【轉貼】考古遗存中的古代测量信息 秦建明
考古遗存中的古代测量信息 http://blog.sina.com.cn/s/blog_53de3f9a0100vifk.html秦建明
测量技术产生的很早，生活在尼罗河岸的古埃及人，由于每年河水定期泛滥，河谷的许多耕地都会被淹没，洪水退后，土地的界线遭到破坏，需要重新划界，为此，开始了古埃及的土地测量。在中国，汉代画像石上描绘悠远传说中的伏羲女娲形象，他们就手持测量用的规和矩；中国典籍里记有黄帝时制定历法的文字，而制定历法必须先进行天文测量。《史记》中称夏禹治水时：“左准绳，右规矩，载四时，以开九州，通九道，陂九泽，度九山”，可证在西元前二十世纪之前，中国人在水利工程中，已经运用简单的测量工具了。这些，都暗示东方测量同样产生的很早。
纵观数千年历史，无论中外，早期一些学科门类，诸如天文、地理、建筑、农田规划，水利等，都与测量有着千丝万缕的联系，如果没有测量，这些学科的诞生和发展是不可想象的。测量技术发展的历程，映射出人类对于周围事物和自然现象日益精密的认识，也基本显示出各个历史阶段科学技术发展的程度。测量是科学研究的基础，测量也是一种标准，是一种人和人间进行交流的特殊信息沟通手段，中国很早就建立了统一的度量衡制度。可以说，测量技术水平之高下，实为社会文明进步程度的一项重要标志。因此，研究科学技术史与社会发展史，无法回避有关测量的历史。
考古学是探索人类发展历史的一门学科，测量史应当是其研究的一项重要内容。考古遗存中有着丰富的古代测量资料，古代测量历史的探索，除通过文献研究外，我们还应当从考古方面汲取新材料，来进一步发掘和认识东方古代测量科学的内涵。
以下我们仅就一般概念上的测量，来探讨考古遗存中有关测量信息的一些问题。
考古是古代测量信息的宝库
与我们现在一样，古人在进行各种生产活动中，离不开尺度和测量，正如现代一项建筑有许多内容需要测量，同样，古代一座建筑也需要多种测量。因此，古人的大量遗存中，就不可避免携带有诸多测量信息。这些信息，不仅在测量科学研究上具有价值，而且对于探索古人的数学计算，文化与宗教意识等方面也具有不可忽视的作用。
考古遗存中保存的古代测量信息，十分珍贵。其存留形式和内容也形形色色。除了直接的测量工具如尺、重锤，表、矩、土圭、式盘与天文仪器之类外，在许多遗存中还间接保留有如古代的方位测量，直线测量、水平测量、垂直测量、角度测量、距离测量，机械加工测量等信息。可以说，中国丰富的考古实物与资料，是探讨中国古代测量科学技术史的宝库。
尺度是一切测量的主要基础，我国古尺度研究，已经从考古中获得了战国以来的诸多古尺实物，这些真正的古尺，通过测量获得的尺长，要比通过与文献计算来得准确，经与历史资料相校，学者基本掌握了周代以来两千多年间中国古尺度长短的变化。许多携带有尺度信息的古物也倍受重视。
方位与角度测量是测量学的主要内容之一，在一处考古遗址中，我们感兴趣处是其有无方位观念，如果有，则其方位取向如何，出于何种意识，还有其测量的精度如何，测量方法如何。以上问题，都可以通过对建筑遗址复测后分析探求。
方位与角度测量在天文测量中尤其重要，中国古天文测量有十分令人可喜的成果，中国古代建立自己的天球坐标系系统。其运用了北极出地高来表示天经，运用二十八宿距度来表示天纬，并有自己一套独特的三百六十五又四分之一的圆周角系统。这些测量信息，在考古中应当反映在古天文台、古代天文仪器之上。天文仪器中的浑仪的结构与现代的高射炮与经纬仪的结构非常相象，其制造安装对水平、垂直、分度都有很高的精度要求，其精度越高，测量出的天文数据精度也相应提高，制定的历法就更加精密。如河南登封测景台，其测影的“量天尺”顺南北子午线铺设，十分准确。并设有水平槽，保持水平精度。设在北京故宫中的日晷，其不仅有面南的方位精度要求，还有仰角大小的要求。中国古代曾产生许多高水平的历法，其测量技术非常值得研究。天文图的测量与绘制一直是学者们重视的研究内容，古代遗存中此类资料也为数甚多。
