皇朝经世文四编

中西算学致用论
粤自河游神马图开八卦之先洛出灵龟书备九畴之用所谓象而后有滋滋而后有数也是以春皇御世阴阳妍六之精炎帝嗣基气朔启二元之秘翠嫣受籙元穹渐剖乎天苞白阜呈图广袤咸归乎地纪官稽少皞命五正以分司记述高辛序三辰而着象轩辕纂统益明星气之占颛顼乘权更纂重黎之业干支分配推筮夷于潜龙律吕均调协和声于鸣凤算明隶首为九数之权兴盖造容成实三家之肇始业精推步兼资稽牧之俦度察离躔分隶羲仪之属溯自皇初逮于中古天算之学星日为昭矣迨乎旁罗历象四时首定于唐都仰察玑衡七政并齐于虞陛羲和分测量寻永短之差章亥周行步记广轮之异治垂神禹握句股以程功术受商高剖圆方而立法巫咸甘石既家法之攸分冯相保章亦职司之各判三代而下六朝以远时宪屡更术元各立远史太采初之法崖仅存孟坚引三统之言规模粗具续汉书者司马术列诸家修晋志者李家辨罗众说借端蓍策惟大衍之争推取数弧弦独授时之首冠大抵初承旧法各运精思惟测之日精故推求之渐密观夫制传洛下爰创造乎浑仪铭读佐公犹代垂乎刻漏日行光道知宿度之宜循月食对冲识日躔之所存刘洪干斗象分始觉其太强虞喜安天岁差遂因而立法晦朔弦望何承天课定余分伏逆迟留张子信推明纬度类皆钩深索隐造极诣微代不乏人仆难更数耳夫成周设教常悬保氏之规炎汉开基犹系史官之掌算经分掌李唐并重乎六科祀典初颁赵宋兼崇乎五学莫不垂诸令典布在科条钦惟我圣朝道崇稽古法本右文学究天人功参造化聪明独亶溯河洛以探源理数兼赅贯中西而合撰天山底定新疆呈地理之图月竁来宾上馆肄天文之业六仪并设详了望于台官四率相求极探研于博士蒲轮应召由绩学以参微节着谭经合畴人而列传一时珥笔簪毫之士怀铭握椠之流靡不并习九章兼明八线或谓穷探要洞究渊微无非儒者之兼长究逊专门之世守然而刊正谬订坠搜遗仍资汲古之功尤重通明之学彼夫五位三所溯开国于泠鸠二首六身核疑年于史赵郑君图纬藉度算以甄明杜氏春秋据术元而考正物宜纪候详稽夏正之篇器尚考工审订冬官之纪他若存名夕桀征古义于秦书术着重差证遗言于留序纵横定位早详孙子之遗经正负无人更见松庭之算例招差【古典小说之家】郭邢台术草犹存隙积曾圆沈存中笔谈偶及岂若荣陈荅问附周髀而难通唐愿贻书读天元而未解者哉若夫中西虽判理法无殊信异地之同符如闭门而合辙即如天圆谈问尝征戴礼之篇地动呈形屡见纬书之说椭圆立法稽古训于灵均蒙气有差证前闻于姜岌以及形呈句股贯属三角之宗度着弧弦能赅八之用对数之说原比例之相通代数之推亦四元之递衍固不仅借根方之捷法悉本夫元一之遗规也已且夫准绳规矩圣人既竭其心思度量权衡举世咸遵乎轨则以故兵刑钱谷琐屑周知礼乐文章灿明可纪蚁旋干轴握尺管而全窥鳌柱坤维操寸锥而尽测高深广远无非接数以推求曲直方圆凡属有形而莫遁若夫施诸日用利在民生统小大以赅合精麤而毕贯引錣量用尝披管子之书握算持筹曾觊临川之说蒋士安之转运明察群推赵光汉之钩稽精能莫及以至潮来应月窥蟾兔之盈虚气动生风辨马牛之顺逆与夫炮轰落地球舞齐天电气潜通水雷陡发运机轮而远驶设筩镜以冥搜而推衍而靡穷亦范围之莫外者矣
皇朝经世文四编卷九学术
测绘
上会典馆测绘舆图书
邹代钧
