一千年来中国大地测量的成就与发展资料下载.pdf
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另外，本文在时间上限于“一千年来”，即大约从公元1000年开始，那时正值我国的宋代，因而，本文的叙述就从宋代开始。
1宋代的天文大地测置宋自公元960年建国至1127年初金人俘徽、钦二帝北去，共167年，历9帝，史称此前为北宋，此后为南宋，至1279年为元所灭。
南宋共153年，也历9帝。
两宋共320年，历18帝。
宋建国后，逐步消灭了五代十国的残余势力，结束了长期割据的混乱局面，统一了天下，所辖疆域已接近于汉、唐。
宋代开国皇帝赵匡胤及继承其统一大业的胞弟赵光义都是军人出身，行军、作战都离不开地图，他们在消灭五代十国的过程中极力收集和测绘地图，为嗣后的继承者树立了榜样。
由于皇帝重视测绘，从中央到地方设有各类测绘管理机构，并任命有专人负责管理。
宋代的科技比较发达，在仪器制造和数学领域都有所创新和发展，加之宋代皇帝都非常关注历算工作，因而自宋真宗大中祥符三年至宋徽宗崇宁年间（公元1010年1106年），曾先后进行五次大规模的恒星位置观测，不仅为当时的历算工作提供了日益精确的资料，也为以后的天文大地测量奠定了良好的基础，且由于天文仪器不断的创新和改进，其测量精度有了明显提高，在测量的广度和规模上，甚至超过了唐代。
（1）宋真宗大中祥符三年（1010年），应用冬官正韩显符新造的铜浑仪候仪，进行了恒星位置测量。
这次测量是以斗宿（冬至点）为起算点，与以前传统的测量方法有所不同，此外，还重新测定了古观象台（在河南省开封市东北）的北极出地高度（纬度）。
（2）宋仁宗景祜年间（10341037），为编撰景祜乾象新书进行了第二次观测，在宋史天文志中记载了这一次测定的二十八宿距星位置的成果。
（3）宋仁宗皇裱年间（10491053），日官周琮、于渊、舒易简等人制成新浑仪后，对周天星官进行了第三次观测，王安礼等在修订的灵台秘苑一书时收载万方数据36测绘技术装备季刊第2卷2000年第4期测绘史话了这次观测成果，它包括有360个星官距星的入宿、去极度（即赤道坐标），其中能与现代星名证认的有345个星官的距星。
（4）宋神宗熙宁五年（1072），著名科学家、测量学家沈括提举司天监，他曾亲自用自己设计的窥管对北极星连续观测三个多月，绘出北极星自进入视野时起在初夜、午夜和黎明前的位置图二百多幅，进而得出当时的北极星离真正的天极约三度余，并且时刻在变动中的结论。
而欧洲直到1250年左右的法文科学问答西德拉（Sydrac）才有类似的记述。
（5）熙宁七年（1074），沈括对测量天体位置、时间和日影长短提出了许多有创见的意见和改进，因此，在元丰年问（10781085）进行第四次观测时，精度又得到进一步提高。
这次观测结果被绘成了星图，在13世纪中叶又被刻在石碑上，这就是著名的苏州石刻天文图。
石刻星图为盖图式全天星图，碑高8尺，宽3尺5寸，上面刻图名“天文图”，下为文字说明，共刻星1430余颗。
图上有黄赤道、内外规和银河，又有二十八宿的分界经线，外围还刻有周天度和分野及二十八宿距离等。
世界科技史专家李约瑟所著中国科学技术史说：
“从中世纪到十四世纪末，除中国的星图外，再也举不出别的星图了。
”明确表示对石刻星图的推崇和欣赏。
（6）宋哲宗元祜七年（1092），苏颂、韩公廉制成水运仪象台。
宋徽宗崇宁年间（11021106），姚舞辅进行了第五次观测，此次观测精度最高，其中二十八宿距度误差绝对值平均只有O15度。
唐僧一行的观测数据沿用了约380年，至此才被新的观测结果所取代。
（7）宋代的航海业很发达，并利用天文大地测量的成果和方法，用于船舶的导航和定位，据朱或著于徽宗宣和元年（1119）的萍洲可谈所记：
“舟师识地理，夜则观星，昼则观日一便知所至”。
李约瑟也在其所著中国科学技术史航海评论中古时代阿拉伯海员擅长天文航海术时，尊中国为惟一的“观星鼻祖”，对中国古代的天文大地测量技术在航海中的运用给予很高的评价。
（8）据宋人所著河防通议和武经总要记载，宋人已能利用人工磁化法制成“指南鱼”（指南针雏形），和能测山岗、沟涧高低的水准仪，读数精度为百分之一尺。
