20.3　国家测量工作

20.3　国家测量工作

18世纪确立了现代测量学的基本原理，这个理论体系从整体到部分构成了一整套严密的三角形几何学框架，然后再将对角度和距离进行局部观测所得的地形细节充实其间。这一系统只需进行一项直线长度的测定作为原始基线，所有三角形只要测出其角度，就可按球面三角学计算其边长。测量中，可通过天文观测来确定各主要测定站的纬度和经度，从而对其在地球表面准确定位。

法国是运用这类方法全面完成地图绘制的第一个国家。1679—1681年间，由皮卡尔和拉伊尔（P.de La Hire，1640—1718）对海岸线进行的天文定位，使得他们能够重新绘制法国经过修正的轮廓（图330）。此举暴露了老地图中经线的误差，其中大西洋海岸线偏西达1.5度，而南部纬线的误差则偏南约0.5度。

根据校正在《法国海洋》（Neptune françois）海图集上发表的海岸线测量结果的这些地理位置的测定（边码615），促使皮卡尔在1681年提出了对法国进行三角测量的方案。1700—1718年间，J.D.卡西尼父子进行大地测量作业，得出了一条沿着巴黎子午线并从北部敦刻尔克到南部鲁西永的三角测量网。1733—1740年间，卡西尼·德·蒂里、马拉尔迪（G.D.Maraldi，1709—1788）等人实施大地测量作业，以对早期观测的子午线1度的长度进行校验，其三角形沿着巴黎子午线的垂线并绕法国的海岸线和边界线分布。到1745年，法国的轮廓是由19条测定基线形成的将近800个三角形组成的网“包围”起来的。当时，绘制法国地图所必需的大地测量和三角测量的数据已经具备。2年以后，卡西尼就接受了绘制整个王国地图的王命。至1783年，正当卡西尼的《法国的几何学描述》（Description geométicque de la France）出版之际，由4万个已测得的三角形组成的二等三角测量网和填入其中的地形测量细节也已经完成。在1756—1793年间，厚达182页的比例尺为1∶86400的《卡西尼地图》（carte de Cassini）出版。1818年法国又开始了新的测量，至1878年完成了比例尺为1∶80000的一级国家地图（carte de l'État—Major）。

1748年，卡西尼曾在佛兰德进行过“几何学”测量，并将沿巴黎子午线的三角测量网与1615年斯涅耳（Willebrord Snell，1591—1626）在荷兰实施的三角测量网联系起来。1762年，他得以沿着巴黎子午线的垂线进行三角测量，向东远达维也纳。21年后，他向英国政府提交了一份备忘录，建议进行从伦敦到法国海岸的三角测量，以确定巴黎与格林尼治两地天文台之间的纬度和经度差异。这项任务由皇家学会指导，罗伊具体实施，后者一直支持“依靠政府经费对英伦三岛进行普测”，并曾在1783年观测过伦敦周围的一系列三角形。罗伊的基线是1784年在豪恩斯洛用玻璃测杆测定的，其误差只有1/158000［相当于全长27404英尺（5英里多）误差2英寸左右］。在延迟了3年以后（此时拉姆斯登已制成了他的3英尺经纬仪），罗伊在1787年利用“白光源”作为信号，对从多佛尔并穿过海峡到达法国的海岸线进行了一等三角测量，并在罗姆尼湿地测定了供核对用的基线（图331）。

罗伊的测量是在英国进行的首次精确的三角测量，他认为这也是“英伦三岛全面普测的基础”。1791年，英国地形测量局局长里士满公爵（Duke of Richmond）制定了管理条例，以便能继续进行三角测量，并按军事测量员熟悉的1英寸比1英里的比例尺（1∶63360）制备全国地图。这次测量工作装备了两套拉姆斯登制造的100英尺的钢链，用于进行基线测量，另外还配备了由罗伊制造的一台新的3英尺经纬仪，用于观测“大三角形”。各二等三角形则采用拉姆斯登、特劳顿（Troughton）和西姆斯（Simms）制造的一些小型经纬仪观测，测量轮和圆周仪轮换使用，按2英寸比1英里的比例尺进行野外测量。到1825年，整个英格兰和威尔士都已经过了三角测量，而且除了北部6郡以外，已全部绘制了地图，对苏格兰的三角测量也接近完成。1799—1820年，在测量部主任马奇（William Mudge，1762—1820）的主持下，工作人员利用拉姆斯登制造的带有8英尺望远镜的天顶象限仪，测定了从怀特岛的邓诺斯到约克郡的克利夫顿的子午线弧段。这项十分精确的测定，尽管对于地球轮廓的测定并没有决定性的作用，却给出了子午线的平均曲率，为绘制1英寸的地图提供了基础。实际上，所有各主要测定站的纬度和经度，都能够以格林尼治子午线为基准进行计算，而且只要这种测定“从已测定的子午线向东或向西延伸60英里”，就可通过观测北极星离天极的东西大距，测定选定站的“子午线方向”或地平方位。与法国的测量工作有所不同，马奇的三角测量不是由若干狭窄的带或链构成，而是从英格兰东南部以网状向全国逐渐扩展。对于地面三角形，最早使用的“能够测出球面角盈”的仪器，就是拉姆斯登制造的“大经纬仪”，这种仪器还特别注意到了地平面附近与温度、大气压和风力相关的各种折射作用。

