秦汉是大统一的封建王朝,是中国古代科学技术发展的第一个高峰期,也是古代军事测绘奠定基础的时期。军事测绘技术有了跨越性的发展,并初步形成了体系。

一、概　述

    公元前221年,秦始皇统一六国,建立了中国历史上第一个统一的中央集权的封建国家。汉代是继秦之后大一统的王朝。秦汉400多年间,大规模的战争有7次,包括秦始皇进军岭南、蒙恬征讨匈奴、陈胜和吴广领导的中国历史上第一次农民大起义、楚汉战争、汉武帝北征匈奴、刘秀领导的汉王朝的复国战争以及汉末黄巾大起义等。秦汉战争与先秦战争相比有明显的特点。首先是战区远远超出了中原。秦汉战争所及,南到珠江流域乃至今越南北部,西至天山南北乃至中亚的费尔干纳盆地,北达今蒙古的抗爱山,东北至朝鲜半岛。长途跋涉到陌生地域作战,不但需要了解和勘测地形,而且需要开辟军事交通路线。同时,军事进攻与防御并重,修筑了宏伟的军事防御工程如秦汉长城。其次,骑兵集团成为作战的中坚力量。秦始皇北征匈奴时就重视骑兵的远距离突击作用。楚汉战争时,车骑并重,骑兵成为平坦地区作战的主要力量。汉武帝北击匈奴和开辟西域时,主要依赖骑兵。骑兵集团的运用需要勘测行进的道路和便于骑兵作战的战场。第三,基于地理条件的用兵谋略得到了充分发展。秦汉时期一场大的战争,历时数年,跨越数百里、上千里,用兵数十万、上百万。战争进程中,在广阔的战场上如何调遣兵力,不同的作战阶段如何衔接,不同的作战方向如何协调,这都为包括地利谋略在内的谋略的发展提供了用武之地。可见,秦汉战争在更广阔的领域里和更高层次上对军事测绘提出了更高的要求。
    中国古代科学技术发展到秦汉时期已经初步形成体系。在这种背景下,军事测绘技术也取得了长足的进步。在军事测绘管理上,采取了集中的制度化的管理。军事地图测绘受到重视。秦代编绘了囊括全部疆域的《秦地图》。汉代绘制了舆地图、地形图、城邑图和驻军图等不同的图种。马王堆西汉墓出土的帛地图代表了秦汉地图的制作水平。军事工程如闻名中外的万里长城、四通八达的驰道、用于军事运输的运河,以及黄河的治理、大型宫殿和陵墓修筑等,其中的工程测量已经达到了空前高的水平。军事测绘技术也有了跨越性的发展,并初步形成了体系。成书于汉代的《周髀算经》和《九章算术》集中代表了秦汉及其以前测量数学的主要成果,系统地概括了长度测算、高度(深度)测算、面积测算、体积测算的方法,总结出勾股定理应用的多种形式。在天文测量中已经出现至今仍然使用的地平坐标系、赤道坐标系和黄道坐标系。在对天体和地球形状的认识上,出现了盖天说、宣夜说、浑天说三种并列的学说,其中浑天说集中代表了汉代天文观测的最新成果。在度量衡逐步标准化的基础上,测长、测高、测深、测角、测向、测时及测天的测量工具和设备更加准确了。不仅常用的尺、丈、日晷、漏刻制造得更加精细,还出现了测量标石以及滑动卡尺、水运浑天仪这样的比较先进的设备。

二、军事测绘管理

    《汉书·百官公卿表》对秦汉时期的国家制度和职官设置概括说:“自周衰,官失而百职乱。战国并争,各变异。秦兼天下,建皇帝之号,立百官之职。汉因循而不革,明简易,随适宜也。”这就告诉人们,西周的职官设置是近乎完备的。自从周朝衰败,官制就乱了。战国时期,天下纷争,各国的职官设置差别很大。秦始皇兼并天下后自称始皇帝,建立了封建社会的国家制度和设置了掌管各种事物的职官。汉代初期,为了简便易行,承袭秦代的职官设置。到了汉武帝时期,职官设置有较大的改革。王莽执政时期,官制复古。东汉时期,职官设置大体沿袭西汉。秦汉时期的军事测绘管理的沿革也与之类似。
