先秦測量和地圖的記載
傳說約4000多年前的夏代，曾發生洪水，禹繼父業治水，曾命諸侯百姓“興人徒以傅土，行山表木，定高山大川”。他們跋山涉水進行野外作業，“左準繩、右規矩，載四時，以開九州，通九道，陂九澤，度九山”並“相地宜所有以貢”。因治水直接推動了地理考察、測量和製圖的發展。“準”是測量方向與物體平直距離的工具；“繩”是測量距離的工具；“規”是校正圓的工具，“矩”可以構成直角，是畫方形的曲尺。這表明當時已經出現了最早的地理定向、定位和量度數據的方法。漢畫像石上繪出了禹的使臣，拿著繪圖與測量的儀器“規”和“矩”。在測量的基礎上，使地理概念得到了極大的豐富和發展。
在我國古代的典籍中，有許多關於測繪技術和地圖的記載。如《漢書·蕭何傳》說：
“沛公至鹹陽……何獨先入，收秦丞相禦史律令、圖書藏之。沛公具知天下隘塞、戶口多少、強弱處、民所疾苦者，以何得秦圖書也。”
這說明遠在秦代，方誌、圖籍已廣泛應用於行政管理的實際工作中，地形、道路、戶口、賦稅、物產的經濟狀況等內容都可能反映在方誌、地圖之中。蕭何很有遠見收藏掌握了這批圖籍，為劉邦集團戰勝項羽集團提供了基礎信息。
由於年代久遠，古地圖失傳，當時地圖精確到什麼程度？是什麼樣子？長期以來一直是個謎，難於得到驗證。
天水放馬灘出土的秦墓地圖
1986年甘肅天水放馬灘在公元前238年下葬的秦墓中出土了七幅木刻地圖。它們分別為政區圖、地形圖和經濟圖。圖的方位上北下南、左西右東，載地名28處，山名二處，溪穀、關隘、亭都有記載。圖中沒有明顯的比例尺，和今圖對比推算，約1/30萬。圖中以水係為坐標係統。
地圖所繪很可能是放馬灘鄰近地區，一是嘉陵江上遊的永寧河上段；另一條是嘉陵江上遊的西漢水。兩條水係的分水嶺是嶓塚山。河流用單曲線表示，各圖水係大體正確。圖的內容計有：河流、分水嶺山脈、居民點、道路、關隘。其中有許多文字注記，如地名、山名、溪名、穀名，也表示了森林的分布和道裏的數字。地圖是按照一定方位繪製的，上為北方，有水平直線距離。
此圖的東西相距312華裏，南北204華裏，總平方麵積約6.4萬平方華裏。河流呈樹枝狀水係。表明了有些地方是鬆林砍伐區。道路用單曲線表示。治所在第二台地上。
這是世界上最早的木刻地圖。
馬王堆漢墓出土的地圖
1973年在湖南長沙馬王堆三號墓中出土了三幅繪於絹帛上的地圖，即“地形圖”、“駐軍圖”和“城邑圖”，都未注圖名、比例尺和繪圖時間。據此墓隨葬木牘記載應為漢文帝十二年（前168）入葬，至今已有2100多年了。
地形圖漢代通稱為“輿地圖”，是一幅長、寬各96厘米的正方形彩繪地圖。繪製地區的範圍大約是今天東經111°～112°30′；北緯23°～26°之間。它可能是墓主人駐防地區，當時長沙國南部，包有今湖南（嘉禾縣以西）、廣東（連縣以西，南至洙江口外南海）及廣西（全州縣、灌縣以東）的交彙處。即今湘江上遊、瀟水和南嶺九嶷山一帶。（金應春、丘富科：中國地圖史話，科學出版社，1984年版）圖幅以上為南，下為北，方位係統正好與今天的地圖相反。內容包括山脈、峰、河流、水源、居民地（鄉、裏、縣城）、道路。圖中用統一的符號，詳細、準確地表示地物。主區外的鄰區，圖幅內容粗略。與今天同區地形圖比較，自然地物與現代地形圖位置大體相似。據此可以推測此圖可能是經過實測或者部分實測而繪製出來的。即它是以實測作為基礎繪製的。圖中九嶷山脈用水平山形線和陡崖符號相配合。這種設計歐洲大約到13世紀以後才出現在地圖上。圖中共80多個居民點分別用方框、圓圈兩類符號分級；20多條道路用虛、實兩種線區分；特別是30多條河流的位置、水係結構特點和河流流向與現在地形圖同地區水係大同小異。（陳述彭：地圖史話，中國青年出版社，1980年版）整幅地圖的名稱、注記很有規律。地形圖的比例平均數為1/18萬。