在地理测量方面，中国古代的地图很早就达到比较科学的水平，春秋战国时的著作《管子．地图》中说，当时的地图能获得“道里之远近，城廓之大小”，这样的地图必需有比例，可能已经采用了类似于平板的测量方法。我国出版了《中国古代地图集》等一批高质量的书籍。并对于马王堆汉墓与放马滩秦墓出土的古地图等进行了研究。如马王堆汉墓出土的《地形图》主要部分比例约为十八万分之一，其中深水流域特别精确，与现代测绘的水系形状接近，而且这一地区地形复杂，没有一定的测量技术，达到这样高的精度是不可能的。中国古代的方格计里测量法，在小面积测量中是非常精确的。
古人进行建筑和工程施工时，一般都要测量方位，决定其建筑的方向。
学者们早已发现，五六千年前的仰韶文化墓葬常常有很强的方位观念，大批墓葬都有固定的朝向。如陕西华县的元君庙仰韶墓地，葬者头皆向西，这不但反映了当时对方位的测量和重视，也反映出某种宗教观念。而仰韶文化后距今四五千年的龙山文化中，方位在建筑中更显示出其重要性。河南汤阴白营遗址中的井口为正方形，其四边正对东南西北四方；遗址里的房子，大多数门都向南，这种建筑在方位上进行安排的普遍采用，除了使我们知道古人对方位非常重视外，还反映出当时的建筑已经重视南向采光。山西襄汾陶寺遗址的墓葬发掘有一千多座，这些葬排列整齐，头皆向东南。
如通过对汉长安城、隋大兴城、明清北京城的中轴方位测量，使我们认识到当时的方位测量已经具有相当的精度。古人进行方位测量，可能使用天文方法测量，也可以使用磁法测量，在天文方法中，也有不同的手段，如采用日影、极星、营室星等技术测向。通过考古中的这类信息，我们也许能分析出其所采用技术手段。综合这类资料，我们还可以对历史上不同时代不同地域和不同文化集团，不同等级的建筑测量信息进行对比，了解他们的测量水平和对工程测量的重视程度。也可分析研究其所用测量方法及测量工具技术。
水准测量也是测量学的重要内容，中国古代的水利工程十分发达，其测量也必然相对具有一定的精度。在其工程设计前要测量地形，设计后，要测量工程，其水平测量就显得尤为重要。有些建筑也涉及到水准测量，如建筑的庭院排水系统，建筑的水平要求等。秦代的建筑水平测量精度很高，秦咸阳宫一号宫殿的地表处理，在四十多米长的范围内，水平误差在两厘米之内。而秦阿房宫夯土台基，规模宏大，东西长达１４５０米，建筑设计规范，我们从暴露出的夯层观察，夯层的水平控制达到了令人惊异的程度。
古代工程测量方面我国也进行了不少的探索工作，如对于中国古代建筑结构上的模数研究，对于都城建筑尺度大模数的探讨等，在河北平山发现的中山国墓地铜版兆域图，是我国迄今发现的最早的建筑工程平面图，图上的标注令人吃惊地显示出古代测量的高超水平。其已经有了绘图比例，制图也十分规范。
如对于古代机械加工的有配合要求的器物，铜车、弩机、天文仪器、铸造的范等。其机械加工测量也有研究的价值，精密的配合也必须要有精密的测量。有的器物如果仅运用铸造即可达于一定的精度，那么其模具的精度就必须控制好，也同样说明中国古代的科技水平。
王振铎先生研究复原的古代测量方位的一种工具－－司南，受到科学史界的高度推崇，他就是通过历史文献与出土文物综合研究而取得这项成果的。于此可见考古资料中测量信息的重要性。通过众多考古测量信息的汇集，与文献史料配合，将对重新认识中国古代测量史具有重要意义。总结中国古代科学技术的信息，不但可以从古人的伟大创造中看到我国劳动人民的聪明才智，增强民族自信心，也可从古代社会中科学技术的发展与测量的关系，总结科学技术进步需要的环境和必要条件，为现代的测量和科技进步服务。
通过古人对不同对象测量的重视程度不同，我们也可以分析测量方面反映出来的当时思想意识与文化特征等内容。
随着现代科学技术的发展，人类对于天体的长期运动变化；磁极的变动，对于地极的移动变化，甚至大地板块的直线运动，或旋转运动，对于黄极的变动，都进行更严密的观测。以求得出其规律性的变化特征。这些研究，往往需要进行长期的观测，甚至成千上万年的观测才能获得比较深入的结论。所以，对于认识到这一问题重要性之前的历史时期，人类的测量资料就成为空白，如果有古代的测量信息可资利用，则是十分难得的。天文方面已经有人注意到此类问题，古磁极变动的问题也在考古中得到重视，这些都是古代测量研究中的新领域。