一曰测天度以定州县之部位地体浑厚其南北而点正当天空之南北两极其中要大圈亦与天空亦道相当如人在北极下则以北极为天顶人渐向南行北见极渐低至赤道则北极与地平合南极亦然是地之南北不同则北极出地之高低异焉耳东地之日出入早于西地之日出入地周三百六十度与天周相应每度六十分都为二万一千六百分日历天周为昼夜分二十四小时时六十分都为一千四百四十四分故时之一分等于度之十五分四分等于一度此地在彼地之东一度则此地之日出入早于彼地之日出入四分时是地之东南不同则日出入之迟早异也而度天度者必先定午线如京师之有中线英言利之格林回次法兰西之巴黎昔年西图所用之福岛皆是考工记曰匠人建国水地以县置槷以县以景为规识日出之景与日入之景画参诸日中之景夜考之极星按此言匠人中国而于夏至日定其国之午线也水地言以水平地如西人之用水准县垂线也言平地者必使地与垂线成直角槷表臬也植表臬使正如垂线而其景也日出之景与日入之景必等长虑所识景端或不确乃任以一景之长为半径臬底为中心展规为平圆两景端均交圆边则为密合是为规识日出入之景也复中折两景端闲圆边为点向臬底作直线即为午线之向郑注云度两交之间中屈指以之槷则南北二是也又日中之景为最短必与所作午线合故既画午线复以日中之景参之极近北极之勾陈星即尧典之璇玑旋璇借机极也言勾陈为旋绕北极最近之星也其详说见尚书大传周髀算经等书星即尧典之玉衡星经之斗六星庄子之维斗尔雅之斗极晋以后天文志所名之黄道极者是也夜观勾陈与王衡为直垂线则赤极与黄极相当又与所画午线方向合则午线准是夜考之极星也大司徒以土圭之法测土深正日景土深指南北日景指东西夏至昼漏中日南景短是地在南近日故土圭之景短也日北京长是地在北远日故土圭之景长也此定南北纬度之理也日东景夕是地在东日过其国之午线时东地之景已夕日西景朝是地在西日过其国之午线时西地之景方朝此定东西经度之理也西人定其国之午线亦用匠人之法而每以指南针除电气差安子午仪使极稳以窥日星之过午其随处测经纬度则自日晷将午至日晷过午用纪限仪或经纬仪屡测太阳高弧取其最高度为本处太阳过午线距地平高度亦即本处午正乃以太阳距地平高度减蒙气差加地半径差为实高度以减象限九十度得太阳距本处天预度以与本日太阳赤纬度南加北减即得本处北极出地之度于是先以极准时表如太阳过其国午线之午正开准行至本处即测得午正以与时表较迟早差若干时分化度即知本处在其国之东西若干度分但一测午正而地之南北东西皆定古今中外若合符节其理至当其用至宏是作图者所宜先务也
一曰测地面以定州县所辖之各地地面辽远近不一高低不齐无法以御之不能成图其法不外乎三角即九数之句股周髀算经卧矩知远偃矩望高二语足以尽之而西人测地亦分二端一测地面平形一测地面高形其测平形也所用之器最要者为经纬仪为测罗盘均为圆用分三百六十度密者能辨分秒疏者亦半分度皆有指南针经纬仪有窥管测向盘仅安植表系丝于窥管与植表之视孔成十字交点视交点蔽所测之物方为指准任在[何](河)州县之城门植柱为起点用仪器测左右距城门之甲乙二物设甲物在偏东二十度乙物在偏东三十度则所成角为五十度记二物之向及角度于册于是量准测处至甲乙二点直线远近为底边又使甲乙二点专测他处可见之物递测不已均记其向与度使大地成无数三角形又每三角之内或有可指之处仍一一记之使大三角容无数小三又有道里河流之迂曲均测其迂曲之向而以记里车记其各迂曲之远近使容于各三角之内而测平形之事毕矣其测平形也所用之器最要者为纪限仪为平水地平仪纪限仪为六十度弧亦能分辨秒有合半径及回光际线等镜有窥管亦系十字线以测高深之都数测法于测处置二定点与三顶成三点以二定点间相距数为底边用平测三角法已知三角一边求得测处之山顶斜线之数再用立测三角法以斜线为已知之边测得三角求山顶高于测处之数既得高形之高数乃以测处至山顶斜线与高数为已知两边求得山顶垂线与平地成角直至测处为平距数而山之斜度亦须测得大略但可不计分秒用红铜版为象限仪九十分之县垂线于版心系锤使下坠自弧之一角依平边仰望高处相切