居民點以大小不同，在地形圖上可以分為二級。也許是縣級和鄉村級，其中縣級居民點共8個，裏村級居民點約74個。縣級行政單位的駐地——縣城用矩形表示，裏村一般用圓圈表示，圓圈的大小不等，可以相差好幾倍。縣級的矩形符號大小也不等，也相差好幾倍，這可能是反映了居民的規模大小不同。大部分縣城和居民點之間都有道路相聯係。這是符合交通路線與城鎮居民點之間的實際關係的。道路大多用粗細不均的實線表示，粗的可能表示道路的重要與人流、貨流或道路質量的情況。細的則比較次要，人流、貨流可能較少，道路質量可能不如粗的。少數道路用虛線表示，這可能是小路或毛路。繪製的河流中有9條有注記名稱，所有的河流上源細而下遊粗，符合河流發育的實際情況。
地形及其中的山脈采用閉合的山形線表示，這與現代的等高線法很相似。山形閉合線內側加上暈渲，使山脈的分布、高度、走向、延伸方向等反映得既精確又有立體感。如在閉合山形線上加魚鱗小曲線層疊交錯表示山巒起伏叢立，又添了九條高低不同的柱狀符號，表示九嶷山的九座主要山峰，使整幅地形圖更具立體感。這表明當時已具備粗略的投影概念。
馬王堆《地形圖》出土前我國所能見到的是西安碑林中所刻的《禹跡圖》和《華夷圖），它們是1136年刻的。《地形圖》比它們早1300多年，繪製的水平、精確度遠較此二圖為高。反映當時具有較精確的測算技術和豐富的地理知識。
《駐軍圖》是一幅高98厘米，寬78厘米，用黑、朱紅、田青三色彩繪成的彩色軍用地圖。反映當時軍隊守備作戰的兵力部署，左為東，上為南與今天地圖方位相反。主圖區在今湖南江華瑤族自治縣瀟水流域，範圍約250公裏，比例尺1/8萬～1/10萬，相當於《地形圖》的中部偏東南部位。
內容據其軍事專門用途、突出駐軍名稱、布防分布位置、城堡、要塞、烽燧點、水池、防區界線等。把與駐軍活動有關的內容，用鮮豔奪目的重色表示在主要層次之上。顯眼的三角形城堡，表示大本營，紅、黑兩色套框表示要塞。而將一般的山脈，河流等地理基本要素用淡調的田青色標出，放到了圖麵的底圖次要層次之上。層次分明，一目了然，這與現代專門地圖的多層次平麵表示法相類似。山脈用“山”字形象形符號，山脊用單線表示走向。河流用田青的淡色。這就減輕了非專門內容在圖麵上的載負量，達到突出專門內容、突出主題的實際效果。居民點在圖中至少有49處，用紅圓圈表示，其旁注明戶數，無人居住也注明，有人的居民點最多108戶，最少12戶。道路多與主要居民點相連，用醒目的朱紅色表示。駐軍營地選擇有利地形條件。城堡多選擇環水靠山之處，並分設崗樓控製地形。它體現了中國傳統的複式兵力部署，重視利用地形的守備思想。它是現在世界上所能見到的最早的彩繪軍事地圖，體現了當時精湛的地理地圖知識水平。圖中所繪範圍為《地形圖》上的東南部分，即今湖南南部江華瑤族自治縣的沱江流域，圖的比例約為八萬分之一至十萬分之一，比《地形圖》放大了近一倍。為了突出駐軍名稱、城堡、要塞、烽燧點、水池、防區界線等，圖中將軍事地物用鮮豔的深顏色表示，而對於一般的山脈、河流等地理要素則用淡色表示。這種分層設色的繪製技術，實際上就是現代專用地圖的兩層平麵表示法。圖中清楚地標明了當時一線兵力、二線兵力、指揮部、預備隊等構成的梯形軍事部署。在防區的山脊上還標繪出7個烽火台，它們既是前沿觀察哨所，也是當時的通訊聯絡設施。
