为一个独立实体存在,绘图将变成一项全球性的努力,整个欧洲的地图都需要以这种新标准重新绘制。测绘法国地图之时,皇家科学院便认识到可以用同样方法勘定地球上其他各点及国家间的界线,开始设法派人去欧洲各国、法属圭亚那、西印度、非洲、南亚和东亚等地测绘,并且汇集起耶稣会士等各修会成员以及其他旅行者从异国他乡发来的报告。卡西尼模式的地图在军事和政府事务上的价值很快被其他欧洲统治者认识到,18世纪后期在奥地利和英国率先产生反响。现代地图的主体面貌在18、19世纪之交基本确立,截至此时以及自此而往,无论技术发展还是内容扩充(尤其是世界地图的内容)都是由西方人主导。

欧洲人把中国填入世界地图

从技术层面讲,竖版地图比横版地图是有重大突破。横版地图是将地球沿经线切割后转换成平面图,竖版地图则是沿纬线切割地球后投影转换。不难想象,沿经线切割的视觉重心在东西两半球,而沿纬线切割的视觉重心在南北两半球。再想想地球上陆地和海洋的分布状况,便知直观来看,横版地图的陆地展现得更大,而竖版地图的海域展现更完整。

默克尔赠习近平1735年绘制的中国地图

同样不能忘记,把中国填入世界地图的工作也是由欧洲人完成,这听起来很刺激人。促进欧洲制图学发展的一个重要动力是海外扩张,表现制图学进步的一个重要面相就是世界地图(或航海图)的发展。中国图像的具象化同世界地图的扩充同步进行,从希腊人的想象到意大利人的道听途说,从葡、西两国的商旅见闻到耶稣会士的浸润风俗,世界地图上的东方知识随着西方人的扩张活动而不断丰富完善,依次活跃在海上通道的几个主要欧洲国家则先后扮演着把东方知识反映在世界地图上的媒介角色,尤其是耶稣会士的介入使16-18世纪的欧洲地图史上出现了像样的中国地图。其中有的是经耶稣会士流传到欧洲的中国地图,有的是耶稣会士编辑或制作而在欧洲出版的地图,还有的是欧洲制图家利用耶稣会士提供的资料完成的地图。

唐维勒根据康熙朝测量成果绘制的中国地图,它以1700至1717年间在华耶稣会士的中国全国大地测量结果(中文版成果为《皇舆全览图》)为基础,其资料的新鲜度和准确度不言而喻,这份地图是突出山脉水系的地形图,轮廓接近当今中国地图的局部

16-18世纪的欧洲人绘制了无数包含中国轮廓的地图(包括世界地图),它们最基本的参考却只有三份——1584年问世的路德维科·乔里奥(LudovicoGeorgio)地图、1655年问世的卫匡国(Martino Martini)地图和1735年问世的唐维勒(Jean-Baptiste Bourguignond’Anville)地图。这三份地图各当典范近百年,只因欧洲的地图制作者们总是长时期偏爱既有的范本而忽视或拒绝了新资料。路德维科·乔里奥地图明显含有古代欧洲人对东亚和中国的想象,但也体现一些更具时代性和实证性的资料,可以视为耶稣会士登上舞台之前,西方有关中国地理知识的总结之作。

耶稣会士卫匡国绘制中国地图时主要根据中国的现有地图和方志资料,再以其西方绘图技术和地理知识加以调整。此图之出版意味着耶稣会士对知识界的影响范围和当时欧洲制图界的最高成就。出版者(约翰·布劳Joan Blaeu)为荷兰首席制图家,而阿姆斯特丹是当时欧洲的制图及地图出版中心,欧洲人对中国的兴趣和对海外地图的兴趣产生大面积交集,耶稣会士塑造的中国形象通过地图在欧洲更为人知。唐维勒编绘之中国全图的蓝本是1700-1717年间在中国的钦命实测成果,测绘的技术主力是以法国人为主的耶稣会士,中文成果为《皇舆全览图》,在1717-1726年间制作过四个不同的中文版本,可谓法国最新测绘法与制图术(结合天文观测法和三角测量术)在中国土地上的一次成功运用。该地图堪称当时世界上最先进、最准确的陆地地图,因此在欧洲备受瞩目。

1584年路德维科·乔里奥绘制、奥特利乌斯出版的中国地图,它的主要特点是,方向坐标为上西下东,左南右北。此图明显含有古代欧洲人对东亚和中国的想象,体现于构成北部和西部边界的连绵山脉和紧邻西界的湖泊