    秦汉时期,丞相(又称相国)是辅助皇帝日理万机的百官之长。在战争年代或有重大战事,丞相是重要的谋划者。所以,他们对地理形势的研究和地图的测绘、搜集都很重视。《史记·萧相国世家》载,刘邦攻入咸阳时,诸将都争抢金帛财物,“(萧)何独先入收秦丞相、御史律令图书藏之。……汉王所以具知天下厄塞,户口多少,强弱之处,民所疾苦者,以何具得秦图书也”。这些图书存放在丞相府、御史府,萧何把这些图籍收藏起来,所以刘邦才能够全面地了解了天下的军事关塞、人口等。汉初,修建了石渠阁存放萧何收藏图籍。《汉书》卷四十二记载,张苍在秦代为御史,“明习天下图书计籍,又善用算律历”,所以在萧何为丞相时,张苍就在相府负责各地上报的奏章和图籍。后来张苍迁任御史大夫,又当了十多年丞相。他在任内曾组织天文测算,修正历法,并“吹律调乐,入之音声,及以比定律令”。这说明秦汉丞相大都重视测绘管理。而在朝廷里具体管理测绘的职官是御史大夫。在西汉时期,御史向皇帝报告舆地图的修改情况,通常要选择吉祥的日子,采取一定的礼仪。舆地图不但用于行政区划、分封、贡赋、外交等方面,也用于军事。《汉书·淮南王传》记载,淮南王反叛朝廷,日夜在舆地图上研究兵力部署。朝廷主管军事的职官是太尉。西汉时,丞相、御史大夫和太尉合称三公,是国家重臣。到了东汉时期,太尉位列三公之首。类似丞相府和御史府一样,在太尉府也应该有具体管理测绘的官吏。
    秦汉时期,重大战事一般由皇帝临时任命统帅,如秦始皇派史禄率楼船军进军岭南,派蒙恬北击匈奴,汉武帝派李陵讨伐匈奴等。汉代统领军队的大司马(或大司马大将军)的属下都设了主管军事测绘的职官,并组织了战时的测绘。史禄在率领楼船军南下时,在湘江的上游测量修筑了灵渠,与珠江水系沟通起来,从而开辟了南下道路。从灵渠的位置选定、设计之巧,说明随军一定有精通测量的职官和工程技术人员。汉将军李陵进军大西北,“举图所过山川地形,使麾下骑陈步乐还以闻”(1),这证明在李陵属下也有随军测绘人员,这些测绘人员在行军途中测绘了征途经过的山川地形,以便回军时不迷失方向。东汉时,岭南的交址反叛,伏波将军马援的楼船军“缘海而进,随山刊道千余里”(2),最后消灭了今越南一带的反叛势力。马援军队沿着海边,随着山势,开辟了千余里的进军路线。在开路的过程中,应该有测量职官组织测量、选线和施工中的测量活动。

三、军事地图及其制作

    地图是疆域的缩写,是皇权所至的象征。秦始皇统一天下后,就汇集原六国的测绘资料,编绘了囊括全部疆域的《秦地图》。《秦地图》有图有记,堪称天下之图。据《史记·秦始皇本纪》记载,秦始皇陵墓“以水银为百川江河大海,机相灌注,上具天文,下具地理”。这说明秦始皇陵墓内有一个地理模型,上部有日月星辰等天象,下部有用水银表示的江河大海,并用机械推动,形成循环流动。这是见诸记载的最早的地理模型。汉代,为了国土管理和军事征战,绘制了舆地图、地形图、城邑图和驻军图等不同的图种。舆地图即天下之图,“谓地为舆者,天地有覆载之德,故谓天为盖,谓地为舆,故地图称舆地图”(3),也就是以汉代疆域为中心的当时已知世界的地图。