《城邑圖》是出土的中國最早的城市平麵圖。長約40厘米，寬約45厘米。圖上繪有城垣、城門、城堡樓閣、城區街道、宮殿、房院等。城牆的亭閣是藍色的；街坊庭院是雙線紅色的。城內街區用寬窄不同的線條分出主街道與次（支）街道兩級。宮殿、城堡等建築物用象形符號表示。此古城外形呈四方形、居民房院也如現在北方的“四合院”。城邑圖的出土為研究我國漢代及以前城邑的規劃、布局、結構、設防等許多城市地理問題，提供了第一手的珍貴資料。當時地圖繪製都建立在測量基礎上，漢代磚刻上的“記裏鼓車”形象地反映了當時遠距離測量的工具與測量水平。這在世界的測量史上也有著一定的意義。
天水放馬灘和馬王堆出土的西漢地圖，是目前世界上保存下來最古的地圖，它比古羅馬托勒密（99～168）《地理學指南》一書中的地圖早300至400年，為地圖學史增添了光輝的一頁。
裴秀（224～271）字秀彥，河東聞喜（今山西聞喜縣）人。公元268年他官至司空，位列主管工程、屯田、水利、交通的副宰相。由於職權範圍和工作需要，他接觸和使用到大量的地圖和地理書籍，使他研究地理問題與領導地圖製作。《晉書·裴秀傳》說他：“又以職在地官，以《禹貢》山川地名，從來久遠，多有變易，後世說者，或強牽引，漸以暗昧，於是甄摘舊文，疑者則缺，古有名而今無者，皆隨事注列，作《禹貢地域圖》十八篇奏之，藏於秘府”。《禹貢地域圖》也即當時的一部全國地圖集是怎麼繪製出來的呢？他“上考《禹貢》山海川流，原隰陂澤，古之九州及今之十六州郡國，縣邑疆界鄉陬，及古國盟會舊名，水陸徑路，為地圖十八篇。”可見其範圍涉及“古之九州及今之十六州郡國”，表現了山海、川流、原隰、陂澤、古國盟會舊名、水陸路徑、縣邑、疆界、鄉陬等。此圖集可能有總圖二幅，一為“古九州”圖；一為今“十六州郡國”圖。然後又依十六州郡國，各有一幅圖，共計十八幅，成為反映當時全國古今及各州郡國的一部地圖集。這一巨大工程，由他組織領導，在門客京相璠等人的協助下完成。
此外，他還編過《方丈圖》，把漢朝的全國地圖以一寸為百裏（約1：180萬），縮成一幅晉朝的《方丈圖》。此圖“備載名山都邑，王者可不下堂而知四方也。”
由於長期測繪工作的實踐，在《晉書·裴秀傳》中留下了我國三世紀係統、科學、合理的製圖理論，也即“製圖六體”，今譯如下：
“繪製地圖有六項法則：一為“分率”，即比例。用它折算圖與實際地物之間的數量關係。二為“準望”，即方位。用它確定地物的位置、方向。三為“道裏”，用它確定地物間的距離。四為“高下”；五為“方邪”；六為“迂直”。後三條法則的使用各因地製宜，都是用來校正由於地形起伏、方向偏差和物體之間迂回彎曲而引起的誤差。地圖隻有形狀沒有比例尺，就不能判斷遠近與大小。隻有比例沒有方位，雖然某一處正確了，但在其他方向必然產生差錯。有了方位沒有其間距離的準確數據，那麼在山海相隔之處就無法正確表示在圖上。有了距離間的裏數，如果沒有考慮地麵起伏、方向曲折引起的偏斜及道路迂回曲折引起的誤差，那麼圖上的裏程數必然和實際的距離不一致，方位也會不正確。所以，這六條製圖法則在使用時要互相參照。地物雖然受高山、大川的阻隔，即便難於到達絕險之地，以及高低曲折產生的誤差都可以校正，而使地形、地物較為準確地反映到地圖上來。”
製圖六體的前三條法則，闡述了地圖的比例、方位和距離，是現代地圖繪製不可缺少的數理元素。後三項原則論述如何正確確定表達兩點距離的方法。要考慮由於地麵起伏、方向偏斜和將曲線變為直線產生的誤差。即將斜距歸化為水平距的改正（高下）；方向偏差的改正（方邪）和曲線改正（迂直），最後才能得到不帶或少帶誤差的“飛鳥直達”距離。
