大禹治水的故事家喻户晓，据《史记》记载，他“左准绳，右规矩”，手执测绘工具，“行山表木，定高山大川”。据传说，黄河之神河伯曾送给大禹一块刻着黄河流域地图的石板。这些都是当时地图测绘的反映。平治洪水后，大禹巡行天下，划华夏大地为九州，并调查各地的物产与土地，以此确定贡赋，由此形成了先秦地理名著《禹贡》。从此之后，“九州”成为中华大地的代称，“禹贡”则成为地理著作的专称。
要画出地图，首先要进行测量，古人的测量方法由简到繁，发展出诸多办法。
据《春秋纬》说，五帝之一的炎帝，为了度量大地而远涉几十万里。大禹也曾派遣太章从东到西、竖亥自北至南步量国土，可见当时步量(踏勘)是大地测量的基本方法之一，以至于几千年之后，还有人把地图命名为《禹迹图》，意即大禹的足迹。
依据西汉刘歆《西京杂记》记载，当时有一种记道车，可以计算行路里程，东汉张衡将其改进后称为记里鼓车。这种车利用差速齿轮原理，行车十里则敲鼓一次，敲鼓满十则敲钟一次，大大提高了里程测量速度。
立杆测影是利用测量日影的长度推测距离、位置的方法。具体方法是：在同一天的中午，在南北方向两地分别竖起同高的表杆(通常高8尺，相当于1.88米)，然后测量表杆的影子，并根据“寸影千里法则”(日影差一寸，实地相距千里)推算南北两地距离，并把夏至日的影长为1.5尺的地方视为方形大地的中心。据《周礼》记载，这个地点在阳城(今河南登封)，这也反映了古人“天圆地方”的观念。
“寸影千里”是相当粗略的经验值，后来被南朝天文学家何承天、隋代天文学家刘焯和唐代天文学者僧一行、南宫说等的理论和实测所否定。
早在西汉的《淮南子》中，就记载了测量太阳高度的基本方法，到三国时，吴国人赵爽在为《周髀算经》作注时，绘制了日高图。日高图是利用双杆测量日影推算太阳高度的示意图，利用相似三角形边长成比例的原理测得太阳高度和两地的较远距离，为间接测量提供了方法。数学家刘徽说：“凡望极高，测绝深，而兼知其远者，必用重差。”他流传至今的《重差》有9个算例，包括测算海岛、山松、楼房的高度，测算城池的大小，测算涧谷的深度，测算河口、湖塘的宽度等。
汉代以后，先后发明了浑天仪、覆矩、牵星板等测量工具，天文测地活动更加活跃，方法更为精密，先秦常用的步量、丈量、立杆测影方法也仍然具有生命力。到了明代万历十年(1582年)，意大利传教士利玛窦来华，带来了西方的天文测地方法。
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