意外发现这个非常小众的博物馆，趁着休假，自己去逛了一上午。它是浙江省测绘科学技术研究院的一个附属博物馆，原本期待不高，打算随便看看就出来。去了发现质量出乎意料地高，第一个展厅就让我看得津津有味。

这个博物馆有2层楼。1楼几个展厅的主线是中国测绘技术发展史，从古至今。2楼有两个展厅，一个是测绘技术和GIS（地理信息系统）的现代应用，另一个主题围绕地图展开。2楼GIS展厅有很多互动装置，对小朋友们应该挺友好的。

一上午时间有限，我尽可能多拍照，回来再细品。但还是只记录下了不到1/3的内容。不管怎样，跟着我粗略云逛一番吧。

中国古代测绘

第一展厅，古代测绘技术，引出了一个现代人不太会去想的问题：在没有严谨自然科学（尤其几何学）的时代，人们的生活完全是凭感觉来的吗？

绝对行不通。

人对于世界的感知可以是模糊的、定性的，但一旦要和周围环境互动，免不了有些场合需要精确的、定量的测量。这是物理规律决定的，人不得不服从和利用它。

垂直方向测绘

比如古人打井，可不是找准地方凭感觉一路挖下去就完了。井的方向必须保持竖直，否则以后打水困难，还容易塌方。他们可以不懂万有引力，但他们能想到利用重物下垂来找到竖直方向。

图里左下尖尖的木头是木垂球，被绳子悬挂在井口圆心，尖头垂直向下。木垂球旁边的大木桩叫木觇（chān）标墩，图里有玻璃反光可能看不太清，它的顶面中央被挖出一个指尖大小的小洞窝。古人挖井过程中，始终让木垂球指向小洞窝中心。井越挖越深，线越放越长，木觇标墩的位置越摆越低。在木垂球和木觇标墩的配合下，井可以保持竖直。就像图里墙上示意图那样。

这一组简易的装置，是世上最早使用的测量设备。这种挂重物找方向的做法，今天在建筑行业仍然沿用，你肯定听过：铅垂线。

水平方向测绘

三维世界，上下方向有重力很好找，前后左右则不容易做到那么精确。

这时候就需要用到地图。古人在洞穴墙壁上画画可不是在搞艺术，除了反映信仰和生活场面的画，还有极具实用主义的地图。

这幅距今3500年的云南沧源岩画聚落图，反映了村落里房屋、道路的分布，是对物理世界的一种抽象。

再往后逛，你就会越来越意识到，地图是多么伟大的发明。由于人是生活在地表的动物，又不会飞行，我们认识的世界其实近似于一个二维平面。再高的山、再深的谷都无所谓，毕竟人不会钻到土里去或者悬在半空中。这样的世界观，非常利于把人类感知到的世界浓缩到一幅幅平面的画上，忽略高度因素，只看东南西北。

这就是地图，一种从自然界无穷无尽的信息中过滤出关键信息的绝佳工具。部落首领关心自己的村落里哪些地方有房屋，哪些地方有道路，哪些地方养着牛羊，但他一定不关心哪块区域有多少棵树。

从定性到定量

不过，沧源岩画聚落图仍然是二维平面的定性表达。看这张图，我们能知道道路的哪个方位有房屋，但无法知道房屋离道路有多远。如果有两栋房屋，也不知道哪个离道路近，哪个更远。

缺少定量表达会带来什么问题？极其宏观的、无法被人眼丈量的尺度下，人无法做出比较。

人是靠比较来认识世界的，我们不断在用自己熟悉的概念去对比陌生概念。比完了，发现了异同，也就对陌生概念有了一个初步认识。

比如我告诉你地球的赤道周长是4万公里，你不知道有多大。但是我告诉你光如果沿着赤道跑，每秒可以绕地球7.5圈，你就有概念了。光速可是你所知道最快的速度，每秒绕地球圈数竟然只是个位数，那地球对于一个人来说是真的非常大。

这个7.5，就是一个定量的表达。数字可以相互比较大小，用数学来丈量万物，人就不用再深陷模糊的直观感受里。

数字比大小，要在同样的单位上才能比。一米和一丈谁更长？如果没有换算关系的话，谁也不知道。统一了计量单位，则是让整个国家的的数学语言统一了。没错，数学不是一门纯净的语言，它是有方言的。计算方法是语法，单位就是语音，不同的单位制相当于不同的方言。大家都说同样的数学语言了，楚地和齐地的人就更容易相互做生意，或者合作建长城，让社会资源流动调配起来。

