第18章 第六節沈括的地圖學成就

沈括(公元1031—1095年)是中國歷史上最卓越的科學家之一，同時也是一位傑出的地理學家和地圖學家。 宋朝已普遍使用“水平”(水準儀)、“望尺”(照板)、“幹尺”(度幹)等儀器來測量地勢的高低。據《武經總要》的記載，這種水準儀的外形類似平板儀或經緯儀，是一個有三個浮標的水槽，而每一個浮標都有一個觀測點。沈括認為，用這種儀器測量有一定誤差，所以他在熙寧五年(公元1072年)奉命測量汴渠的地勢時，就利用汴渠堤外過去取土後留下的舊溝，把溝分成若干段，攔水築堰，利用水平面分別量算出各段之間的高差，然後得出總高差。沈括測得從開封上善門至泗州淮口840裡130步之間的地勢高差為19.486丈。他這種測量方法，在此前世界上從無先例，屬於他的首創。

熙寧七年(公元1074年)，沈括奉命巡守北部邊疆。為了更形像地顯示山川道路的實況，在此期間製成了立體的“木圖”。他首先對製圖範圍內的山川作了詳細的實地考察，然後用麵糊上木屑，在木盤上復原出地形。但不多久天氣轉寒，木屑凍結不能再用，他考慮到臘的重量輕，便於攜帶，就改用臘熔化後製成模型。回到首都後，他根據臘的形狀，改用木材雕成立體地圖。宋神宗召集大臣一起觀看，認為有推廣價值，下令各邊疆州都製成這類“木圖”，上報朝廷收藏。沈括的這種立體地圖比西歐要早出700多年，但以後似乎並未推廣和流傳，顯然是由於製作的困難，因為一般人很難同時具備兩方面的條件——既能親自進行實地觀測，又能在製作中掌握好比例尺。南宋時，黃裳製作過木質的輿地圖；朱熹嘗試用膠泥製作，以後又企圖用八塊木板製作一幅組合的《華夷地圖》，並在木板上雕刻山水的形狀和高低，但沒有成功。

熙寧九年(公元1076年)八月，沈括在三司使任內奉命編繪《天下州縣圖》。儘管此後他仕途幾經周折，一度被降職流放，但從未放棄努力，終於在元祐二年(公元1087年)編成，正式定名為《守令圖》，次年上報朝廷。這套地圖包括“大圖一軸”(全國總圖一幅)，高1.2丈，寬1丈，比例尺約為1：40萬；小比例尺的全國總圖一幅，尺寸不詳；18個路(當時的一級政區)的分幅圖各一幅；副本一套共20幅；總共有40軸(幅)。這套圖到南宋時還存在，因為在鄭樵編《通志·圖譜略》時還列為“記有”(現存)一項，此後才失傳。有人認為，根據沈括繪製《守令圖》的時間、地點和他在完成編繪後定居鎮江等情況，以及阜昌七年(公元1136年(岐學上石的《禹跡圖》(現存西安碑林)和紹興十二年鎮江府學立石《禹跡圖》(現存鎮江市)的內容完全相同等事實來看，岐學上石的《禹跡圖》可能就是沈括《守令圖》中的那幅小圖。

在總結繪製《守令圖》的經驗時，沈括指出： 地理之書，古人有飛鳥圖，不知何人所為。所謂飛鳥者，謂雖有四至，里數皆是循路步之。道路迂直而不常，既列為圖，則裡、步無緣相應，故按圖別量徑直四至，如空中鳥飛直達，更無山川回屈之差。余嘗為守令圖，雖以二寸折百里為分率，又立準望、牙融，旁驗高下、方斜迂直七法，以取鳥飛之數。圖成，得方隅遠近之實，始可施此法。分四至、八到，為二十四至。以十二支、甲乙丙丁庚辛壬癸八幹、乾坤艮巽四卦名之。使後世圖雖亡，得予此書，按二十四至以布郡縣，立可成圖，毫髮無差矣。 (《夢溪筆談續編》卷三) 據此，他認為古人所謂“飛鳥圖”的實質，就是要像空中的鳥作直線飛行一樣，求得地面上兩點之間的直線距離，才能保證地圖的準確性。與裴秀的“製圖六體”相比，沈括取消了“道裡”，增加了“互同”。沈括將“道裡”看作地圖上的距離，以為有了比例尺後，圖上的距離自然就有了。至於他新提出的“互同”，很可能就是現代地圖測繪中使用的等高線標記。在註記州縣方位時，沈括將前人使用的8個方位擴大到24個，使各個地點的位置和相互關係都更為精確。