上述仪器为精确测定两地间的方位、距离、相对高程等提供了可靠的测绘手段，也进一步促进了大地测量的发展。
2元代的天文大地测量元朝（自成吉思汗算起为12061368年，自忽必烈改国号为大元算起为12711368年），前后历15帝，共163年。
忽必烈具有雄才大略，善于听取群臣意见，除不断进行经济和政治改革外，在行军作战中，经常进行测绘勤务保障。
至元十六年（1279），灭南宋，实现了中国的统一大业，形成了中国历史上最广阔的疆域，建立了当时世界上最强大的帝国。
国家统一，疆域辽阔，为进一步发展测绘创造了良好的条件，加之元帝善于发现并使用人才，一批杰出的科学家，在元帝的大力支持下，取得了一系列震惊世界的大地测量成果。
（1）在13世纪70年代后期，元世祖忽必烈任命著名科学家郭守敬主持进行了一次大规模的恒星位置测定，测定的星数从传统的1464颗增加到2500颗，超过西欧当时观测星数1022颗的一倍以上，其测量范围：
东到高丽（今朝鲜），西到寻斯干（今撤马尔罕，东经约67。
），北到通古信斯卡河下游（约北纬64。
），南到西沙群岛和中南半岛的占城，其规模比唐代的天文大地测量大得多，其测量的精度，比宋代所测又提高了一倍，绝大多数点所测的北极出地高度（纬度），经换算后与现代所测数值相差无几。
恒星坐标精度的提高，为高精度地测定地面点的天文经纬度和方位角创造了条件。
（2）至元十六年（1279），由郭守敬主持进行了一次空前规模的“四海测验”工作，其范围自南海至北海，从西沙群岛至北极圈附近（北纬15。
65。
），每隔10。
设观测台，测定北极出地高度和二分（春分、秋分）和二至（夏至、冬至）日昼夜时刻。
除个别点外，北极出地高度的误差只有035。
“四海测验”的目的，主要是为了编算新历法，但也为以后朱思本编制舆地图提供了北京（大都）、太原、成都等地的纬度值。
（3）元太祖铁木真（成吉思汗）于太祖十四年（1219）进行第一次西征时，就带领精通天文、地理、律历等术的天文学家耶律楚材随行，他根据在西域的观万方数据测绘技术装备季刊第2卷2000年第4期测绘史话37测资料研究分析，创立了“里差”。
元朝名臣事略记有“以寻斯于城为准，置相去地里以四千三百五十九乘之，万约为分，日里差”。
作为东西方向的改正。
里差的计算，以寻斯干城为起始线，向东则加，向西则减。
这实际上是“地理经度”概念。
数十年后，苏天爵（12941352）据此提出“地方时”的概念，认为中原和西域因地域有异，时辰不同，中原的“子正”，实为西域的“初更”，“里差”实际上是由于地理位置不同而产生的时问差异，是现代“时差”和“经差”概念的创始，这在世界科技史上是一个突破。
（4）郭守敬为兴修水利，曾在黄河下游进行大面积地形测量和水准测量。
在测量过程中，为统一高程标准，便于比较各地高程之差，“尝以海面较京师至汴梁地形高下之差。
”这是继沈括在1072年测得汴京（今河南省开封市）上善门至泗州（今江苏省盱眙县）淮口（即汴河入淮之口）高低相差19486尺后又一创举。
郭守敬首创以海平面作为高程控制的起算面，用来比较京师（今北京市）和汴梁（今开封市）高差的方法，即今地理学中一个重要概念“海拔”的创始，这对我国乃至世界大地测量的开展，具有重大意义。
3明代的天文大地测量明代建国于1368年，至崇祯十七年（1644）被清灭亡，前后共277年，是中国测绘技术发生重大变化的时期。
明初，测绘向多方面发展，海洋测绘登上了世界高峰；
中期，测量技术虽元进展，但地图集的绘制有所创新并趋向成熟，处于兴盛时期；
后期，传统的测绘技术处于停滞状态，由居世界领先地位沦为落后于西方，并因西方测绘技术的传人，开始了向新法测绘技术的转变。
天文大地测量，较之其他朝代，成就微小。
（1）明代的天文测量主要是利用元代天文测量仪器和数据进行测算，其测量技术人员，也多是留用了元代天文、历算的测量旧员。
据考证，明代观象台（即今北京古观象台之一部分），就是利用元大都城东南角楼改建的。
其中存有漏壶、圭表。
正统二年至七年制造的简仪、四游环、立运环、候极环、阴纬环等，此仪器用于测量星体的坐标，定真太阳时，测天体地平方位角和高度。
（2）明太祖朱元璋建都南京后，于洪武十八年（1385），在南京鸡笼山建观象台，将大都司天台的观测仪器，主要是浑天仪、简仪、圭表等全部搬迁至此。