现在，是不是对秦始皇统一度量衡的意义有了新的认识？不是他主动统一单位有多伟大，而是他打算长期统治如此广阔的地理范围，这件事非做不可。

图上还反映了一个我从没想过的事实，原来秦朝的官职体系里，管理测绘和地图被作为一项本职工作指派给了某些特定的官职（御史中丞），有专人负责。可见对于国家尺度，测量和统计有多么重要，在这种宏观尺度上，没有任何决策是可以仅凭感觉做出的。

借助统一单位制和测量技术，把巨大的地理范围浓缩到小小平面图上成为可能。

马王堆三号汉墓出土的地形图。我把简介从图片上提取出来了：

长宽各九十六厘米，绘图主区为西汉初长沙国南部，即今湘江上游潇水流域、南岭、九嶷山及附近地区。方位上南下北，主区的比例尺大致在一比十七万至一比十九万之间，经整理、分析、研究证明该图是一幅实测地形图。

我对湘桂一带地理特征不太了解。注意刚才的地图注解，要把马王堆地图顺时针旋转180度，才能和现代地图比较。2000多年过去了，水系可能发生很大变化，但山川看上去还是挺吻合的。有没有湖南和广西的朋友帮看看这古今对比图，汉人的测绘结果算不算准确？

测绘背后的数学

测绘有了方法，一定就有人整理“方法的方法”。

geometry(n.)

early 14c., also gemetrie, gemetry, from Old French geometrie (12c., Modern French géométrie), from Latin geometria, from Greek geometria “measurement of earth or land; geometry,” from combining form of gē “earth, land” (see Gaia) + -metria “a measuring of” (see -metry). Old English used eorðcræft “earth-craft” as a loan-translation of Latin geometria.

几何学（geometry）这个词，最早的意思可以追溯到古希腊，意思是“测地术”。可以把方形的田地和三角形的田地面积直接对比，让两块田地的主人心服口服。人们从这类实际问题出发，抽象出了这门研究规则和不规则的形状的科学。

中国也同样有人研究几何问题。三国时期的数学家刘徽在给《九章算术》写注时，补了一篇测量海岛高度问题的著作，被后世人命名为《海岛算经》。这其中就系统地运用了相似三角形的原理，实现了不登岛远程测量海岛高度。这是中国第一篇测量相关的数学著作。

测量海岛听起来是个不起眼的事情，但它彻底解放了测量者的人力，让隔空测量远距离大物体成为可能。整个现代天文学发展，处处都用到相似三角形。

旁边有个互动装置，详细展示了隔空测量海岛的原理。点击屏幕，可以看到一个古代小人拿着杆子跑来跑去，这里测测那里测测，结果就出来了。

装置上的计算过程可能很多人没耐心看。其中道理我翻译成大白话：杆子随地一插，人倒退几步找地方蹲下，直到看见杆顶和海岛顶端重合。这时候记下人到杆距离，这个距离可以视为海岛通过杆子在地上的投影。另外杆子高度是已知的，于是得到这样一组杆长+影长。但我们只有杆影小三角和海岛大三角的相似关系，算不出具体数字。因为有两个未知量：到海岛距离和海岛高度。一个等式如果有两个未知量，是算不出结果的。没关系，再换个地方插杆子，前面步骤再来一遍，得到另一组杆长+影长，也就有另一个等式。用两个等式来算两个未知量，二元一次方程组，不管你会不会算，但大家都知道这是能解的对吧？

于是，不仅海岛高度能算出来，距离也一起算出来了。

测量水位：运河

有了基本的数学原理支撑，哪怕不需要成体系的数学和物理知识，也足够古代人干很多事情了。比如修建全国性的运河。

这里有个问题不知道大伙有没有想过：京杭运河南北1700多公里，这一路上水位都是同样高的吗？

这真做不到。沿途各地地形不一样，有的城市建在高地，有的建在洼地。以高地水位来修运河，一漏水就得把洼地城市淹了。若以洼地水位来修运河，修到高地城市附近，得把山都刨通了。

所以运河的修建是一段一段的，每一段都有独立的水位。以巴拿马运河为例，多层船闸把运河各段隔开，两段中间都会有一小段水位可变的区域。船每走完一段运河，船闸打开，可变区域水位和前一段持平，船开进来。然后关上这边船闸，打开另一边，下一段的水就涌过来，把水位抬高，船就可以进入下一段运河。这样一级一级过来，船就可以在运河中克服各种地形障碍。

细心的朋友可能会发现一个问题：那高水位段的水不是一直在流走吗？每开一轮闸，就流走一些。没错，确实是这样。运河不是一个自给自足、不用维护的系统，它要有外部水源来给高水位段补充水量。如果遇上枯水期，甚至还可能导致运河停运。

