测绘视野丨从“指南针”到“北斗”
发布时间：
2024-08-14
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在无际荒原里跋涉，在苍茫大海上泛舟，人们最担心的是什么？迷失方向！
曾经，人类辨别方向的办法，只有仰望天空。可当风雨呼啸、晦暗不明之际，又该怎么办？好在，中国发明了指南针。
第一枚指南针什么样？中国科学院自然科学史研究所里有一个复原模型：其形如勺，其色乌黑，其性为磁，其名——司南。
约公元前7世纪前后，中国人就发现磁石不一般。《管子》这样描述：“上有慈（磁）石者，下有铜金。”春秋末年的《关尹子》中写道：“磁石无我，能见大力。”至秦汉，方士登场。他们利用磁石吸铁的特性，制作出“磁石门”、磁“斗棋”等“奇妙之术”献于皇帝，甚至将磁石用于殡葬招魂。后世有学者推测，正是在这一阶段，“磁性指极”的秘密被窥破，指南针的前身——司南，诞生了！
东汉王充在《论衡》中解密了司南的神奇：“司南之杓，投之于地，其柢指南。”20世纪20年代，史学家张荫麟提出，这应当是中国人最早的磁石指向器。此后，文博专家王振铎据此提出了“司南”的复原方案，制作出实物模型，得到后世的普遍认同。
然而，磁石并不常见，能用来制作指向器的更是稀少,如何能飞入寻常百姓家？到了晚唐，困局终于被打开——人们发现，用磁石摩擦能磁化铁针——这样做，不消耗磁石，指南针可以批量制作了！
晚唐以降，指南针一定已经普及，成了时髦的探险装备。志怪小说家段成式的作品就有记载：“勇带绽针石，危防丘井藤”。
南宋名臣文天祥在《扬子江》一诗中写道：“臣心一片磁针石，不指南方不肯休。”意思是我的心就像磁针一样，不指向南方就绝不肯罢休，表达了作者永远忠于国家的拳拳情怀。
与陆地相比，在毫无参照物的海上，指南针的作用更加凸显。宋代，指南针与方位盘组合在一起，诞生了罗盘。当时的文献记载——广州航海从业者“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针”；浙江海商“全凭指南针，或有少差，即葬鱼腹”。
带着航船乘风破浪，罗盘自己也开始了“远行”——从宋代开始，阿拉伯人将指南针和罗盘的知识传往欧洲；1190年，英国人尼坎姆首次提到磁极性和磁感应，这比中国人晚了一个世纪！
小小指针，改变了世界的样貌——
印度、波斯、大食……海上丝绸之路商船往来，瓷器、丝绸、香料传到西亚、北非，奇花异种、珍禽名兽现身中土；达·伽马、哥伦布、麦哲伦，欧洲冒险家们扬帆远行，开启地理大发现的时代……近代史的大幕徐徐打开，大洲间的“孤立”状态被打破，人类这时才确信，原来地球真的是圆的。“导致欧洲快速崛起的四项重要发明——印刷术、火药、造纸术和指南针都是由中国发明的！”英国科学家李约瑟在《中国科学技术史》中这样写道。
然而，近代以来，由于闭关锁国，在问天寻路方面我们落后了……
工业文明时代，以无线电为媒介的无线电导航和不依赖外部手段的惯性导航出现；1957年10月，苏联成功发射第一颗人造地球卫星，卫星导航时代也随之开启——20世纪中后期，美国全球定位系统（GPS）在美建成，苏联有了格洛纳斯系统，欧盟则着手发起伽利略计划。
北斗全球组网示意图
新中国成立后，不甘落后的中国人开始奋起直追。
1994年，中国独立自主的北斗卫星导航系统开始研制发展，2000年，北斗一号系统建成。然而，严峻的现实摆在眼前——当时，最适合卫星导航的信号“黄金频段”大多已被美俄占用，仅剩两小段，由各国平等申请，先到先得。但国际电联规定，一旦申请，必须在7年内发射导航卫星并成功播发导航信号，逾期失效。
为保住这一频段“窗口”，北斗开启了长达7年的全系统攻关。
2007年2月底，卫星研制完成；4月14日，卫星发射成功……3天后，当导航信号清晰回传时，距离我国导航频段资源失效“倒计时”已经不到4个小时！最后时刻，“压哨破门”！北斗，拿到了进军全球卫星导航系统的“入场券”！
2012年，北斗二号系统建成，开始服务亚太；2020年，北斗三号全球卫星导航系统正式开通。
于是，牧民坐在家里，点点手机，足不出户也能放牧了——给几百峰骆驼戴上北斗卫星导航项圈，“每峰骆驼在哪儿看得真真的”。海上遇险无援手，没有信号怎么办？北斗终端已成很多渔民出海的“标配”，带上这个“护身符”，“不用任何手机信号，只要按一下，就能立即启动报警、发出定位”。是的，天边的北斗就在我们身边。
如今，北斗的“朋友圈”已遍布全球200多个国家和地区，每天北斗定位服务的使用量就超过3600亿次！
在科威特，北斗辅助建造300米高的科威特国家银行总部大楼，纵向垂直精度得以保证；在阿联酋，北斗系统和物联网技术被用于铁路工程设备监测、物料和人员管理，分分秒秒实现精准调度；在塔吉克斯坦，水利人员利用北斗系统实时监测萨雷兹湖大坝形变，精度毫米不差……
这几年，北斗还与GPS、伽利略、格洛纳斯三大全球卫星导航系统“手拉起手”，合作打造兼容使用、精度更高的卫星集群。北斗还正式加入国际民航组织标准，成为全球民航通用的卫星导航系统。此前，国际民航客机的导航名单里，只有GPS！
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