明成祖朱棣迁都北京后，在北京设立行在钦天监，作为在皇帝身边的临时性天文机构，但天文测量的重点仍在南京。
（3）明代后期是中国天文大地测量与历算发展的重要时期。
这一时期，意大利传教士利玛窦、艾儒略和罗谷雅、法国教士金尼阁、葡萄牙教士阳玛诺、瑞士教士邓玉函、德国教士汤若望等相继来华，他们擅长天文、历算和测绘技术，不断将西方的天文、历算和测绘技术传人我国，从而打破了明代测绘技术的沉寂局面，特别是利玛窦在万历年间制造了浑仪、天球、地球等仪器，使明代的天文观测有了新的手段。
著名科学家和翻译家徐光启，不但撰写或翻译了许多西方测量专著如测量异同、农政全书、几何原本、测量全义等，这都是集当时测绘学术之大成的力作。
崇祯二年（1629），他又主持研制象限大仪、纪限大仪、平悬浑仪、列宿经纬天球、万国经纬地球、望远镜等27种观测仪器，于崇祯七年（1634）完成，使测时刻、定方位、测子午、测北极高度等又有了融合中西测量技术的新式仪器。
中西测量技术的融合，为古代中国的大地测量带来了生机。
（4）自永乐三年（1405）至宣德八年（1433），郑和奉皇帝命曾先后七次率领庞大船队下西洋，每次人数多达二万七千八百余人，各种大小海船二百余艘，他们运用天文大地测量成果和技术，在海上观测星体（主要是北极星）离水天线的高度导航和定位，借以确定船舶南北地理位置的变化，并测制编绘了闻名世界的郑和航海图。
郑和船队规模之大，航行区域之广，测量技术水平之高，在当时世界上都是首屈一指，西方各国望尘莫及。
郑和率庞大船队七次横渡印度洋，访问了近20个国家和地区，为人类认识海洋，利用海洋树立了丰碑，为增进亚非人民的友谊和文化、物资交流写下了光辉灿烂的篇章，也为天文大地测量成果和技术应用于海洋测绘作出了令世界瞩目的巨大贡献。
（5）明代非常重视水利、漕运工作，主要江河、湖泊都曾多次进行水准测量并绘图。
明史在叙说黄河时提到测绘的多达20余处，其中有几次还直接提到“绘图以进”。
其他主要河流也有类似情况，但史籍对万方数据38测绘技术装备季刊第2卷2000年第4期测绘史话水准测量情况缺乏具体记载，明史河渠志仅对主要的（有关水利、航运的）礁滩、浅段、河渠、河床高差、湖宽等测量情况作了一些零星的结论性的叙说，今人仅能从中窥视水准测量情况的概貌。
4清代的大地测量清建国于1616年，初称后金，1636年始改国号为清，1644年入关。
清从入关到灭亡（1911）的268年间，中国的测绘业随着清王朝的盛衰而发生了几次起伏变化，但中国全面开展全国性的大地测量（经纬度测量及三角测量）却始于清代。
清朝的康熙皇帝深知测绘工作对于巩固国防和治理国家的重要，趁17世纪末法兰西王国推行其东进政策，派遣一些通晓天文、地理、数学、物理以及测绘技术的传教士来华之机，利用他们在中国开展了以测制皇舆全览图为目的的全国性大规模的大地测量工作。
（1）18世纪初，清代即在全国进行了两次大规模的经纬度和三角测量。
第一次在康熙、乾隆年间，第二次在光绪年间。
这先后两次全国性的大地测量，建立了全国经纬度点和三角点控制网，测量点总数达2000余点，遍布全国四面八方，为测绘全国地图打下了坚实的基础，其测量技术水平、地域规模、成果质量，不仅在中国是史无前例的，就是在当时世界上也名列前茅。
（2）在开展大规模的经纬度测量和三角测量之前，曾进行了长达十多年的技术、人员、仪器等准备，由于中国历史上尺的长度不统一，为保证测绘全国地图的精度，康熙皇帝还规定了测量要采用工部营造尺及其标准长度，纬度定义为“北极出地高”，并规定以赤道为零起算，经度以通过北京饮天监观象台的子午线为本初子午线，以东称东偏，以西称西偏，当时也称里差。
测定地面点的经纬度，当时采用两种方法：
一种是用天文测量方法直接测定北极高度和东西偏度（当时称为“测天度”。
1884年起，确定以格林尼治子午线为零起算各地经度），另一种方法是依据天文经纬度点布测三角系，同时测量起算边长或基线，然后推算出已测各三角点的经纬度。
由于测三角点比测经纬度容易得多，且所得精度也不错，所以大量的点是用三角测量方法进行测算。
（3）前面已经提到，清朝在正式进行大地测量之前，就制定了长度标准。
