魏晋南北朝是中国历史上最为动荡的时代。但战争时间是短暂的,稳定仍然是主基调。在军事测绘发展史上,它上承秦汉发展的高峰,下启隋唐发展的辉煌。三国时代的刘徽提出的重差测量理论(包括汉代已经成熟的勾股定理)和西晋裴秀提出的制图六体构成了中国古代测绘的理论支柱,标志着中国古代测绘理论体系的形成。因此,本历史阶段在军事测绘发展史上堪称闪光的一页。

一、概　述

    东汉末年,军阀争战,形成了魏、蜀、吴三国鼎立的形势。三国时代,兵戈屡兴,战乱不止,其中发生了著名的官渡之战、赤壁之战。三国之后是延续了139年的西晋和东晋时期。西晋后期发生了混战16年之久的“八王之乱”。东晋偏安江左,北方则出现了“五胡十六国”的纷争局面。其间发生了桓温的两次北伐和晋军抗击符坚南下的淝水之战。公元420年开始了南北朝时期。南朝经历了宋、齐、梁、陈四个朝代。北朝经历了北魏、西魏、北齐、北周等政权交替和并存的时代。公元589年,隋文帝杨坚的军队攻占了陈都建康,宣告了南北朝时代的结束。魏晋南北朝时期先后369年,是中国历史上最为动乱的时代。但是总的看,战争的时间是短暂的,占主导地位的是稳定,当然是在分治下的相对稳定。
    这一时期的战争,在地域上与秦汉时期不同。秦汉时期多发生在边远地区,如秦始皇下岭南,汉武帝进军大西北。而魏晋南北朝的战争区域主要集中在长江和黄河流域。因此,人们对战区的地理、地形是基本了解的。但是,许多重要的图籍毁于汉末的战乱,搜集地图资料,并据此编绘地图,以供军用,成为当时军事测绘的重要内容。三国、两晋、南北朝时期的交战双方总体上呈现南北对峙的格局。因此,许多战争发生在江淮水网地区。这就促进了水军的发展,水战的规模和范围也日益扩大。三国时,吴国军队有战船5000余艘,大船可载将士600~700人,载重万斛。西晋灭吴时“戎卒八万,方舟百里”(1),制作的大船连舫,可载2000余人,在上面要骑马来往。水战的测绘保障,在江河区主要是运送军队和粮草的漕运路线的测量,如黄河、长江水道的勘测,开凿运河的测量;在海上主要是如何进行导航的问题。
    由于长期分治、对峙和战争,科学文化的发展受到一定影响。但是,包括军事测绘在内的科学文化还是按照自身发展规律开辟着自己的道路。最值得称道的是,中国古代测绘的基本理论就形成于这个时代。三国时代的刘徽在注释《九章算术》时,系统地提出了重差测量理论,连同汉代广泛使用的勾股定理,构成了中国古代测量的理论基础。晋代的裴秀在编制《禹贡地域图》的时候,总结前人的经验,提出了划时代的“制图六体”。“制图六体”成为中国古代制图学的理论基础,在这一理论指导下绘制的《禹贡地域图》成为后代制图的范本。此外,郦道元写下了地理巨著《水经注》,祖冲之推算出当时最精密的圆周率,虞喜在中国科学史上第一次发现了岁差。由此可见,魏晋南北朝时期是军事测绘发展史上的辉煌一页。

二、军事地图及其测制

1.军事地图
    魏晋南北朝时期是长期分治的多战争的时代,全国性的军事测绘受到限制,见诸记载的军事测绘多是区域性的。由于汉末朝廷收藏的图籍几乎全部毁失,所以搜集现有的军事地图,或者根据测绘资料编绘军事地图,成为这一时代军事测绘保障的一个特点。魏国在统一中国的战争中,计划先消灭蜀国,再消灭吴国。为了实现这个战略方针,“文皇帝(曹丕)乃命有司,撰访吴蜀地图。蜀土既定,六军所经,地域远近,山川险易,征途迂直,校验图记,罔或有差”(2)。这说明,在战前,魏文帝曹丕命令有司“撰访”了吴国和蜀国的地图。撰者,编写、编绘之意;访者,调查、搜集之意。也就是说,魏国在进军前编绘了吴国蜀国的军事地图。蜀国平定后,根据军队征途所见和勘测的记载,对已有的蜀国地图进行了校验和改正。西晋时,为了国家治理和征战,古代著名的制图学家裴秀主持编绘了《禹贡地域图》和《方丈图》。《禹贡地域图》和《方丈图》集中代表了这一时代的制图水平。