裴秀的“製圖六體”是漢魏製圖實踐的理論總結，奠定了中國中古時期製圖的理論基礎，使古老的製圖學奠定在數學科學的基礎上。此理論一直應用到明朝末年，運用了1400多年。因此它是有劃時代的突出意義的。所以英國李約瑟教授稱裴秀為“中國製圖學之父”。
“製圖之體有六焉。一曰分率，所以辨廣輪之度也。二曰準望，所以證彼此之體也。三曰道裏，所以定所由之數也，四曰高下，五曰方邪，六曰迂直，此三者各因地而製宜，所以校險夷之異也。有圖像而無分率，則無以審遠近之差；有分率而無準望，雖得之一隅，必失之他方；有準望而無道裏，則施於山海絕隔之地，不能相通；有道裏而無高下、方邪、迂直之校，則徑路之數必與遠近之實相違，失準望之正矣，故以此六者參而考之。然後遠近之實定於分率，彼此之實定於準望，徑數之實定於道裏，度數之實定於高下、方邪、迂直之算。故有峻山巨海之隔，絕域殊方之迥，登降詭曲之因，皆可得舉而定者。準望之法既正，則曲直遠近無所隱其形也。”
僧一行及其子午線測量
僧一行，俗名張遂（683～727），魏州昌樂（河南省南樂縣）人（後晉·劉等《舊唐書》卷191）。自幼刻苦好學、博極群書，及長因追求真理、逃避權勢而到嵩山削發為僧。人稱僧一行，開元五年（717）隨族叔禮部郎中張恰到京城長安，任唐玄宗的天文顧問。此後他編了“大衍曆”，推廣劉焯的“關於太陽運行不等速”內插法公式，參加製成渾天銅儀和黃道遊儀等。使用新創製的許多天文儀器，重新測定了150多顆恒星的位置，並多次測量二十八宿距天球北極的度數。發現前人測定的不少數據不確。他據自己觀測的結果，推斷恒星本身在天球上的位置是不斷變動的。從而成為世界上第一個研究恒星運動的人。總之，一行在天文、曆法和大地測量上都有卓越的貢獻。
遠在隋代大業初年（約604～607）劉焯就提出：“請一水工（搞水平測量的工人），並解算術之士，取河（黃河）南北平地之所，可量數百裏。南北使正，審時以漏，平地以繩……則天地無所匿其形，辰象無所逃其數。”大業三年（607）隋煬帝下令各地測影。此時因劉焯逝世而不果。一百多年後，為了製訂完善的曆法，於開元十二年（724）起，僧一行發起與主持了實地測量子午線長度。選擇測量了林邑（位於越南中部，約北緯18°）；安南都護府（位於今越南）；郎州武陵縣（今湖南常德）；襄州（今湖北襄陽縣）；蔡州上蔡武津館（位於北緯33°8′）；許州扶溝（河南扶溝縣，約北緯34°3′）；汴州浚儀太嶽台（位於今河南浚縣北緯34°8′）；滑州白馬（今河南滑縣北緯35°3′）；太原府（今山西太原）；蔚州橫野軍（今河北蔚縣）；鐵勒（約在北緯51°）；陽城（河南登封告城鎮）；洛陽等13處。他們選擇白馬、浚儀、扶溝、武津一帶南北五百餘裏的平坦地麵上，觀測日影長度差（晷差），並實地丈量距離，又測出上述四點的北極星高（緯度），這樣就算出北極高度相差一度，即緯度差一度地麵上南北距離的差值，結果是折合今122.8公裏，比今值多11公裏多（今值110.6公裏）。這也就是子午線一度弧的長度。
僧一行和南宮說等人的這次大地測量是世界上第一次子午線長度的實際測量。它開創了我國通過實際測量來認識大地麵貌的道路。著名科學家英國的李約瑟認為這是科學史上的創舉。
公元前3世紀的埃拉托色尼（前274（？）～前194）也利用日影去計算子午線的長，但僅是推算性質，沒有實際丈量地麵兩點間的距離。此後國外子午實測最早的是公元814年，由阿爾·馬蒙（Al-Mm，786—833）等人進行。他們在幼發拉底河的新查爾平原和苦法平原，測得子午線一度長為111.85公裏。其測算精度雖比僧一行等人測算的精度高，但時間比我國晚了90年。