1655年卫匡国绘制、约翰·布劳出版的中国地图,卫匡国绘制中国地图时主要根据中国的现有地图和方志资料,再以其西方绘图技术和地理知识加以调整而成

中国的“制图六体”与“计里画方”法

显然,现代地图形成过程中,是欧洲人在世界地图中描绘着中国,有关中国的文献和图像以及欧洲人在中国的实际经历体现在世界地图制作中。中国的传统制图技术并未真正参与此过程,即便卫匡国以明朝地图为材料,也必须要用欧洲的方法重新校正,更早时利玛窦于世界地图中纳入中国也是采用类似方式。造成此种状况的技术原因不难理解,中国地图长久以来采用计里画方模式,与此时欧洲的投影绘制法完全不是一个体系,所以很难让中国的传统技术应用于现代地图制作。这本也不是什么丢脸之事,体系不同,无法并轨,不违情理。

在中国,地形测绘自然也很古老,先秦时期已经发明了测量工具“规”与“矩”并进行地形测量与方位测量。汉代,天文定位法被引入方位测量,十字线网格测量距离的原理也得到应用。说起地图绘制,当古罗马人还在绘制道路里程图时,晋代的裴秀(公元223-271年)就发展出一套绘制地图的理论并据此绘制《禹贡地域图》,他的理论可以概括为“制图六体”,即制图时要考虑的六方面因素:分率(比例尺)、准望(方位)、道里(道路里程)、高下(地势高低)、方邪(角度)、迂直(弯曲度)。有了这些考虑之后,可以确定各地标的空间关系,但如何将这些关系呈现在一张平面图上呢?这便衍生出“计里画方”之法,是为使地图图形正确缩小尺寸而设计的按比例绘格网的方法。先在图上布满方格,方格边长代表实地里数;然后按方格之框定绘制地图内容。

“制图六体”成为中国传统制图理论的重要依据,计里画方之法则是基本操作法,双双沿用1500余年,历代著名地图都少不了计里画方。裴秀之后,还有唐代贾耽的《海内华夷图》、北宋沈括的《天下州县图》以及元代朱思本的《舆地图》。历朝所改良处主要在纬度及里程测量的精准度以及折算的比例。宋朝普遍使用“水平”(水准仪)、“望尺”(照板)、“干尺”(度干)等仪器来测量地势的高低,沈括又以“互同”取代“道里”,可能就是现代的等高线标记。

《广舆图》是中国400多年前的第一本刻本地图集。其绘制年代可能是明嘉靖二十年前后,计有地图45幅,附图68幅,总共113幅。其总图、两直隶和十三布政司图,主要根据朱思本《舆地图》并参考了一些其他地图,用“计里画方”法缩编而成

元代郭守敬虽然能够准确测量各地纬度,却无人将此成果运用于地图绘制,而此时期地图的最高成就为朱思本的《舆地图》。其长处在于,因朱思本勤于实地考察,山脉、湖泊、河流的位置、形状与距离绘制较为准确。明代罗洪先(1504-1564年)改进《舆地图》而成《广舆图》,罗洪先开创了系统使用图例的方法,并全面采用“计里画方”法,比例尺的设立依地图之范围大小而异,如《舆地总图》以每方为500里,分省图每方百里,其他专题地图分别采用每方40里、100里、200里、400里、500里不等。以计里画方法绘制地图的技术至此臻于成熟,也就在这时,利玛窦带着欧洲的“现代”地图来到了中国。

计里画方法沿用1500年无所替代,放在如今技术迭代日新月异的环境下固然觉得不可思议,但在古代,既然能满足地图使用者的需要,也没有什么动力促使它非被取代不可。客观地讲,计里画方法未考虑到地球曲率,除中心部分较准确外,愈往四周变形愈大。然而,当外来的技术革新摆在眼前足以成为一种动力之时,当欧洲的现代地图技术及其所承载的世界观念与中国发生交汇之时,当中国本可以吸收这种技术使自己更快参与到现代地图的发展进程乃至世界历史的发展进程之时,中国却在皇权的一意孤行之下放弃这个机会,这就不能不令人扼腕叹息。