西汉时,张骞出使西域,他耳闻、目睹、手记,对西域诸国的方位、距离一一作了记述,回来后“具为天子言其地形所有”(4)。因此汉代舆地图应该包括汉朝周边地区。地形图是反映地表自然环境和人文环境的多种要素的图种,马王堆西汉墓出土的地形图就是它们的代表。地形图的内容大体包括河流、山脉、道路、居民点、湖泊、海洋等。现在所见到的地形图是区域性的,具有很大的实测成分。城邑图是城市平面图,从军事角度看,它是军事工程图的一种。马王堆出土的城邑图上绘有城垣、城门、城堡、街道、宫殿、庭院等,并且用不同的色彩标绘,使人对城市规划、布局、结构、布防情况一目了然。驻军图是军事布防图。马王堆出土的驻军图是现存的做工精细的秦汉军事地图实物。汉代还有与驻军图类似的军阵图,军阵图应该包括军事攻防和阵势演练的内容。在制图学史上,秦汉时期是中国古代“制图学的肇始时期”(5),是军事地图的制作进入了比较成熟的时期。关于军事地图的测绘技术和方法,从马王堆西汉墓出土的3幅地图实物中,可以知其大概。
    制图材料。选用什么样的制图材料是反映制图水平的重要方面。在远古时期,曾用青铜铸造了《九鼎图》。青铜地图便于保存,但难以精细,所以《九鼎图》更具有象征意义。在竹简上书写文字的周代,出现了在木版上绘图的放马滩地图,证明了用木版绘图是可行的。但是木版地图便于悬挂,不方便收藏。秦汉时期,找到了便于绘图、使用和保存的绘图材料是丝织品。《周髀》所载的七衡图是绘在缯上的,缯是丝织品的一种。马王堆出土的地图是绘在帛上的,帛是丝织品的总称。放马滩汉墓中出土了一幅纸质地图的残片,再联系到汉代发明了造纸,应该说,汉代出现纸质地图是合理的。这样,到汉代,中国已经经历了传统制图材料发展的主要过程。
    地图比例尺。先秦时期,人们就有了比例尺的概念。管子把在地图上反映“道里之远近,城郭之大小”看作“地图之常”(6)。出土的战国时期的放马滩木版地图上,注记着里程,实地距离远的,图上的线段就长,反之便短,这说明制图者在头脑里有明确的相似比。秦汉时期,在制图中已经比较科学地按比例尺测图了。有专家对马王堆出土的地形图和驻军图作了考证,确认驻军图的比例尺为1:8万~1:10万,地形图的比例尺为1:17万~1:19万。按照汉代的长度量值(1里相当于1500尺)作相应的换算,图上1寸相当于实地10里。用现在测绘的相似比例尺的地形图对出土的地形图进行透明套合比较,证实汉代地形图的中心部分相当准确,边缘部分误差较大。同一幅地图应用比例尺不均匀,可能与测量情况有关,即图的中心地区经过实测,而边缘部分是估测的。《周髀算经》也有关于应用比例尺的记载:“七衡图,凡为此图,以丈为尺,以尺为寸,分一千里。凡用缯方八尺一寸。今用缯四尺五寸,分为二千里。”这里说的是制作七衡图应用比例尺的情况,大意是说,如果图上1分代表实地1000里,绘制直径为81万里的太阳轨迹图要用缯8.1尺,如果图上1分代表实地2000里,绘图用4.5尺缯就够了。至于在图上确定比例尺的方法,可能是用划平行线和方格网的方法,即后世所说的计里画方的方法,依据是东汉的科学家张衡所著的《算网论》。