    《禹贡地域图》是裴秀主持编绘的地图集,是见诸记载的我国历史上第一部历史地图集。《晋书·裴秀传》记载:裴秀“上考《禹贡》山海川流,原隰(xi,低洼地)陂泽,古之九州及今之十六州,郡国县邑,疆界乡陬(zou)及古国盟会旧名,水陆径路,为地图十八篇”。《禹贡地域图》十八篇是以《禹贡》为线索,对照古代九州和晋代十六州的地理区划而编绘的地图集。《禹贡》是先秦时期的地理名著,是区域地理著作的先驱。
    由于年代久远,到了晋代,《禹贡》记载的山川地名变化很大,而且以讹传讹,谬种流传。裴秀在考证古今的基础上,弄清了历代郡国县邑的疆界变化和水陆交通的变迁,而后编绘出《禹贡地域图》。《禹贡地域图》分为十八篇,其构成可能类似当今编绘的全国地图集,即根据晋代的十六州每州为一篇,计为十六篇,另有两篇可能为全国图,也就是“此图集可能有总图二幅,一为古九州图,一为今十六州图”(3)。地图集的绘制应当代表了当时的制图高水平。裴秀在为地图集写的序言中提出了著名的“制图六体”。“制图六体”是我国古代制图理论的基础。地图集是按照“制图六体”绘制应当没有疑问。裴秀在青年时代,曾担任廷尉正,并作为参谋随司马昭南征司马诞,对军事地图在谋兵布阵中的作用是有深切体会的。在晋代初期任尚书令和司空(相当于宰相),又兼任地官职务,所以有机会接触和阅读朝廷秘藏的地图和资料,所以编绘地图集所依据的各种资料应是全面的可靠的。在晋代初期“惟有汉代舆地及括地诸杂图,各不设分率,又不考证准望,亦不备载名山大川。虽有粗形,皆不精审,不可依据”(4)。说明当时只有汉代留下的“杂图”,这些图没有比例尺,方位不准确,连名山大川也不全。《禹贡地域图》的编绘根本改变了这种情形,使得军事征战有了比较准确的地图可资利用。
    《方丈图》是裴秀主持的根据《天下大图》缩绘的地图。《北堂书钞》记载:“司空裴秀,以旧天下大图,用缣(细绢)八十匹,省视既难,事又不审,乃裁减为方丈图。以一分为十里,一寸为百里,备载名山都邑,王者可不下堂而知四方也。”这说明,在裴秀之前有人用80匹细绢绘制了《天下大图》。此图幅面太大,不便展示,所以裴秀按照“一寸为百里”的比例尺将其缩绘成《方丈图》。“一寸为百里”,按照汉制(晋尺比汉尺长4分)推算,应为1:150万左右。也就是说,《方丈图》可以挂在一面墙壁上。这样,朝廷的官员和军队的统领可以足不出户就能够在图上知道天下的名山、大川、城镇等地理形势了。可见,在裴秀时代已经掌握了地图缩放技术,这在制图学史上是一个重大进步。当然,《禹贡地域图》的编制和《方丈图》的缩绘不一定都要裴秀亲自动手,在其手下应该有一批熟悉绘图技术的测绘人员。郦道元所著《水经注》载:“京相王番与裴司空季彦(即裴秀)修舆地图,作《春秋土地名》。”京相王番应该是协助裴秀编制地图的知名人物。
    此外,南朝刘宋元嘉年间,礼部尚书谢庄制作了世界上最早的木制地图模型。《宋书·谢庄传》记载,谢庄“制木方丈,图各山川土地,各有分理,离之则州别郡殊,合之则宇内为一。”。这说明,此图为木质材料,大小为“方丈”,图上描述的山川地形条理清晰。此图由一块块图板拼接而成。不同图板上绘着不同州郡的地图,合起来就是一幅天下地图。由此知道,此图是木质组合地图模型,或是一幅木刻地图。东晋的道学家还绘制了《五岳真形图》。此图以晕渲法表示山脉起伏,是当今有立体感的晕渲地图的雏形。
2.制图六体
    在长期的制图实践中,中国的古代测绘工作者把个别的、片段的经验综合、分析和升华,逐步形成了中国的独具特色的制图理论框架和传统。在中国测绘历史上,最具代表性的制图理论框架是晋代的制图学家裴秀提出的“制图六体”。裴秀在《禹贡地域图》的序言中提出了划时代的“制图六体”。他说:“制图之体有六焉。一曰分率,所以辨广轮之度也。二曰准望,所以正彼此之体也。三曰道里,所以定所由之数也。四曰高下,五曰方邪,六曰迂直,此三者各因地制宜,所以校夷险之异也。”“制图六体”提出了制图必须遵循的基本原则。从晋代以后到明朝末年西方测绘技术传入中国以前的长时期中,“制图六体”一直是占统治地位的制图指导思想。