这么看来，古人修建大运河绝不是咔咔一顿挖那么简单。为了勘测地形，探索合适的修建路径，需要大量的精确测量和计算。元代郭守敬更是首次引入了“海平面”为基准，来衡量对比运河各段水位高度，这是中国首次出现“海拔”的概念。

补充一个冷知识：大家知道大运河是隋代修建的，但它一开始并不是“京杭”大运河。想想隋朝的首都在哪里？长安，后来又建了东都洛阳。修运河哪有不过首都的？那时候的大运河主干，是以洛阳为中心，北通中原南抵江南，物资汇集于洛阳再运往长安，一切都是为首都服务的。

后来，元明清主要在北方经营，长安洛阳的政治地位下降。大量资源被投入到京杭中间的运河修建，这条线才逐渐成为运河的主干。

这是我从杭州拱宸桥旁的运河博物馆看来的。感兴趣的话，运河沿线各大城市应该都有运河博物馆，记载着这段历史。

测量大地：子午线

除了测量地上的东西，古人也测量了大地本身。

在世界各古文明中，天和地都是对应的，是相互影响的。唐朝僧人僧一行奉命主持编纂一套更精确的天文历法，来预测天象，进而指导地上的生产生活。他在蒙古到越南之间的极远跨度上设立了13个观测站，命人同时观测北极星高度和正午日影长度。

由于地球是圆的，站在不同纬度上，看到的北极星（在地球北极上方）离地平线高度不一样，正午时刻太阳投下的影长也不一样。通过这两项数据，他算出了子午线每一度的弧长，达到了当时最高精度。

在中国古代概念里，“子”代表正北方，“午”代表正南方，子午线也就是沿着地球表面连接北和南的弧线。今天我们管这个叫经线。

经线每一度的弧长是个重要数据，它可以进一步算出整个地球有多大。这个发现极有可能掀起探索狂热，继而开启中国的大航海时代。当然，没成是因为缺了另一个关键因素：当时人并没有普遍意识到地球是球形。

测量天空：牵星板

除了测量地面，古人也测量天空。

在海上，没有陆地的参照物，辨认方向唯一的办法就是靠天空。白天好办，看太阳，晚上靠什么？月亮是靠不住的，它是地球的卫星，位置比地球还飘。

古代夜晚航行主要看星星。这得益于一个事实：遥远的恒星相互之间位置不变，它们在天空构成了一幅固定的地图。

严谨地说，星星的位置并非完全固定，它们自身的运动、地轴进动都在改变它们在天空中的位置。但这些变化因素都太缓慢了，至少要经过几百代人的时间，足以为古人指明方向。而且星星的位置比太阳更稳定，甚至能够提供比白天更多的信息。只是古人需要自己弄明白怎么看这幅星空“地图”。

牵星板是一种测量船只所在纬度的工具，它的观测对象主要是北极星。

这东西看起来复杂，其实原理非常简单：它这么多块板不是一起用的，一次选一块。每块板都是正方形，没有横竖之分。使用时伸直手臂，让板保持垂直。再微调板的位置，使它下边和海平面重合，如果上边缘刚好和北极星重合，就能知道北极星的高度角。

如果六指的板刚好和北极星重合，就可以说“北极星六指高”。这个结果可以进一步通过固定的换算表得出所在纬度。这里的“六指”，意思是这块板的边长六指长，一指大约2cm。当然，如果上边缘未与北极星刚好重合，那就换更小或更大的板。

令人惊讶的是，这样一个技术上简陋的设备，却在郑和下西洋中起到了巨大作用。其实不难发现，这种做法误差可不小。观测者的臂长不同，结果会不同。观测者如果没有让板完全垂直，尤其在晃动的船上，高度角会偏大。但这种原理启发了后续更先进的航海仪器，六分仪。

巧的是找到一篇博物馆官方公众号的文章，详细介绍了牵星板的用法。

牵星板六分仪测的都是纬度，经度的测量则要更晚，这是世界古文明共同的航海难题。但为什么只知道纬度就能对航海有巨大帮助？因为只要是前往已知的地方，你查资料就知道起点和终点所在纬度，然后可以先航行到终点的纬度线上，再沿着纬度线一路平着过去。

