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認識測量學

認識測量學

 認識測量學

埃及人叫他們做「拉繩人」。是什麼人呢?他們從事的是古埃及的一種行業。每年尼羅河泛濫以後,「拉繩人」專責重新豎立標柱,定出土地界限,方便評稅。他們是現代測量員的先驅。

今天,我們在高速公路兩旁、在建築工地周圍,常常可以看見測量員。也許你想知道:「究竟測量是什麼一回事?」

《科學與技術畫報》(英語)指出,「測量有兩種主要功能:(1)量度現存實物的尺寸,記錄它們的位置,用所得的數據來繪製地圖;或者反過來,(2)以這些測量記錄或地圖為根據來確立地標,用來控制範圍,或督導建築工程進行。測量就是測定或標出地面上、地底下,甚至天空裡各個定點的位置」。

測量學發展史

看來,伊甸園是最先被勾劃出地理界線的土地。聖經還指出,以色列早有測量員。他們替人劃定產業範圍的界限,用來確立業權。箴言22:28說:「你祖宗在古時所定的地界,你不可挪移。」古羅馬甚至有一個以界石為記,專司地界的神,名叫忒耳彌諾斯。

古羅馬帝國的溝渠和道路許多至今猶在。從這些遺跡,可見古羅馬人的測量技術成就已相當了不起。雖然資源有限,古代測量員的某些成就卻殊不簡單。早在大約公元前200年,希臘天文學、數學兼地理學家厄拉多塞就把地球的圓周算了出來。

公元62年前後,亞歷山大的希羅(又名赫倫)在《丟番圖》一書裡,說明了怎樣在測量工作上應用幾何學。幾何學的希臘原文,直譯就是「測量土地」。公元140年到160年間,克勞狄·托勒密根據喜帕恰斯創立的方法,用經緯度標明了當時世界各地,大約八千個地理位置。

到了18世紀,卡西尼家族窮祖孫四代之力完成法國首次的國家科學測量,製成了《卡氏地圖集》。《寰宇形狀》(英語)解釋:「在科學繪圖技術方面,法國獨佔鰲頭,英國僅次於法國,接著是奧地利和德國。19世紀初,歐洲的其餘國家也掀起了國家測量的熱潮。在歐洲以外, 印度為了繪製完整的全國地圖,在1817年展開了印度大三角測量。領導這次測量工程的是喬治·埃弗里斯特(George Everest)。世界第一高峰(珠穆朗瑪峰)的英語名稱後來也以他的姓氏命名,直譯為埃菲爾士峰(Mount Everest)。

這些早期的測量員,在印度進行大三角測量時,曾面對十分惡劣的環境。《印度測量歷史紀錄》(英語)透露,至1861年,熱病為禍測量隊,據說七十人中只有一人能返回英國。其他測量員就要抵抗野獸的襲擊,或者要長期忍飢抵餓。可是,儘管險阻重重,對戶外工作的熱愛、對高度自主工作的嚮往,叫測量員決不輕言放棄。

一群稱為夫子的印度學者,在尼泊爾和西藏完成了一個艱巨的任務,叫他們名垂青史。由於這兩個國家不歡迎外來人,測量員於是喬裝喇嘛,混入境內。他們操練自己的步幅,每人精確地控制步矩:每二千步等於一英里。他們各拿一串有百粒珠子的念珠,沿途數算自己的步伐,然後計算路程的距離。

許多名人都曾在測量工作上略有參與,其中包括前美國總統華盛頓、杰斐遜和林肯。有些人甚至認為林肯總統的政治成就部分歸功於他的測量工作,因為這工作讓他有機會親近同胞。

測量學在今天

今天常見的土地測量可以分為三種。第一種是法定測量,又稱地籍測量,用於測定地產界線。每逢需要劃地蓋房子,或政府要修橋築路,土地測量員就得參與土地分配和繪製法定平面圖的工作。