其根据是：
康熙四十一年（1702）测量了由北京至霸州（今河北省霸县）的子午圈弧长，康熙四十三年（1704）利用所测结果制定了长度单位，规定了子午圈1度弧长为200里，1里分为1800尺，即1尺等于了午圈001”的弧长。
称此尺为工部营造尺（1尺一0317米）。
用子午圈弧长制定长度单位，这在中国历史上是首次，在世界历史上是首创，这比法国国民议会作出类似规定要早88年，比其实际应用要早120年。
（4）当牛顿的地球扁圆说与卡西尼的地球长圆说分垒对峙，无法定论之时，中国于康熙四十九年（1710）在中国东北地区进行经纬度测量的同时，测量了北纬4147度间的经线长度，经反复检核，发现47度处比41度处经线的长度长了258尺，从而得出纬度越高，每度间经线长度越长的结论。
尽管当时并未从理论和科学研究的角度去推证地球的形状，但所得数据，确属地球为扁圆形的最早而可靠的实测证据。
这较之西欧类似的证明要早27年。
在此顺便指出：
从公元前6世纪的地圆说到18世纪最后确认地扁说，是人类对地球形状认识的一次飞跃，但这一过程却经历了2400年!
（5）在康熙五十一、二两年（1712、1713），在台湾测量经纬度点7处，并测绘了台湾地图，这一实测的精确地图，载于清皇舆全览图中，确凿地说明了台湾是中国领土不可分割的组成部分；
康熙五十六年（1717）测绘西藏地图时，首次勘测并用满文标注了珠穆朗玛峰这一名称，这是世界上最高峰最早的文献记载，珠穆朗玛峰这一名称，当然成了新中国正式给此峰命名的根据。
以上两点大地测量成果在我国版图上的成功应用，它不容置疑地雄辩说明台湾、西藏是中国的神圣领土，这也是清代大地测量与绘制地图的杰出成就。
5民国时代的大地测量民国时代（191219499）共38年，先是军阀混战，后是北伐战争、抗日战争和解放战争，整个国家长期处于战争状态，测绘工作受到严重制约，大地测量仅在部分地区进行，成果也不多。
万方数据测绘技术装备季刊第2卷2000年第4期测绘史话39
（1）1929年，南京民国政府在原北洋政府“十年速测计划”执行未果的基础上，由参谋本部陆地测量总局制定了全国陆地测量十年计划（19301939）。
鉴于基本控制测量缺乏，在大地测量方面，决定开展天文、基线、三角、水准和重力等项测量工作。
同年10月，在陆地测量总局召开的全国测量会议上，讨论了大地测量的若干基本问题，规定大三角锁系沿交通路线纵横布设；
确定以南京天文点为全国临时大地原点；
建立坎门（浙江玉环）验潮站，将测定的平均海水面作为水准测量起算面；
设置了范沙拉（YVaisala）干涉比长仪，供检定基线尺之用。
各省先用假定标高，参考椭圆体采用国际参考椭圆体，并逐渐形成大地测量法式稿。
但是，直到1948年8月，国防部测量局才组织专家对其进行审定，经审定后的大地测量法式，虽经颁布却未正式实行。
（2）民国时期的大地测量各工种从1929年起先后开始施测，至1949年的20年间，总计完成如下成果：
一等天文点46点二等天文点392点三等天文点253点一等基线13条二等基线24条三等基线358条一等三角点381点二等三角点1586点三、四等三角点51718点一等水准点2962点二等水准点15201点三等水准点16033点重力测量，共测重力点205点。
（3）应当指出，在民国中期的十年，开展了规模较大的大地测量工作，从而使当时的中国在学习与应用近代测量技术方面又前进了一大步；
在民国后期，由于连年战争，全国性的大地测量无法继续开展；
一、二等三角测量及精密水准测量基本上处于停顿状态，仅在少数的省测量了一些三、四等三角点作为地形图测绘的基础控制。
与此同时，人民军队和革命根据地的测绘工作，大多是为行军作战或为巩固根据地的需要而测制较小范围内的地形图，很少进行大地测量。
总之，中国20世纪上半叶的大地测量处于低潮，其发展接近于停滞状态。
6新中国成立50年来的大地测量1949年10月，中华人民共和国成立了，中国的大地测量，终于迎来了光辉灿烂的新时代。
近代大地测量，从学科内容上可分为几何大地测量、物理大地测量和空间大地测量。
我国的大地测量在20世纪80年代以前，为国家建设测制基本比例尺地形图的需要，主要侧重于几何大地测量及为大地测量本身服务的物理大地测量，集中精力建立国家地面控制网。
