郭守敬在700多年前，就在测绘地图上提出了“海拔”的概念

郭守敬字若思，顺德邢台（今河北邢台市）人。生于南宋绍定四年（1231年），卒于元延佑三年（1316年）。是元代著名的天文学家和水利学家。

郭守敬一生的科学活动，主要在天文测量及水利方面。《元史・郭守敬传》载，元至元十六年（1279年），郭守敬任同知太史院事，为主持修订历法之需，建议在：

“远方测验日月交食时刻不同、昼夜长短不同、日月星辰去天高下不同”。

他的建议获得元世祖忽必烈的称赞和支持。他很注重仪器的改进，认为历法之根本在于测验，而测验之器莫先于仪表。于是创制了简仪、高表、候极仪、浑天仪、玲珑仪、定时仪等十多种精巧的天文仪器。这些仪器既精确、灵巧，又简便，在纬度测量中起了重要作用。

郭守敬为这次测量工作做了周密的准备，选择东西宽6000里、南北长1.1万里的广大区域，在其中设置27个观察站，自任总指挥。这次测量的内容之多、范围之广、精确度之高，是我国测绘史上空前的。

他在27个观测站中，又精心筛选出7个观测点，即南海（今南海上的一个岛屿）、衡岳（今湖南衡山）、岳台（今河南开封市西北）、和林（今蒙古鄂尔浑河上游东岸哈尔和林）、铁勒（今俄罗斯安加拉河、叶尼塞河）、北海（今俄罗斯下通古斯卡河下游）和大都（今北京市）。除大都是首都外，其他6个观察测点从南到北代表了各大区域，相邻两点纬度的间隔均为10度。这7个观测点的项目较其他20个点齐全。

此外，郭守敬用自制的仪器，测定出黄道面与赤道面的交角为23°33′5″.3。根据现代天文学理论推算，郭守敬时代的黄赤交角应是23°31′58″.5，与郭守敬当时测量的结果只有1′6”.8的绝对误差。在700年前能达到如此精确的程度，简直是个奇迹！

我国古代对地理经度的认识要比纬度晚得多，直至元初才建立起朴素的经度概念。当时已知道同一月蚀现象，在塔什干（今新疆塔什库尔干）和中国内陆两地出现的时间不同。用今天的话说就是因这两处的经度不同。

耶律楚材在西域观察天象时发现，《大明历》关于月蚀实际发生的时刻在中原地区相差甚少，在寻斯（今乌兹别克斯坦撒马尔罕）误差很大。究其原因，是寻斯离中原远达万里，东西两地相距遥远，时差也大。耶律楚材指出：

“以寻斯干城为准，置相去地里，以四千三百五十九乘之，退位，万约为分，日里差”，“以东加之，以西减之”（《庚午元历》）。

耶律楚材把寻斯干作为地理经度的起始标准，把某地与它的距离乘上个数字因子，称作某地的里差，并在《庚午元历》中多次应用，开创了后世天象预报中进行地理经度改正的先例。

在元朝，已经出现画有经纬度的地球仪，此地球仪由回族天文学家扎马鲁丁所制作。关于该地球仪的形状《元史・天文志》记载:

“其制以木为圆球，七分为水其色绿，三分土地，其色白。画江河、湖、海，脉络贯穿，于其中画作小方井，以计幅员之广阔，道里之远近。”

这里的“小方井”显然是经纬度。此即画有经纬度的西域仪象。

至元八年（1271年），郭守敬升任都水监，后又并工部（掌管全国各项工程、工匠、水利等事务），任工部郎中。至元十二年（1275年），奉命勘察黄平原的地形，调查通航路线，建立水骚。

他自孟津（今河南孟津县东南）以东，沿黄河故道，在方圆几百里的广阔区域内进行了地形测量，把地势倾斜变化及适宜开渠分杀河势一一绘入地图。为了得到两地间的高差，据《元朝名臣事略》载:

“尝以海面较京师至汴梁地形高下之差，谓汴梁之水去海甚远，其流峻急，而京师之水去海至近其流且缓。”

郭守敬首先提出以海水平面作为高程起算的基准面，也是测绘地图史上最早使用有关“海拔”的思想。郭守敬提出的海拔高程概念，在我国乃至世界测绘史上都具有重要意义。今天已广泛应用于世界各国地形测量的海拔高程，郭守敬在700多年前就已提出，并应用于实地水平的测绘。

在元朝，已有画有经纬度的西域地球仪传入中国。那时我国不但进行纬度的测量，且萌发了朴素的经度概念，甚至在天文学中开始以地理经度改正日历的创举。应该说，在测绘地图方面已具备了由“计里画方”向经纬度过渡的可能性。但由于“天圆地方”说仍占统治地位，使传统的地图绘制没有得到根本的转变。