另一種稱為地形測量,用於測定土地的大小、形狀和坡度,也用來記錄其他地貌特徵的位置,例如有關的道路、圍欄、樹木、建築物和水電設施等。發展土地時,有了這些精確的地形數據,土木工程師、建築師、結構工程師和其他專業人員就可以繪製工程設計圖,在有需要的時候,也可以把設計跟土地周圍的特徵配合。

設計圖、批文、工程圖和其他都準備就緒,可以動工了。不過還有問題要解決,哪裡才是工地施工的正確位置呢?在這個階段,經過工地的人時常看見測量員進行第三種的測量工作,就是施工測量。測量員在工地設標定位,為建築工人劃出重要的點線和高度標記,確保一切設施、道路和其他項目的施工位置完全符合工程圖的指示。

 量度範圍不超過19公里的小規模測量叫做平面測量。作較大地區的測量,地球曲率必須考慮,大地測量就派上用場了。大地測量通常跟國家坐標系統掛鉤,跟國家的經緯度互相配合。 *這種測量要求極高的準繩度。

現代測量已應用特別設計的衛星系統,稱為全球定位系統。測量員只須手持輕便的儀器,就能很快知道自己在地球的精確位置。還有一些測量技術是我們平時也許不會注意到的,其中包括攝影測量,利用裝置在人造衛星上的特殊攝影機來拍攝地形照片;還有海道測量,測量河流、湖泊、海洋等水體,定出岸線、水深和水道流域的地形。

測量學與你

舉個例子,美國加利福尼亞州金門橋在1937年啟用。1991年,政府給金門橋重新測量,記錄橋的準確位置。如果有地震發生,橋梁一旦擺動,專家就可以計算出橋所承受的壓力,然後採取相應的補救行動以確保金門橋結構穩固,保障公眾安全。看看另一個小規模的例子,美國佛蒙特州一個滑雪場,測量員也受聘去改善雪道的安全水平,使賽道達到國際級要求。

此外,中國當局正利用人造衛星測量技術,監察境內的地殼變動,希望能減少地震造成的禍害。 *還有,不論是你現在擁有的那座房子,你駕車經過的那條道路,你上班的那幢辦公大樓,還是你上學的那所學校,在它們建築的階段,測量員很可能都出過力。

測量員實實在在跟我們的生活息息相關。從最早的拉繩子,到現在的人造衛星,一直以來他們都致力於幫助我們了解這個複雜的世界,也為這個複雜的世界增添秩序。只要我們繼續有新建設,只要我們繼續探索在我們頭頂上和腳底下的世界,我們就肯定須要測量員幫忙。所以,下次當你見到路邊有測量員埋頭苦幹的時候,你應該會對他們有多一點認識吧!

[腳注]

^ 17段 關於經緯度的資料,見《警醒!》1995年3月8日刊,「實用的假想線」一文。

^ 21段 詳情請參閱《警醒!》1996年5月8日刊,「火山——你正受威脅嗎?」一文。

[第22頁的附欄或圖片]

精密儀器

電子測距儀——把特殊的反射鏡放在目標測量點,儀器會發射出電子波或脈衝信號,由鏡片反射,再由儀器接收,這就可以計算出測量點和儀器之間的距離。

經緯儀、全站儀——經緯儀(左)是量度角度的儀器,內置顯微鏡,利用透鏡、內反射鏡和稜鏡的組合,把角度大幅放大,在經緯儀上顯示出來。有些比較精密的經緯儀可以讀到小至1弧秒的度數,等於把圓形分割成129萬6000等份後,其中一份的角度。全站儀(右)也內置電子量度設備,而且把實地測量得到的數據(包括角度、距離和其他測量附注)記錄和儲存下來,等到返回辦公室後,輸入電腦好作計算和繪圖之用。

[第21頁的圖片]

舊式水平儀

[第21頁的圖片]

埃及的「拉繩人」是現代測量員的先驅

[鳴謝]

Borromeo/Art Resource, NY