    “制图六体”的内涵,后人多有研究,有以下基本看法:
    分率,一般认为是指地图比例尺。裴秀说,分率是用来“辨广轮之度”的。李约瑟博士在《中国科学技术史·地学》中对此解释说:“它是把平行线之间的距离比作一些按车轮轮距的宽狭而形成的车辙。”换句话说,分率是在图上画若干等间距的平行线,然后去展绘地形要素,去体现比例尺。清代学者胡谓在《禹贡锥指》中说:“今按分率者,计里画方,每方百里、五十里之谓也。”这里称分率为“计里画方”,即用画方形网络的方法去计算里程,去定比例尺。“计里画方”与今天制图时画方里网不尽相同,但也有相通之处。
    准望,一般是指方位或定方位。裴秀说,准望是“正彼此之体”的。正,在这里是动词;体,指物体的位置。辨别和确定物体的相对方位,就是准望。清代学者胡谓在《禹贡锥指》中说:“准望者,辨正方位,某地在东西,某地在南北之谓也。”李约瑟博士也把准望看作确定方位的一种方法,他说:“画矩形网格(准望),这是绘出地图各个部分之间的正确相对位置的一种方法。”(5)怎样确定地物点间的相对方位呢?裴秀在文中没有详谈。结合分率和准望,这里作如下推想:按1寸的间距画矩形格网,图上1寸代表100里。图上的A点的位置已确定。从实测知道,B点在A点东南方向150里。怎样确定B点呢?已知图幅为上南下北方向,连接某个格网的东南到西北的对角线EG,过A作EG的平行线AM,在AM上向左上方截取1.5寸,即B点的位置。如此看来,用矩形格网固定比例尺和确定方位是相当方便的。
    道里及高下、方邪、迂直是指距离及对距离的改正。道里是指距离或测量距离。裴秀说,道里是确定“所由之数”的。什么是“所由之数”?胡谓说:“人迹经由之路,自此至彼,里数若干之谓也。……准望远近之实,必测虚空鸟道以定数,然后可以登诸图,而八方彼此之体皆正,否则,得之于一隅,必失之于他方,而不可为图矣。”可见,“所由之数”是指人们经过的路程。路程和水平距离并不相等。要把路程改化成水平距离,就是“定所由之数”。这里涉及到裴秀提出的3项改正,即高下、方邪和迂直。高下,类似于今天距离计算中的坡度改正。方邪,是指把人行路线中由于直角拐弯引起的勾股距改为斜距,类似于把直角三角形的两条直角边改化成斜边。迂直,就是把曲线距离改成直线距离。古人称这些改正是为了求“鸟道之数”———水平直线距离。“空中鸟飞直达,更无山川回屈之差”(6),所以“鸟道”是制图时必须的数据。使用改正了的数据,四面八方的地物点的相对位置才能被准确地展绘在图上,否则,顾此失彼,不可能绘出正确的地图。
    隋代科学家宇文恺制作“明堂图”城市建设木样,唐代的制图学家贾耽制作《海内华夷图》,都是师承“制图六体”。宇文恺在《明堂图议》中说:“裴秀舆地以二寸为千里,臣之此图用一分为一尺,……臣远寻经传,旁求子史,研究众说,总撰今图,其样以木为之。”贾耽在向皇帝献《海内华夷图》的奏表中称:“晋司空裴秀创为六体。……六体则为图之新意。”宋代的科学家沈括在制作《守令图》时说:“予尚为《守令图》,虽以二寸折百里为分率,又立准望、互融、傍验、高下、方邪、迂直七法,以取飞鸟之数。”“互融、傍验、高下、方邪、迂直”与裴秀的“道里、高下、方邪、迂直”都是为了得到“飞鸟之数”,所以沈括的“七法”与裴秀的“六体”并没有大的区别。元代的制图学家朱思本在制作《舆地图》时采取了计里画方的方法,先绘出分幅小图,然后再合并成一幅大图。朱思本制作的《舆地图》成为中国明清两代的重要范本,该图在具体的制作技巧上有创新,但仍然属于沿袭下来的中国制图传统。16世纪末,西方传教士利玛窦来到中国,带来了考虑地球曲率和采用经纬度的制图技术。这时以“制图六体”为代表的中国制图传统才面临新的挑战。可以说,在西方制图技术传入以前的1000多年间,“制图六体”一直是占统治地位的制图原则,它集前人之大成,开后世之先河,在中国测绘史上写下了光辉的一页。