    色彩运用。秦汉地图有单色图,也有多色图。单色图一般为黑色,是当时比较流行的品种,如马王堆汉墓出土的地形图。而出土的驻军图和城邑图则是色彩鲜艳的多色图,即都是用黑色、红色和蓝色三种颜色绘制的。驻军图为了突出其特别的用途,用醒目的红色表示驻军名称、设防位置、防区界限、城堡、要塞、烽燧等,或用黑色和红色的套色(如对大本营)表示,而用淡调的蓝色表示山脉、河流等。这样,色彩层次分明,在淡色的背景下,突出了主题内容。这说明,秦汉时期已经掌握了彩绘技术,色彩的运用也比较得当。
    数学精度。地图的数学精度取决于测量精度和绘图水平。一般说,根据实测数据并采用科学方法绘制的地图,其数学精度就比较好。有专家用今测地图与马王堆汉墓出土的地形图进行套合比较,证明地形图中心部分的精度已经相当高。首先是平面位置准确。主要居民地如营浦、南平等位置与今测图极为接近。其次是地貌、地物形态相似。河流骨架与今测图大体一致,比如图面上最大的水系深水的平面图形、河流流向、迂回弯曲、主要交汇处的图形等,与今测图基本相同,有的地方则完全套合在一起。山脉的走向、九嶷山的峰峦位置也与今测图相似。驻军图情况与地形图类似。由此推断,秦汉军事地图的绘制应该是以实测的结果为基础的。而地形图的边缘部分特别是敌国区域不够准确,其原因可能是未能取得实测结果所致。尽管秦汉地图的数学精度不够均匀,但我们仍然有理由说,秦汉地图已经脱离了远古地图的写意性,向着精细制图迈进。
    要素表示。地形图上有自然要素和人文要素,军事地图上还有军事要素。用什么方法表示要素是衡量制图水平的重要方面。驻军图使用专用符号、图形并配合色彩和注记来表示军事要素。比如防线上前沿哨所、通报敌情的烽燧用实心的三角形表示;前线指挥部用不规则的长方形表示;大本营的符号为等边三角形城堡式,城堡上有城垣和城楼,并用黑红双色绘制,从图形分析,大本营可能设在一个三角形的城堡内,有5座城楼或岗楼分设周围,此符号设计可能采用的是写实手法。专用符号的出现为军事标图方法的发展开辟了道路,今天表示军事要素的手段之一仍然是使用符号,只不过符号设计得更科学、更精细罢了。此外,为了区别相同符号所代表的事物的不同意义,又用注记加以说明。地貌的表示采用闭合曲线和地形符号。这在制图学史上是一个重大进步。我们知道,用等高线(连接高程相同的点形成的闭合曲线)表示地貌始于19世纪初,是沿用至今的表示地貌的主要方法。秦汉地图上的闭合曲线已经具有等高线的意味,说明中国是用等高线表示地貌的最早的国家。用曲线辅之以符号(如晕线、柱状体)的表示方法今天仍然在使用,如雨裂、陡坎符号与曲线配合来表示特殊地貌,这说明秦汉表示地貌的思路和方法已经比较先进。水系的表示使用粗细不等的曲线和专用色彩。地形图所在的湘南地区,河流纵横且长短宽窄不一,为了表示这些差别,宽的河段用粗线,窄的河段用细线。主流使用粗线,支流使用细线,从而把水系的主从关系区别开来。道路则用虚实曲线表示。驻军图上的道路用红色的虚线表示。地形图上的大路用实线表示,乡间小路用虚线表示。用实线和虚线来区别大道和小路也是今天道路表示的基本方法。居民地用形状不同、大小不同的符号如矩形、圈形符号表示。地形图上凡县级的居民地用矩形,乡里级的用圈形。同级的居民地,面积大或人口多的用相对大的符号,现在,在小比例尺地图上居民地(如大城市)也是用符号表示的,这种比较科学的方法至迟在汉代就出现了。