不过，我怀疑这种方法在群岛国家实用性会下降。

全国性大范围测量

历朝历代统治者们多少都尝到了精确测量带来的好处，反过来，他们也时不时在全国范围内推行测绘活动。

元代郭守敬奉命进行全国性的测量，测量范围不亚于僧一行那一次。

元代为编算新历法，令郭守敬主持了规模空前的四海测验。测量范围南至西沙群岛，北至北极圈附近。郭守敬使用其发明的简仪、高表和景符等新仪器，测出了全国27个地点的纬度值，与现代数值十分接近。

郭守敬在今河南登封设计建造观星台，整体建筑相当于高表，是中国现存最早的天文台。为提高观测精度，郭守敬发明景符，利用小孔成像原理将影长精确到±2毫米以内。

这个就是简仪，说是浑天仪的简化版。看起来可不简单啊，不过它的作用其实非常直接：观测一个星体在天球上的坐标。

时间关系，简仪没有仔细看。全馆就我一个游客，博物馆工作人员看我东瞧瞧西看看兴致很高，特意上前来提醒我，可以拿出进馆时领的一张白纸，到拓印机上印一张地图留念。有九州山川、西域地图、还有一个什么我忘了。我选了九州山川，效果如下：

一问这博物馆有多大，这才知道我只逛了1/5，却用掉了半个上午。后面的参观我都加快脚步，第一眼感兴趣的才驻足研究，其余以拍照为主。

古代著名学霸，康熙亲自学习并主持了大规模的测量，组织绘制了《皇舆全览图》。

清代康熙帝亲自主持了大规模的经纬度及三角测量，测算出了覆盖全国的641个经纬度点，结合中国长期积累的地理文献资料，用投影法绘制出《皇舆全览图》。这是中国第一部经纬度实测地图，其覆盖面积之大、测绘精度之高、速度之快为当时世界所罕见。期间还最早发现和测绘珠穆朗玛峰、首次发现地球是扁球体的实证，这些都标志着当时中国测绘技术的巨大进步并领先于世界。

关于“首次发现地球是扁球体”，我特别查了下。就是因为他的测量点足够多，数据足够丰富，从中发现规律了！大量的子午线一度弧长数据放在一起对比，他们发现高纬度地区的弧长普遍比低纬度地区要长。这意味着地球两极略扁，赤道略鼓。地球的南北直径和赤道直径只差0.33%，这样宏观上微小的差异，只有通过测绘这样的精确手段才能被发现。不过“首次发现”这个表述改为“首次证实”更加严谨，因为扁球体的理论为牛顿首次提出。

但是在思考这个问题的时候，我发现了一个矛盾点：为什么高纬度单位弧长比低纬度长可以说明两极略扁，赤道略鼓？这和我的直觉相反啊。

我们先把事情极端化一点，假如地球自转速度比现在快很多很多，离心力作用使得地球扁得像个凸透镜。这时候取它横截面，看0-45度的经线长度，明显会比45-90度长很多。

为了防止自己被视觉直觉蒙骗，我还做了一番逻辑推导：我们可以把1/4子午线分成90份，每份1度。假设结果为真来反推，…… < 43-44弧长 < 44-45弧长 < 45-46弧长 < 46-47弧长 < ……，这样类推下去，45以上的每一份，弧长都会大于45以下的任意一份，45以上的总和也一定大于45以下的总和。逻辑上45以上弧长总体一定大于45以下，但刚才的图也严谨精确啊，两个结果冲突，问题出在哪里了？

一番研究发现，是“纬度”的定义问题，一直以来我对纬度的理解是错误的。

我们习惯了把地球当作正球体来看待，纬线之间都是均匀的。这时，纬度无论用哪种定义，得到的结果是相同的。但面对一个扁球体，纬度的两种常见的定义结果就不同了：

• 大地纬度：地表法线（垂直线）与赤道平面的夹角，不一定经过球心。
• 地心纬度：地表地心连线与赤道平面的夹角。

大地纬度的45度其实大概在这个位置，冲突就解决了。

我以前一直是按地心纬度来理解的，这恰恰是现代人知道太多导致的想当然。其实地理上的纬度是指大地纬度。而且从古人视角看，大地纬度显然比地心纬度更容易理解和测量，这甚至都不需要相信地球是个球。但如果没有球体地球作为观念前提，地心纬度这个概念根本无从谈起。

关于纬度的插曲到此为止，回到《皇舆全览图》。博物馆里提供了一个讲解二维码，我没来得及扫，只是先拍了个照。现在把其中的内容识别出来展示给大家，是一段音频：

http://ws.taoart.com/bwgAudio/audio/detail.htm?id=1223

除此之外，还有几样东西，都是古人的测量设备：

康熙朝地球仪（复制品）

http://ws.taoart.com/bwgAudio/audio/detail.htm?id=1224

地球仪是对地球直观概貌的形象呈现。该地球仪参考比利时传教士、康熙帝的科学启蒙老师南怀仁所撰《坤舆图说》，由内务府造办处制作。地圆说是进行经纬度测量与地图投影的理论基础。