1825年，英国国会下令将英国地形测量局的资源移交给爱尔兰的地籍勘测部门，以6英寸比1英里的比例尺（1∶10560）作为土地评估的基础。在1826—1832年间，工作人员用科尔比的补偿校准测杆（边码601）测定了拉夫福伊尔的基线，并进行了较大范围的三角测量工作。对于长达102英里的特别长的线的观测，可以采用德拉蒙德（Thomas Drummond）发明的光信号器——定日镜，也可以采用太阳反射器或以及灰光灯。

这次较大规模的爱尔兰测量在实施过程中引入了一些重大的变革以提高精确度。在野外测量时，链测法替代了导线测量。自1839年起，对高度的测量是以都柏林湾的低水位数据为基础进行的水准测量。当时对垂直角度的观察方法一直不很精确，单凭这些方法也不能像水准测量那样轻易地连续显示地势和斜度，而以水准仪测出的高度系列则能够方便地以等高线进行标绘。爱尔兰的地图都是根据《卡西尼地图》中采用的直角坐标系统投影的，其原点是选定的中央子午线和与其成直角的大圆相交的交点。呈弧形汇聚的各条子午线在地图上是以平行的直线标绘，因而除了中央子午线外，沿其余各条子午线在南北两端的比例都被夸大。尽管卡西尼绘制的全国地图是以巴黎子午线为基础的，爱尔兰的测量员绘制的各郡地图却以与之相应的中央子午线为基准，从而减少了偶然误差。

1838年，苏格兰的测量工作重新开始，到1852年终于完成了英国的一等三角测量网（图332），其依据是用科尔比的装置测定的两条基线，经4条检验基线进行验证。在那些大三角形中，有66条边的长度超过80英里。核查显示，此项工作的精确度相当高，由350英里远的拉夫福伊尔基线计算所得的索尔兹伯里平原的基线长度与其实测的长度之差仅为5英寸。(https://www.daowen.com)

对英格兰北部和苏格兰进行的测量工作根据在爱尔兰采用的方法进行。野外测量采用6英寸比例尺，并缩尺绘制1英寸比例的地图。6英寸比例的大不列颠地图开始出版，1843年首张苏格兰地图问世，1846年发行了英格兰地图。这批6英寸比例的英国地图与爱尔兰地图一样，也是以“郡地图”的形式发行的，每幅地图都根据各自的中央子午线绘制。以利物浦的高水位和低水位确定的平均水准面数据为基准的英国的一等水准测量，是在1840—1860年间完成的，而其6英寸比例的地图则与爱尔兰的地图一样，是大约自1843年起绘出等高线。

其他一些欧洲国家都是以法国和英格兰为原型，在同样的推动力下，着手进行了全国性测量。科学家们认识到，对于地区性地图的野外地形测量工作，必须先进行三角测量，并且要通过对子午线或其他大圆的长弧段进行测量以建立大地测量基础。在一个几乎是连年战争的时代，各国政府都意识到，在政治和军事情报方面都离不开精确的地图。他们在18世纪和19世纪新进行的全国性测量工作，都采用了法国和英国的方案和技术程序。在这一时期，欧洲地图测绘工作的进展情况列述如下，这也是开始使用一等三角测量法的一段时期：

1750—1775年：奥地利—匈牙利、意大利北部、勃兰登堡、蒂罗尔、丹麦、瑞典。

1775—1800年：比利时、汉诺威、挪威、萨克森、意大利南部、葡萄牙。

1800—1825年：荷兰、普鲁士、巴伐利亚、巴登、黑森、符腾堡、俄罗斯。

1825—1850年：瑞士。

在欧洲以外最早实施三角测量的是印度。1763—1777年间，伦内尔（James Rennell，1742—1830）在孟加拉采用沿路线导线测量法（route-traverses）进行测量，并根据纬度和经度的观测作了校正。由兰布顿（William Lambton，1756—1823）1802年在马德拉斯附近测定的一条基线，开始了当地的三角测量工作，其目标是测量子午线的弧度。到1840年，已对从科摩林角延伸至喜马拉雅山的占纬度20度的“大弧”进行了三角测量，在次大陆从东到西横贯了一连串的三角形。这些测量工作为印度的大三角测量工作提供了一个框架。