小小仪器测天地万里江山绘纸上
开车出行，找不到目的地？下班高峰期回家，想知道哪条路最通畅？地图导航都能告诉你答案。现代人出行，似乎已经离不开导航。导航之所以能精准定位，除了高科技的加持，测绘技术也发挥着非常重要的作用。 在8月29日全国测绘法宣传日来临之际，本报记者走进山西地质博物馆，为您揭秘关于测绘的那些事儿。
市民体验测量仪器。
地面人工测量测出我省最高点 测绘，测量和绘图，是指对自然地理要素或地表人工设施的形状、大小、空间位置及其属性等进行测定、采集并绘制成图。 测绘是如何进行的？在山西地质博物馆三层测天绘地展厅中，用模拟场景展现了目前常见的三种测绘方式：地面测量、航天卫星测量及航空飞机测量。 地面测量展现的是地面人工野外测量的方式。模拟场景中，一人用全站仪观测，旁边一人在纸上记录。模拟场景对面的展示台上，还陈列着地面测量的常见仪器，除了全站仪外，还有水准仪、经纬仪等。 山西地质博物馆工作人员介绍，在大型工程测量中，需要测量高程值（高程指某点沿铅垂线方向到绝对基面的距离）、水平角、垂直角等，这些都是十分重要的数据。在陈列的仪器中，水准仪可测量两点之间的高度差，经纬仪可通过测量角度计算方位。“这两种仪器功能相对比较单一，尤其测量不同类型的数据时，往往需要更换不同的仪器。”工作人员表示，相对来说，全站仪就比较全面了，它是集水平角、垂直角、距离高差等测量功能于一体的一种测绘工具。 山西海拔最高点为五台山的叶斗峰，海拔约为米，这一高程测量就是采用地面人工测量方式测出的。在整个测量过程中，这些仪器都发挥了重要作用。 航空飞机测量，简称航测，属于测绘科学中的遥感科学，具体操作方法，是把特制的摄影机放到飞机上，通过对地面连续照相，再根据摄取相片绘制地形图。 航天卫星测量，则是结合了遥感科学和人造卫星的一种测量方法。由于卫星的工作区域在太空，所以这种测量方法获取资料迅速，不受区域限制，可以全地域、全天候测量。
浑天仪。
我国测绘，历史悠久 测绘，并不是一个新词汇，它的历史非常悠久。古代治水防洪、军事防备、政权管辖、田地丈量、划定疆域服务等，都离不开测绘。 测绘最早起源于社会生产需要，早在大禹治水时期，就已经使用左准绳、右规矩的方法测量物体的远近高低。测量完成后，大禹还命人铸造九鼎，并配上山川、草木、道路分布等图案，制成了原始地图。到了秦、西汉、东汉时期，人们已经可以在复杂地形下进行精确测量。与此同时，地图的重要性越来越被统治者重视。先秦书籍《管子·地图篇》中就明确提出，“凡兵主者必先审知地图”。 魏晋时期，我国著名制图学家裴秀在《禹贡地域图》中，第一次明确建立了我国地图的绘制理论，即制图六体。制图六体正确阐释了地图比例尺、方位和距离的关系，对我国西晋以后的地图制作技术产生了深远的影响。 到了隋唐五代，为便于管理，朝廷曾规定全国各州府每年要修测地图一次。可见当时已有了实时地图的概念。 宋朝，科学家沈括发现，磁针的指向会受到磁偏角的影响。明清时期，西方的制图理论传入中国，制图水平更加完善。 展厅中展示的《坤舆万国图》，就是意大利传教士利玛窦在中国绘制的。图中绘有当时已知的五大洲：亚洲、非洲、欧洲、美洲、南极洲，地图中以黄、红、白三色突出表示了五大洲的疆域及名称。在海洋及南极大陆则绘有船和鲸、鲨、大象、鸵鸟等陆生、海生动物。此外，还有表示了山形、河流、海洋等地理要素及有关天文地理的小插图作为大图的补充。这些知识改变了当时人们“天圆地方”的传统世界观。
我国古代的各式测绘仪器 测绘中，测量是绘图的前提，绘图是测量的结果。山西地质博物馆内陈列的古代地图可以从侧面反映出我国古代测绘技术的发展。而另一边展示的各种各样的测绘工具，就是在测绘技术发展中诞生的，如指南车、记里鼓车、浑天仪、司南、水准仪、简仪、象限仪和地平经纬仪等。 其中，水准仪用于测量两点之间的高度差，象限仪用于测量天体地平高度。地平经纬仪是测量天体地平坐标的仪器，它由地平仪和象限仪组成，减少了分别使用地平仪和象限仪测量带来的误差。 司南是战国时期用来指示南北方向的仪器。我国古代劳动人民在寻找铁矿的实践中，发现了磁石的指极性，于是用天然磁石制成磁勺，放在一个刻着方位的光滑底座上，转动磁勺，利用磁铁的指极性，就可以辨别方向，古人把它称为“司南”。不过，天然磁石不容易找，而且加工过程中也容易失去磁性；再加上磁勺与底盘接触处要非常光滑，否则就会因为摩擦阻力过大而难以达到理想指南效果，因此，古人在发明司南后又不断改进。到了北宋时期，指南针的技术日渐成熟。 在博物馆东广场看到的浑天仪，是我国东汉天文学家张衡在前人的研究基础上改进而成，由浑仪和浑象组成。浑仪是测量天体球面坐标的仪器，浑象是用来演示天象的仪表。 简仪用来测量天体位置，由元代天文学家郭守敬将浑仪加以革新、简化而来。由于浑天仪圈环较多，观测特定星体时，很容易遮挡视线，给观测造成一定影响，而且圈环太多容易变形，也会影响观测精确程度。为更好地观测，郭守敬大胆地把浑仪不必要的装置去掉，留下两组最重要的圈环，大大提高了星体测定精度。
设定原点让空间方位“网格化” 要想确定一个物体的具体位置，我们需要知道它在平面上的经纬坐标，以及它的空间高度。那航测是如何准确捕捉到某物体的具体位置的？ “这需要找一个参考点。”工作人员指着测绘仪器展台旁边的两个建筑模型介绍，这是我国平面坐标和空间高度的参考点，国家大地原点和国家水准原点。 国家大地原点位于西安市西北方向60公里处，国家水准原点位于青岛观象山。这两个原点，是上世纪70年代后，国家经过实地考察、综合分析而确定的。 “以这两个参考点为坐标原点，测算某物体与其水平距离和垂直距离，则可以确定其准确位置。”工作人员说，根据这两个原点，还建立了国家平面控制网和国家高程控制网。 测绘的运用非常广泛，除了日常出行导航外，像城乡建设规划、国土资源利用、环境保护监测，甚至军事活动，都离不开测绘。目前，我省已建立数字化测绘体系，即以计算机技术、光电技术、网络通信技术、空间科学、信息科学为基础，以全球导航卫星定位系统（GNSS）、遥感（RS）、地理信息系统（GIS）为技术核心，选取地面已有的特征点和界线，再通过一定的测量手段，就可以获得反映地面现状的图形和位置信息。通过数字化测绘体系，能够为土地资源、生态环境以及地质灾害的调查与监控提供实时信息。
■链接古今地图的区别 古代的地图和现在的地图在形制上有很多差别。 古代的地图更加具象，比如在表达山脉的时候，就直接画成山的样子，而现代地图则更为抽象精准，符号化程度很高。 现代地图的内容更丰富、更科学，它由不同的线条、符号、颜色组成，并使用一圈圈等高线来表示地面的起伏变化，还有经纬网、比例尺，图例等内容。记者杨晓艳文/摄
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