重视记录和汇集古代测量信息
考古遗存中的古代测量信息的价值如此重要，但是，目前的现状是，诸多这方面的信息并没有被充分利用。并且考古界在对这些信息进行记录时也有一些粗疏，使得研究古代测量的时候许多资料无法利用。
要获得更多的更精确的古代测量信息，就必须重视在考古工作中记录和汇集有关古代测量的数据。
前已指出，中国古代许多大型工程，如都市的建设、水利工程、道路工程、军事工程、天文台等，都少不了测量工作，因此，在中国古代大型工程遗址的考古发掘中，一定要将考古测量工作认真地对待，取得科学的历史数据。考古中测量出的重要数据，有关部门还可以进行复核。对于古代器物的测量，也要建立测量规范，尤其是涉及到精密尺度的文物，如古尺、古量器、古代衡器等，古代精密加工的器具，象秦始皇陵出土的由数千零件组成的铜车马等，因为其中都携带有珍贵的古代测量和加工信息。
首先是认识考古测量的意义，其不仅仅是为考古一个部门服务，这涉及测量的精度与测量内容的取舍问题。
如古代建筑基础平面测量，清理时要尽量清出其四角等重要测量点位。测量时应达到一定的精度，如厘米级等。同时还要注意测量工具是否有变形，测量时尺是否水平，中间有无扭曲，有无下垂等。水平测量，要运用水准仪等有精度的工具。测量方位时，要选择准确的有意义基线实测，不能简单地定为南北或东西。在测量图上绘方位标时也不能马虎。
关于这一点，我们不妨多说一些，比如，在记录古墓或古建筑的方位角时，一般都未注明是真子午方位，还是磁子午方位，两种系统混在一起。我们知道，磁方位角因磁极的不断移动，从而会产生时间上的变化，因磁极与北极的不重合，也有着因地域的不同而导致的磁方位角变化，在中国域内，不同地点的磁方位角与真子午方位相比可偏东，也可偏西，其摆动范围较大。所以，以磁坐标进行考古遗址方位记录，是不方便的。从这个意义上讲，其准确性较差。我们建议，考古界统一运用真子午坐标来记录方位，当然，在测量时还是可以运用磁罗盘，只要查清当地当时的磁偏角后，在罗盘上进行校正，即可方便运用。
在进行高程记录时，也存在着这样或那样的粗疏。如某一墓葬封土今测高若干米，其起算点位于何处一般应当讲明，否则会带来一些不必要的麻烦。秦始皇陵的高度，考古资料中出现了差别很大的几个高度，就是因起算点不同而引起的。有些陵墓，墓脚有坡积物，陵墓顶部有侵蚀，在这样基础上测量的数据，就可能小于古代真正的高度。再如记录中标明墓深五米，准确地说，这一概念，应当是墓底距现存墓口的高度。这其中，有几处值得注意的地方：一是有人记录的可能是墓底至今地面的高度。二是这并不一定是古代墓葬真正的深度。
诸如此类的问题很多，如不圆的器物有最大径与最小径，从考古报告上可能只记录有一个圆径，让人误认为该器的形状很圆等等。我们在此提出一些只不过是想说明这一问题的严重性，及早制定考古测量和记录的规范，看来是不可缺少的一步工作。这一工作，不仅能提高我国考古测量的水平，也为其它学科综合利用考古材料提供了条件。
加强考古测量规范的制定
为了更好地认识和研究古代测量历史，必须在考古发掘中作好测量工作，以便保存与认识古代测量信息。但是目前考古界在进行考古测量时，往往只是考虑到考古科学本部门的研究需要，许多对于测量和其它学科有益的考古信息常常不被重视，很可惜地放弃了。这将会造成了不可挽救的损失。究其原因，是许多考古工作者还没有认识到这一部分资料的重要性，另一方面，则是考古发掘中关于测量的规范不严密。因此，除了提高考古队伍对于古代测量信息的认识外，也需要尽快制定关于考古工作中科学的测量规范。也就是增强测量的标准化程度，达到考古资源共享，为下一步的考古资源数字化打下基础。
从我国的实际情况出发，我们认为应当从以下几个角度入手。
一是考古测量中引入现代地理坐标，运用规范的国家出版的地形图。使考古工地的地图能纳入国家标准地图中，其地理坐标与国家地理坐标保持一致。