铜镀金七政仪（复制品）

http://ws.taoart.com/bwgAudio/audio/detail.htm?id=1225

用于演示太阳系中金、木、水、火、土、日、月七星（即“七政”）运转以及日食、月食等天象。《皇舆全览图》主要通过观测月食和木星卫星掩食来进行经度测量。

御制铜镀金星晷仪（复制品）

http://ws.taoart.com/bwgAudio/audio/detail.htm?id=1226

用于大地测量中计算时刻。由地盘、天盘、三角形直表、坠线、星晷柄构成。使用时转动天盘，令直表两端与帝星、勾陈星相一致，视天盘节气对应地盘的时刻，即所求时刻，天盘另一面上即更时。

单千里镜全圆仪（复制品）

http://ws.taoart.com/bwgAudio/audio/detail.htm?id=1227

用于测量方位角。仪盘上围刻10°到360°，共有四个立耳瞄准器，两个作定标，两个作游标。游标上承一架望远镜，并附一水准管，以随时校正水平。

铜制测高弧象限仪（复制品）

http://ws.taoart.com/bwgAudio/audio/detail.htm?id=1228

用于测量天体或某物距地平的高度，也用于测量水平角。底座盘嵌一指南针，可校正测量方向。

绘图平板仪（复制品）

http://ws.taoart.com/bwgAudio/audio/detail.htm?id=1229

用于测量两地间距离和测绘一个地段的平面图。其一侧两端各置立耳瞄准器，可作为定标，左下角置一活动游标。平板仪上夹有绘图纸，测量时可以边测边绘，便捷实用。

黑漆盒绘图仪器（复制品）

http://ws.taoart.com/bwgAudio/audio/detail.htm?id=1230

分上、下两层，内装绘图仪器三十余件，其中有各种大小画规、圆规尺、比例尺、距尺、直尺和可折合成三角的测角尺等。

中国近现代测绘

古代馆后面还有一小部分近代测绘史，不过被我直接跳过了，这就来到了现代测绘展区。

测绘基准

首先看到的是国家测绘基准，用大白话说就是：哪些东西要测？按什么标准来测？

大地控制网关注地理位置，是三维坐标的准绳。全国各地散布着大量地面测量基准站，就像“米原器”和“千克原器”一样，这些基准站的坐标可以用一系列手段保持其高度精确，其他地方的坐标以它们为基准计算得出。

这其中涉及地面站、卫星实时监测和数据中心计算，即使像板块移动这样微小的因素都能被捕捉到，让这套系统动态更新每个站的真实坐标。

经典大地原点的模型。中国的大地原点定在陕西省泾阳县永乐镇北横流村。这是上世纪选定的，当时这个位置在中国版图的中央，地质结构也相对稳定。把原点设立在这，利于向四周扩散延伸，让大地控制网覆满全国。

不过，今天的大地控制网已经不用这种地面位置作为原点了。在现代技术的帮助下，大地原点直接被定义为地球质量中心，与国际标准连通。

高程控制网也类似，定义了大量海拔高度的基准。

这是水准原点模型，是海拔高程的起算点，位于青岛市观象山。

还有重力的基准点。

以及卫星导航定位的基准站网络。

卫星导航定位基准站。

基准的应用

定了这些基准，能干什么？

三维空间坐标都测量准确后，我们首次可以做到全国范围的精确分析。

胡焕庸线把中国斜着一分为二，两侧对比看，可以发现中国人口分布的明显规律：

中国地理学家胡焕庸在1935年提出划分中国人口密度的对比线，这条线从黑河到腾冲，大致为倾斜45度的直线。按当时的数据统计，线东南方约36%的国土上居住着96%的人口，线西北方约64%的国土居住着4%的人口。

直至目前，该条人口地域分布的界线依然存在。依据2010年第六次人口普查数据，线东南方约43%的国土居住着94%的人口，线西北方约57%的国土居住着6%的人口。

值得注意的是，胡焕庸并不是人为划出了这条线，然后说两侧人口分布有多么不平衡。这不是一个简单的统计学划分。

胡焕庸线是真实存在的地理分界线，线两侧人口落差非常明显，而且这种落差稳定跨越了很长时间。它反映的是中国的地理条件的特征，且与400毫米等降水量线高度重合。季风、水资源、地形地貌、历史路径依赖共同决定了胡焕庸线两侧截然不同的文明形态——农业和畜牧业。