视垂线所成角即为斜度行军之图斜度约分三等十五度以下车能行三十度以下马兵能行四十五度以下步兵仅能行过此须攀援矣故测斜度止于四十五瓶水地平仪以测遂层高低之数器为长铜管管之两端上安玻璃瓶刻度盛水瓶与管成直角管下承三足架当管中承处为活节置器于高低之间升降铜管视两端瓶水等平而止于器之上与下对管口植长尺自管窥上尺恰当何尺寸反窥下尺恰当何尺寸以两数较所余为上尺处高于下尺处之数高低悬远者层测之而记其逐层之数山势磅礡者环测之而记其各点之向屡测者逐层之高须等以便命共距之数环测者各点之高亦须等以便成平剖面之形又山高与逐层之高之比如平距与平剖面平距之比均求之亦记于册而测高形之事毕矣
测事既毕于是始言绘绘者当首明分率分率者地与图之比例也地周三百六十度度二百里里一千八百尺是则一尺实为一万二千九百六十万分地周之一凡为图必先开方设为每方一寸十方一里是以图之一尺代地之一寸八百尺也其分率为一千八百分之一然作总图者不必如是之一酌而用之每方一寸方五十里是以图之一寸代地之九十万寸分率为九十万分之一他如或大或小随人度其图之详略而命之可也分率既定始布经纬度经度当赤道处每度相距二百里渐北则渐狭当用八线表以半径一千万为一率每度二百里为二率各地北极出地度之余弦为三率求得四率为其地经度相距里数按度推之列为成表以便检用而画经纬两线亦不一法有经纬均作曲线者有经为曲而纬为直者有纬为曲而经为直者其经[纬](为)均曲与经曲纬[直]两种虽能得[球](求)形之理然不能无差一则差在东西两边一则差在于北皆由经纬相交不成直角对角线亦不相等故作图以纬曲经直者为无差其法当求圆锥为中公心以规作合距等圈若作一省一府之分图去圆锥过远则以求零弧之法变通又作分率微分尺如图为九十万分之一用四寸六十分之曰名度尺用四寸二百分之名曰里尺均画对角斜线表微分又作分度器密者以铜为圆弧玻璃为中心能辨三百六十度之分秒疏者以明角片为半周分百八十度度半分之若镇州县城之经纬度可展规按度分量分率度尺纵横定点于图即得经度去赤道渐远者则按度求其相距里数以里尺量之亦得若填所测地面各三角点须用分度器之中心合城门之起点正其子午按左右甲乙二点之向作直线再依所测底边远近如分率量之以定甲乙二点于是转移分角器之中心合甲乙二点据所测各多点之向一一作直线成无数三角形如所测地面凡两线之交即各物定点而图之平形成矣画高之法大要以山之各层平剖面平距数依分率入图如其远近方向作点以曲线睽之成自天空俯视山顶及各层平剖面之形再于平剖面之间补作垂线上下交于两平剖面界必成直角其疏密无率两垂线相距等于两平剖面界相距四分之一垂线之方向即斜度之方向也粗视之斜度小者其线疏斜度大者其线密若辨其度之几何则必以共距明之共距者山之逐层高较也如共距为三千六尺图为一千八百分之一乃以一八除三六得十分寸之二为图之共距以与垂线相比而斜度得矣共距之长小于垂线三四倍则斜至十五六度小于垂线两倍则斜至三十度与垂线相等则斜至四十五度凡用共距者分辨愈大则辨析愈明若日耳曼人补垂线之法不必以共距明之视黑白之多少定斜度之大小线为黑线间为白凡图中全黑者为四十五度八黑一白者四十度七黑二白者三十五度六黑三白者三十度五黑四白者二十五度四黑五白者三十度三黑六白者十五度二黑七白者十度一黑八白者五度线大则黑多线细则黑少以此辨度亦甚明确盖西人作垂线之法凡三英吉利之法能令图清日耳曼之法能令图准法兰西之法则清而准前所言疏密定准实法兰西之法也苟明乎此而图之高形显矣