半个世纪以来，我国的大地测量取得了举世瞩目的巨大成就，在许多方面，又跨人世界先进行列。
（1）测量基准建设大地基准。
1954年通过与原苏联一等三角锁联测建立了“1954年北京坐标系”，以后逐步推向全国；
1978年在陕西省泾阳县永乐镇境内建成“中华人民共和国大地原点”，同年开始正式进行全国天文大地网整体平差，决定建立“1980年国家大地坐标系”和“地心坐标系”。
技术标准：
1958年以前我国的大地测量主要沿用原苏联的的技术标准，在总结几年来测量实践的基础上，于1959年制定了中华人民共和国大地测量法式，后经国务院批准执行。
2000年4月，国家测绘局又发布了国家三角测量规范、大地天文测量规范、加密重力测量规范，以适应测绘高科技发展的要求。
高程基准：
我国旧高程基准混乱，1954年着手建立统一的高程基准，并在青岛观象山建立“国家水准原点”，1957年建立了以青岛大港验潮站19501956年间7年平均海水面作为高程基准面的高程基准，并以此推算了原点高程。
1976年开始布设国家一等水准网，顾及潮汐长周期对基准面的影响，以及利用流体动力学方法传算海南岛高程等，建立了“1985国家高程基准”，重新推算了青岛国家水准原点的高程为722604m，并首次统一了大陆与海南岛的高程基准。
天文基准：
1978年确定以上海徐家汇天文台丹容目视等高仪基座中心为大地测量天文经度起算点，其经度值在全国天文大地网整体平差中得到了应用。
以后又考虑到上海徐家汇的观测环境变化，以及光学观测与空间技术观测的对比与联接，决定将天文经度起算点由徐家汇移往余山VLBI站，这一工作于1994年最后完成。
长度基准：
1961年以前，我国大地测量使用的长万方数据40测绘技术装备季刊第2卷2000年第4期测绘史话度基准是以国际法尺经逐次传递的原苏联No541标准杆尺，属实物米。
1961年开始使用第一代自然基准的镉红谱线波长为基准，1964年又采用第二代自然基准的氪86橙黄谱线波长为基准，属光波米。
1969年又利用氦氖激光波长为基准，称光速米。
1961年以后曾依据这些基准，传递至我国的C，。
标准杆尺，检定因瓦基线尺。
大地测量的长度测量是在野外进行的，因而我国开展了建立野外标准基线工作。
19841985年，中国与芬兰合作，利用芬兰最高精度的光干涉仪测定，建成了高精度的北京长阳标准基准，全长432米。
之后，利用光干涉法建成的标准基线，还有陕西礼泉（576米）、四川成都（384米），相对精度均达到10。
此外，各省市（区）还先后建成了10余处比较基线。
重力基准：
1957年上半年，国家测绘总局成立重力测量队。
在苏联专家的协助下，建立了我国第一个国家重力控制网，简称“57网”；
1981年中国与意大利合作测定了11个绝对重力点，之后，有关部门于19831984年进行了新的重力基本网的联测，建立了“国家1985重力基本网”，简称“85网”。
1986年，国家测绘局开始进行新的一等网的布设和联测，共测一等点163个，建成了包括基本网和一等网的我国第二个国家重力控制网。
（2）国家大地网布设与全国天文大地网整体平差从20世纪50年代初至70年代末，我国的测绘工作者在祖国辽阔的大地上，沿经纬线方向布设一等三角锁401条，锁距间约250Km，在青藏高原等困难地区，则采用相应精度的一等导线。
而在一等三角锁环中，布设二、三等三角网，在困难地区布设导线网。
从而使我国的天文大地网构成了一个以三角锁和导线网混合组成的全面网。
据统计，共布设一、二等三角点与导线点39510点，三、四等三角点20余万点，其中参加全国天文大地网整体平差的有48433点，还包括一、二等起始边467条（其中通过基线网推算的307条，用光电测距仪直接丈量的160条），拉普拉斯方位角458个（在平差中保持固定）。
在整体平差中，信息总量达32万条，要解算高达15万阶的线性方程组。
为防止运算中出现差错，平差工作是按两种不同的方法在不同的计算机上平行进行的，最后平差结果在计算精度范围内一致，都是一次获得成功。
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