第一次全国地理国情普查，弄明白了种植土地的比例构成：

还统计了水资源在不同海拔的分布：

不同海拔的植被覆盖：

再后面，还有一块展区详细介绍了珠峰高度的3次测量。最新测量的珠峰高度是8848.86米，到积雪顶部的“雪面高”。这背后故事网上应该很容易查到。

经过了一个很有科幻感的装置，简洁的操作台和异形投影大屏，有点像外星飞船的控制室。

它其实是个互动装置，反映了测绘数据如何在地震中发挥救灾作用。

又一个有特点的装置，旋转桶上的大小两个圆盘，可以看到浙江各城市的历史样貌变化。

博物馆1楼的现代部分其实远不止这些东西，但很多我都没拍，尤其是展板和密集的介绍文字。

即将离开1楼展厅，看到这样两面相对而立的互动墙。伸手触摸墙上的画，对应物体会亮起来，提醒观众，测绘技术作为现代社会的基石之一，对方方面面的影响。

测绘技术应用

来到2楼，展厅内容脱离了技术发展史的逻辑，更加关注技术本身。

当然，还是得带一点历史，作为整个展厅的开场白，展现不同文明不同时期的地理观。

注意其中的时间顺序，公元前6世纪，地球是球体的理论就被提出来了。甚至再过了2个世纪，已经有许多证据支持这一理论。

公元前六世纪，古希腊人毕达哥拉斯（Pythagoras）提出地球为球形的概念。两个世纪后，亚里士多德（Aristotle）根据月食的球状阴影、天文星象、船只航行等现象进一步论证了地圆说。

然而，再过了近2000年，大多数人仍然相信大地是一个圆盘。

15～17世纪以前，许多欧洲人认为大海是很大的平面，在它的尽头是瀑布。这一认识随着大航海时代的环球航行和地理大发现逐渐被推翻。

可见，一个在后世人看来无可辩驳的理论，在当时人们巨大的认知惯性下，要经过多久才能真正被普遍接受。另一方面，不禁让人畅想，如果古希腊的科学精神从未断绝，我们今天的科技水平能达到怎样的高度。

数值测量

当人类知道了地球是个球体，自然就要对它展开测量。

几个相关但不同的概念。可以这么想象，先把地球当作一个完美的几何椭球体，图上绿色虚线就是它的横截面。但地球表面的硬质地面（包括山脉和海底）则是凹凸不平的，这对应绿色实线。要测量一个位置的垂直高度，以凹凸不平的硬质地面为基准肯定不行。但海平面则是比较准确和均匀的，也就是图中白色实线。由于地球的形状并非完美的椭球体，内部的重力分布也不均匀，所以海平面并不会和标准椭圆重合。

巧的是，我刚好在社交媒体刷到一张NASA发布的大地水准面图。可以让你有个直观感受，基于地球形状和重力分布产生的大地水准面，和一个标准的球体有多大不同。

这个装置可以让你感受地形图的绘制过程。借助我们刚才讲的大地水准面概念，把这个面每隔一段距离往上复制一层，形成了许多间隔相同、相互平行的面。这些面与地面所有物体相交，切割产生的边缘线就是等高线。

在沙盘里可以随意改变地形，顶部的投影仪会重新绘制等高线。

这一展区两侧陈列了大量测绘仪器。

看到海洋定位测量，我放慢了脚步。图里表示的是海洋上执行任务常用的两种声学定位方法。

左边的长基线法，通常用在一片固定海域执行长期任务，比如油气开发和铺设管线电缆。船来到这片海域，布下大量应答器作为定位基准，校准它们的位置，误差可达厘米级别。然后这些应答器开始工作，通过至少3个应答器来计算船只的位置，后续的作业便可以在极高的定位精度下完成。

短基线法更多用来追踪水下移动物体，了解它与船的相对方位与距离，比如水下机器人作业。过程刚好相反，船上发出声波，再从船上3个不同位置接收水下物体发回的声波，算出水下物体的位置，以便对其精确控制。