既测天度又测地面申之以绘法而图犹不精妙者未之有也就其湖北测绘舆地图章程互相发明录之云一测天度周礼大司徒以土圭之法测土深正日景土深言南北即定纬度之理也日景言东西即定经度之理也地为圆体其南北二点正对天空之南北两极其中腰大圈亦与天空赤道相当人立地面目力极数十里耳数十里外即属茫然天虽无涯而地平以上可仰观得之故必分地为三百六十度与天体合藉天空诸曜高弧以求地面之度而地之圆形始得今会与开办舆图于经纬度再三言之自应遣精通算法善用仪器者经纬仪度时表往六十八州县治所测天求度而州县幅员者大也至数百里又宜览其形势于四边之界南北东西不致平行之处择四定点测其经纬度分于是一州县之境有五经纬定点先以法求各经纬点相距之鸟道次以平三角络联其间互相榰柱虽广大之地不难御之入法矣而名山之大川之口以及古郡县旧治关隘险要前人记载言在某县某向若干里迨名号已易部位转迷测地时能考确处定其经纬度分注之于册于考古者亦为有益而一县之区于五定点外又增各点即求各点相距为三角底线尤能密合一测地面鸟道鄂省六十八州县北极郧西南极道城西极利川东极黄梅约其面积为方里者殆六十万非测三面不能[定地面各]物今于州(定地面各)县郭平地量成底线长或一里短或半里安测向仪于底线两端彼此互测记其向度始各测所号竿而记其自某测某几百几十几度几十几分于[册](测)又移仪于已测三角之外边两端测竿于未测之地而测之东西南北渐移而前各期抵界而转而三角之定点必须联络互用展转成形然后地面之上皆成三角三角之外始无余壤凡村院镇集山山峡断崖水源水口埧堰桥梁津渡交衢关隘税口厘卡盐局电局电杆营泛驿站塘铺烟墩营垒故垒驳台塔庙古蹟及山脉水道道路界线四者之转向处均须作为三角定点其定点密者三角亦密若旷野荒汉地惟尽目力所及作数大三角而已
一测地面人行道凡山脉水道道路界线四者之转向均经测出固已肖其真形但三角所得者鸟道也四者蜿蜓于三角之中其小曲之远近非直边所能得故必以人行道计之今以测向仪定方向记里轮量远近一人测向一人记里而书其自某处程起若干度分行若干尺至某处转若干度分行若干尺至某处所过之地有驿站塘铺镇集桥梁埧堰矿者均分别注之凡界线为两县所共测定一县即可旁及他县自应详测不必求省惟路之支径分歧水之溪涧错出若不择要必旷时日兹道路惟测其四至之官路有驿站塘铺者余则略[之]水(之)道则分别大小考求利獘鄂境之水江汉为大江水西自巴东东至黄梅约行二千三百余里汉水北自郧西南至汉阳约行一千九百余里舟楫水济水利所关自必以行人道计其流向远近并及水涨水落之所界遥堤内堤之定基他如入江入汉之水行五百里以上者测之若水曰通舟楫利停泊者则不论所行远近俱宜详测江汉之濒湖泊甚多防水为田遂成泽国民生利病胥在利此均应循湖测岸并远测纵横交错之地于以皆得其方向远近高低厚薄以便依率入图水涨之时不能识水落之界水落之际可以察水涨之痕故涮水宜水落从事于河废渠有可考者亦测大略至鄂境之山以郧阳宜昌施南为最多襄阳次之嘉庆教匪之乱贼迹出没其间致稽征讨磅万山丛杂西接川郏皆为密箐他如大江南北亦山势奔赴若必逐层环测求其高较以表斜峭则非数年所能惟先考旧图得知山脉大略始择要测之欲知山之脉络当观水之源委水源分流之冈脊必为干山迄逦于二水之间遇二水合流而止者必为支山支干既明方有把握其人迹已到之区则以人行道绕测山麓盘互远近之址及山峰立距平距之数深山穷僻但以测向仪望测其山得其平距及脉络委曲之事而已论测量之道以山为最难湖堤水道次之言民生之计湖堤水道为最要而山又次之自宜酌其缓急先从事于湖堤水道徐测三角应及于山者自不容缓专则山址与山脉之事甚费时日俟办有成效酌量期限缓促再渐次施行可也