晚明时期,利玛窦的世界地图被官员、士人当作奇巧之物,却没听说有人着意于此地图的技术内涵(除了有人尝试将投影法和几何透视法运用于图画绘制)。盛清时期,康熙皇帝出于知识好奇心和了解其统治疆域以便更有力控制的意图而雇用欧洲人以最新测绘技术绘制中国地图,却根本无意推广现代制图技术,反而将《皇舆全览图》锁入深宫,不许随便观看。乾隆时期又请耶稣会士傅作霖和高慎思补充测绘方才平定的准噶尔、新疆和额鲁特蒙古地区,并由耶稣会士蒋友仁主笔补入《皇舆全览图》,是为《大清一统舆图》,1769年完工,然而也是深锁高阁。

利玛窦,天主教耶稣会意大利籍神父、传教士、学者。明神宗万历十一年(1583年)来到中国居住

清代中叶问世的著名地图、李兆洛编绘的《皇朝一统舆图》仍是采用计里画方之法。20世纪初的耶稣会士传记作家费赖之提到,1863年湖广总督于武昌刻《皇朝中外一统舆图》三十一卷,似本蒋友仁原图。这份《皇朝中外一统舆图》便是胡林翼任湖北巡抚期间请邹世诒、晏启镇绘制的《大清一统舆图》,但胡林翼1861年去世,由继任严树森主持刊刻。按中国地图史家的分析,这份地图吸收了《皇舆全览图》和《乾隆内府舆图》(即蒋友仁地图)以及李兆洛《皇朝一统舆图》的绘法,将经纬网与计里画方融于一图。这说明什么呢?

耶稣会士以当时最先进的制图法绘制的中国地图在一个半世纪以后才得以被中国制图家参考,而此时欧洲的地图与海图绘制早已达到更高精确度。这么晚才发生中国制图体系与现代制图体系的交汇,一个衰落的系统面对一个生气勃勃的系统,其结果自然就是众所周知的、一如社会的其他面向,无论多么痛苦,都必须直接采纳欧洲体系或称现代体系,然而仅能被动地吞咽却缺少一个可以互动参与、协同共进的从容过程,此种状况又难免滋生消化不良和情感梗塞。

受特定观念驱使的地图

谈完现代地图的技术历程或曰客观发展史,想再谈谈地图的观念问题。其实在民族国家的世界格局之下,地图无疑具有政治和军事方面的功能,强调它对于塑造疆土意识的功能也无可厚非。但也应该对于地图使用中的主观意识既有明察又有反思。

举个最喜闻乐见的例子,利玛窦展示一张欧洲传统的以大西洋为中心排列陆地的世界地图,立刻令明朝官员不快,于是他把地图改为以太平洋为中心布列陆地,则明朝官员便即以为中国在世界的中心位置就此明确。其实,利玛窦并未对地图本身做明显的歪曲,仅仅是视觉中心改变,于是观念表达就变了——明朝官员所希望达成的观念得以呈现。当然要说利玛窦这个欧洲人够聪明,善于捕捉并达成明朝官员的观念诉求。而明朝官员在此是真正的观念操弄者,他们认为,世界地图一定要表现中国人传统的世界观,而无论这个世界现实际是什么样。能够实现这番操弄,本质原因在于面对利玛窦这个势单力孤的外国人时,明朝官员是掌权者。

这就是地图使用方法及展现格式与观念、意识以及权力的密切关系。用哪张地图,在地图上强调什么、淡化什么,在地图上把什么东西圈进来又把什么东西划出去,绘制一张地图以哪里为视觉中心,在边界地区多画少画,其实都少不了特定观念的驱使。而观念表达能够实现,经常源于某种权力的支持,多种冲突性表达共存时谁能胜出,则取决于权力各方的博弈成果。

《坤舆万国全图》,是一幅由耶稣会传教士利玛窦于神宗万历三十年(1602年)所制的世界地图它高1.52米,宽3.66米,特地以中国为地图中心。当时澳洲还未被发现,所以《坤舆万国全图》上只有五个洲亚细亚、欧罗巴、利未亚(非洲)、南北亚墨利加(南北美洲 、墨瓦喇尼加(南极洲);另分四大洋:大西洋、大东洋(太平洋)、小西洋(印度洋)、冰海(北冰洋);附注地理志异,绘有风俗禽兽;四方各置“九重天图”“天地仪图 、“日月食图”、“中气图”

地图始终是一种主观性与客观性并存的东西,它的发展历程中既体现人类地理知识和测绘技术的进步,也展示出人类世界观、群体观、地域观、文化观等等各种“主观性”观点的演变。

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