水上的无人测量船，其实只有这么点大。

这是一组水下地形勘测技术的演进示例。古代的测量方式往往是把带有绳结的绳子绑上重物伸到水底，然后数绳结的个数。

通过声纳回声测距，可以测出航行路线各处的深度。

多波束探测则可以同时扫描一大片区域，不止获得深度信息，而是获得一幅立体的三维图景。

所以，我们作为一个陆地物种，才能对海洋有如此详细的了解。我们的地图，甚至能反映海底地形变化。

不只空间，我们还能知道不同时间上的海陆地形。图里展现的是不同地质年代浙江地区的海陆变化。

图像测量

在现代计算机视觉技术（尤其AI）的加持下，出现了一种与数值测量完全不同的测绘路径：视觉测量，也就是我们常说的遥感技术。拍摄画面，然后从图像中分析数据。

遥感测量技术演化史。

一个有意思的装置，向你展示无人机航拍城市实景图，再如何一幅幅拼接起来。地图软件里的卫星图图层，也是这么拼出来的。

遥感技术超出可见光的波段范围，把红外、微波等波段也涵盖进来，可以获得更丰富的信息。

GIS系统

这个展厅是博物馆一大亮点，让人真正能见识到测绘技术的威力。前面的发展史也好，技术细节也好，都是在收集数据。

我们要的真是这些数字和图像吗？在数据分析领域，未经加工的原始数据，再大的数据量都没有意义。只有经过清洗、加工、整合，满足特定要求，才能从中挖掘出意义。我们要的是那个意义。

类似地，测绘收集来的零散数据，被有机地整合到一个系统中，才能从多个维度还原出我们的现实世界。这就是GIS，地理信息系统。

这块展板展示了GIS系统最早期的应用之一。

19世纪中，伦敦爆发霍乱，当时人找不到源头。John Snow博士（啊不是大战夜王的那个）想到在地图上把病例标注出来，观察它们的分布。进而发现病例都围绕在一口水井周围，成功地找到并消灭了污染源。

这也是数据分析史上一个很有名的事例。文末我会推荐一部纪录片，里面也提到了这个故事。

这个互动屏幕里面应该比较完整地介绍了GIS系统。我可想看了，只能下次再来了。

这个装置展示了GIS系统在超市选址过程中的应用。比如市政府想要建一座惠民超市，要选择城市主干道沿线，覆盖足够多的人口，靠近交通枢纽，租金在合理区间，且避开已有超市的竞争。跟着装置一步一步筛选，最终在城市里找到合适的位置。

只有把路网、人口、交通枢纽、地价、地块属性等各维度信息综合在一起，才能完成这样的分析任务，体现了GIS的独特价值。

还有一个赛车游戏，没尝试，不知道会体现GIS哪方面作用。应该很受小朋友欢迎，小红书上搜这个博物馆，出来基本都这个图。

这个淹没分析装置展现出来的价值，比超市选址更重大。它模拟了某流域洪水泛滥，需要快速判断哪些村庄会被水淹，争分夺秒决策疏散相应人口。

平日我们看到的救灾新闻，画面往往是一线人员如何奋力救灾，后方指挥中心如何运筹帷幄。但我们也不要忽略，各方快速响应的背后，是完善的地理信息数据在支撑。

一个国家的综合实力，和它的信息化程度高度相关。国力就是对于各种社会资源的动员能力，数据在其中发挥的作用只会越来越大。

这个装置展现遥感技术在对抗森林火灾中发挥的作用。

对火场影像作出人工分析，或者机器持续监测，都能为灭火工作带来第1手的重要情报，并且能帮助预判火势发展。

接下来会穿过一个球幕影厅。上午10:40赶上了一场球幕电影，大概片长5分钟吧，主要是北斗系统的介绍片。不足的是这个片子没有很好发挥出球幕的优势，除了画面中央主体物外，周围空间没有很好利用起来，更像是一个普通视频。

这一系列展板从比较宏观的角度展示了GIS在各民生领域的应用。

其中GIS在电力系统发挥的作用可能有点抽象，大多数人不理解，我展开讲讲。

我们平时习惯了一接上电源、打开开关就有电，觉得理所当然。但有没有想过，你多开一个空调，多用的这一部分电，是谁发给你的？

没错，在电网的另一端，某个天然气发电厂很有可能开大了一点点功率。或者某个带储能的光伏电站，把储能电池调大了一点输出来支援你。

电是以光速传播的，你打开空调的那一瞬间，你的空调立马就需要这些电。另一头的发电厂是怎么知道的呢？

这就是电网的难处了，像中国这种规模的全国性电网，调度之难是不可想象的。电网必须能准确预测用户侧的用电负载变化，及时调度水电、燃气发电、储能这类灵活电力来匹配用电需求。

匹配不上会怎样？电网和它的所有发电设备，都必须严格在一个固定的交流电频率上工作。发电量如果显著大于或小于用电量，频率就会明显上升或下降，这会反过来损坏发电设备。发电设备损坏使得电网频率更加不稳定，把更多设备拖垮，恶性循环，导致全国性的大停电。