二是运用标准地形图，并测量考古工地的局部地形图，工地应设立测量基准，包括水平基准和平面坐标基准。基准应保持一定测量精度。在图上标出古代遗址遗迹与遗物的位置与其分布。
三，测量方位运用真子午线表示，如不得已，也可运用磁极方位，但必须注明该方位为磁方位。
四，同一考古工地的测量必须纳入同一测量系统中，不得分割为互不联系的两处或更多的系统。同一遗址的多次发掘，应当运用同一测量系统。在重要的、长期的，大型的工地上尤其要强调这一点，如古代都城的考古上，水利工程考古上，大型建筑群的考古上，都应当坚持这种要求。这样可以保证今后进行宏观的整体的大面积的古代遗址研究和复原不致发生困难。为此必需设置长期测量桩标。
五，逐步在考古工地开展全球卫星定位系统（ＧＰＳ）的利用，在重要的考古基地，应当与测量部门共同建立考古测量基准测量网。
六，在考古测量中，有许多值得重视的地方。如测量中，要注意不能以斜面的测量代表水平面的测量，不能以现墓葬深度代表古代墓葬深度。考古研究中，有些工地也应适当开展古代测量的分析。重要的建筑与工程，比如古天文遗址，考古测量要注意搜集用于测量研究的数据。必要时请有关方面专家共同研究测量内容与方法。
七．逐步建立考古图测量图图标规范，常用的尽量采用国标，考古专用者如墓葬、灰坑等可以设计学科中统一的规范。相邻学科或国际有近似内容者尽量与之接轨。地层剖面图也当与地质等学科相呼应。等等。
鉴于考古学科研究的内容越来越广泛，也日渐受到诸多其它学科的重视和利用。所以，为了便于交流与提高研究水平，不仅要统一考古学科内部的测量规范，也应当使考古测量与更多学科有共同的测量语言。
重视中国的测量考古研究
对于古代测量的研究，国内专家作出了许多开辟性的工作，取得了可喜的成就。我国对于古尺的长度及其历史变化进行过系统深入的研究，如其中在天文学古尺度方面的努力，促使我国对于古天文科学史的认识大进一步。古天文测量是国内研究得比较细致的一个领域，《中国古代恒星观测史》、《中国古代天文文物图集》中国古代度量衡等方面的著作都为古代测量的研究的工作打下了基础。王振铎先生《科技考古论丛》一书中对于司南与指南车、罗盘的考证复原，亦为时人所推崇，古代数学著作中有大量关于测量方面的资料，这些，也为数学史工作者发现，从中剔出不少珍贵信息。《中国古代地理学史》等则对于古代地理方面的测量进行了总结，等等。
但是仅此还不够，必需看到，有些研究者只是注重文献史料的研究，而对于包含着丰富古代测量信息的考古材料则尚乏重视。文献中的古代测量史料，有其珍贵的一面，同时也有其不足之处，如对于测量技术的细节记录粗糙，以及许多测量史料的缺失等。因此，目前尚不能比较全面地展示中国古代测量技术的发展历程，对古代许多测量技术的细节的认识尚处于模糊的境况。这些都需要通过考古资料中的古代测量信息研究对其弥补。除了科学方面的研究外，对于古代测量史料中反映的人文内容也缺少探索。考古学所研究的对象是古代文化，测量则是中国古代文化中的一大题材，既然测量理论和测量技术的进步，是推动人类文明进程的重要因素之一，那么，利用考古对于中国古代测量进行研究便无疑是我们的一项重要历史任务。所以要改变长期以来，考古界对此方面重视程度不足，和测量界对于考古材料利用不够的现象。
测量中的许多信息对于直接考古研究也大有用处，如在建筑群中发现两组不同方位的建筑，则有可能为不同时期不同体系的建筑。这类方法，还可以检验我们地层划分是否正确。
综上所述，加强中国古代测量考古研究，是我们当前的一项重要任务。目前我国展开测量考古研究的时机已渐成熟，我们应当逐步重视和开展测量考古，使有关科学工作者注意其重要性。对中国历史上能搜集到的考古测量资料渐渐汇集起来，可率先对于古尺度、天文测量、地理测量、工程建筑测量与机械测量方面进行研究。这些工作，不只是考古界或测量界单方面的事，应当由多方合作研究，方能取得大的突破。（取自《秦建明考古文选》）
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