大禹治水的故事家喻戶曉，據《史記》記載，他“左準繩，右規矩”，手執測繪工具，“行山表木，定高山大川”。據傳說，黃河之神河伯曾送給大禹一塊刻著黃河流域地圖的石板。這些都是當時地圖測繪的反映。平治洪水後，大禹巡行天下，劃華夏大地為九州，並調查各地的物產與土地，以此確定貢賦，由此形成了先秦地理名著《禹貢》。從此之後，“九州”成為中華大地的代稱，“禹貢”則成為地理著作的專稱。
要畫出地圖，首先要進行測量，古人的測量方法由簡到繁，發展出諸多辦法。
據《春秋緯》說，五帝之一的炎帝，為了度量大地而遠涉幾十萬裡。大禹也曾派遣太章從東到西、豎亥自北至南步量國土，可見當時步量(踏勘)是大地測量的基本方法之一，以至於幾千年之後，還有人把地圖命名為《禹跡圖》，意即大禹的足跡。
依據西漢劉歆《西京雜記》記載，當時有一種記道車，可以計算行路里程，東漢張衡將其改進後稱為記裡鼓車。這種車利用差速齒輪原理，行車十里則敲鼓一次，敲鼓滿十則敲鐘一次，大大提高了里程測量速度。
立杆測影是利用測量日影的長度推測距離、位置的方法。具體方法是：在同一天的中午，在南北方向兩地分別豎起同高的表杆(通常高8尺，相當於1.88米)，然後測量表杆的影子，並根據“寸影千里法則”(日影差一寸，實地相距千里)推算南北兩地距離，並把夏至日的影長為1.5尺的地方視為方形大地的中心。據《周禮》記載，這個地點在陽城(今河南登封)，這也反映了古人“天圓地方”的觀念。
“寸影千里”是相當粗略的經驗值，後來被南朝天文學家何承天、隋代天文學家劉焯和唐代天文學者僧一行、南宮說等的理論和實測所否定。
早在西漢的《淮南子》中，就記載了測量太陽高度的基本方法，到三國時，吳國人趙爽在為《周髀算經》作注時，繪製了日高圖。日高圖是利用雙杆測量日影推算太陽高度的示意圖，利用相似三角形邊長成比例的原理測得太陽高度和兩地的較遠距離，為間接測量提供了方法。數學家劉徽說：“凡望極高，測絕深，而兼知其遠者，必用重差。”他流傳至今的《重差》有9個算例，包括測算海島、山松、樓房的高度，測算城池的大小，測算澗谷的深度，測算河口、湖塘的寬度等。
漢代以後，先後發明了渾天儀、覆矩、牽星板等測量工具，天文測地活動更加活躍，方法更為精密，先秦常用的步量、丈量、立杆測影方法也仍然具有生命力。到了明代萬曆十年(1582年)，意大利傳教士利瑪竇來華，帶來了西方的天文測地方法。為了編修曆法，在禮部侍郎徐光啟的主持下，崇禎二年(1629年)，成立了由西方來華人員參加、採用西方測算方法的西局，並與採用中國傳統天文測量方法的中局一起，共同進行天文觀測。經過5年的準備，製造了象限大儀、紀限大儀、平懸渾儀、列宿經緯天球、萬國經緯地球、候時鐘、望遠鏡等10種新式儀器，並開始實施以測時刻、定方位、測子午、測北極高度為內容的實際觀測，西法取代中法的趨勢已經顯露出來。清代前期與後期兩次全國性地圖測繪，都採用了近代西方天文測繪方法。
方向、圖例、比例尺：古人怎樣畫地圖
明末彩繪本《固原州輿圖》非常奇怪，整個地圖呈放射狀，繪圖者立在中央，地圖呈現的是其面向四方看到的情景；而且與現在常用的上北下南方向不同，此圖是上東下西左北右南。據國家圖書館古籍館副館長蘇品紅介紹，依古代的科技水平，很容易確定方向，但古人繪製地圖經常根據現實需要來確定方向，有時會標註，有時不標。
明代羅洪先編的《廣輿圖》被一張方格網均勻分割開來，像是現代的經緯線。據介紹，這是古代按比例尺繪製地圖的輔助線，稱為“計裡畫方”，方格中邊長代表實地裡數。據記載，此法始於我國晉代裴秀提出的“製圖六體”原則。“六體”一為“分率”，即今之比例尺；二為“準望”，用以確定地貌、地物彼此間的相互方位關係；三為“道里”，用以確定兩地之間道路的距離；四為“高下”；五為“方邪”，即地面坡度的起伏；六為“迂直”，即實地高低起伏與圖上距離的換算。這在我國地圖史上具有里程碑意義。裴秀曾以一寸折百里的比例編制了《地形方丈圖》，唐代的賈耽以每寸折百里的比例編制了《海內華夷圖》，北宋的沈括以二寸折百里編制了《天下州縣圖》(又稱《守令圖》)。到了元代，朱思本用此方法繪製的全國地圖《輿地圖》，精確性又超過前人，併為明代《廣輿圖》的繪製提供了參考。
《廣輿圖》與現代地圖的面貌相去無幾，精確但顯得單一，而清代的《避暑山莊全圖》、《江西全省圖》、《五臺山勝境圖》、《西湖行宮圖》等，畫面上山巒重疊，建築精巧細緻，筆墨精妙，讓人很難分辨這到底是山水畫還是地圖。據介紹，這是我國傳統地圖繪製的形象畫法。
《鄭和航海圖》就是根據鄭和遠航“西洋”所繪的路線圖。全圖以南京為起點，最遠至非洲東岸的慢八撒(今肯尼亞蒙巴薩)，圖中標明瞭航線所經亞非各國的方位，航道遠近、深度等。
《坤輿萬國全圖》是明內廷根據利瑪竇的手繪本摹繪的。利瑪竇帶來的世界地圖在1584年完成了中文標註出版，取名《山海輿地全圖》。這幅精美的地圖曾引起當時士大夫們的極大興趣，但當聽說中國僅僅是東方的一部分，而且所佔面積竟是如此之小，沒有置於全圖的中心時，大臣們非常憤怒。利瑪竇於是在後來繪製此圖時，便把本初子午線進行了投影轉移，將中國繪在正中央。
利瑪竇和後來的傳教士教會了中國人使用經緯度定位法。《山海輿地全圖》顯示地球為圓形，這無疑使中國人的宇宙觀念和中國的地圖學說產生了革命性的飛躍。到了清朝康熙年間，人們用實地測量和西方的經緯線投影法，歷時10年完成的《皇輿全覽圖》，就是一幅我國在科學的地理觀和科學的方法指導下繪製的實測全國地圖，其意義十分深遠。
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