所以，电网必须极其精准地预测和应对用户端的用电量变化，几乎瞬时地发出指令，自动化调度发电厂来匹配用电需求。这种瞬时的响应，自然要求电力供需双方的时间高度一致。否则等供电量慢慢爬上来，黄花菜都凉了。

这就是GIS发挥作用的地方，精确同步各方的时间。看似一件小事，但生死攸关。

这个装置模拟GIS在军事上的应用，通过卫星定位指挥导弹部队打击敌方阵地。

锁定完毕，按下发射按钮，我就快速溜到下个展厅了。电影里英雄不都是背对爆炸场面的么，笑～

地图的故事

2楼最后这个展厅主题是地图，测绘的产物。“方寸览坤舆”，一语道破地图的本质。

走进展厅，面前是大量罕见的古地图，地图爱好者的天堂。

马绍尔群岛的居民，发明了一种用树枝粘合起来的海图。

巴比伦的石刻世界地图。

出土于埃及一座墓穴的花园建筑平面图。

托勒密的世界地图。

托勒密最知名的是他的地心说。习惯了日心说的现代人，很多会用一种批判的眼光来看他。但这种辉格主义是要不得的，托勒密对于天文地理的发展其实做出了极大的贡献。

在地理方面，他可以说是前人研究成果的集大成者。在托勒密的这幅地图上，他采用了创新的投影方式和严谨的数学方法，把地球的球形表面以很小的形变程度，投影在了地图平面上，是当时最全最准确的地图。而且他还建立了精密的经纬度系统，精确地把地球经纬度与天球的经纬度对上。

更好玩的是，他的地图有重大错误。他对地球周长的估算，反而不如更早的埃拉托色尼的计算结果，低估了近30%（埃拉托色尼误差约2%）。同时他还高估了欧亚大陆的东西跨度，忽略了当时不知道的美洲的存在。在这幅地图上，看上去从欧洲到远东只要经过一片窄窄的海域。由于托勒密在当时的学术影响力，他这份错误的地图反被奉为圭臬，阴差阳错开启了大航海时代。

伊斯兰世界的古地图，一千零一夜的气息扑面而来。

北欧第一幅详尽的海图。

坤舆万国全图，由意大利传教士利玛窦在明朝北京绘制，也是中国最早的有完整经纬线的地图。对当时中国天圆地方、以中国为中心的地理观带来了巨大冲击。

利玛窦为了降低明朝人的抗拒心理，也用了点小心思。他整体移动了子午线位置，把中国和太平洋置于画面中央。

由欧洲人绘制的阿兹特克帝国都城地图。

清道光年间的海南省地图。要我说，现在很多旅游景点的导览图都不如这精美。

一副受马可·波罗游记启发的杭州古地图。隶属于一本《世界城市地图集》，是其中唯一的东亚城市地图。

地图大赏之后，来到了地图馆的另一个展区，这里主要讲地图背后的各种道道，比如绘制方法、地图与国家主权等等。

时间关系，只拍了几张地图投影相关的介绍便匆匆离去。

现代最常见的是墨卡托投影，就是上图的样子。墨卡托投影的问题是高纬度地区会被放得很大，使得格陵兰岛看起来快赶上南美洲大小了。其实对比地图和地球仪就很容易发现这个问题。

后记

逛完出来，兴致满满。真是发现了一个宝藏博物馆，二刷是肯定要的，很多东西都还没来得及仔细品味。

整个博物馆的脉络比较清晰。先从测绘发展史讲起，然后详细展开测绘技术本身，再是测绘的产物，GIS和地图。逻辑严谨环环相扣，我认为是一座质量非常高的博物馆。

就是实在太低调了，怀疑是被这名字耽误了。但是不管怎么样，如果你已经一路读到了这里，相信你是感兴趣的，方便的话就亲自去看看吧。

游玩提示：博物馆免费，但不提供停车位。博物馆北边的几条街能找到一些路边停车位，或者再往北过两条街停到阿里巴巴数字生态创新园，距离博物馆步行5-10分钟。这个园区原先是阿里巴巴总部的封闭办公园区，后来开放给电商和阿里生态企业入驻，成了一个开放园区。没有围墙，没有门禁。这里不仅可以停车（收费），食堂也接待社会人员（周末可能没有）。如果想在这博物馆细细品味一整天，中午可以来这里歇歇脚。

最后，再推荐一部BBC纪录片：地图：权力、掠夺和占有，豆瓣8.5分，话题与这个博物馆后半部分高度相关。参观之前可以看看，会让你不虚此行。