隋唐至宋时期地图|葛剑雄文集巡礼

四、隋唐至宋时期的地图

（一）隋唐的图经和地图

《隋书·经籍志》收录了《周地图》109卷，唐代的学者往往引述为《周地图记》。如唐李贤为《后汉书·刘焉传》作注时引《周地图记》：“褒谷西北有古阳平关。”张守节《史记正义》引《周地图记》：“长安城南为斗形，北为北斗形。”从所引内容看，显然已是以文字叙述为主，而地图反成了次要的内容。《周地图》与《周地图记》应该是一部著作的不同名称，作者不详，从唐初学者广泛引述这一点看，作者大概是北周末年或隋代一位有影响的学者，或者就是一部官方编纂的地理书。

这类以文字为主、地图为辅的地理书——图经（图志、图记），在隋唐时期得到了蓬勃的发展，如隋郎蔚之的《诸州图经集》一百卷、虞茂的《区宇图志》等，还有地区性的图经，如《雍州图经》、《洛阳图经》等。无论是全国性的，还是地区性的，“图经”的名称或形式一直被沿用，直到唐朝后期都是如此。如李吉甫成书于元和八年（813年）的著名地理总志《元和郡县图志》。但由于编纂者和使用者都越来越重视文字记载，而且为了要与书籍一起流传，地图的比例尺必定受到很大的限制，不可能相当精确，所以这类地图一般只能起到示意作用。即便如此，在流传过程中地图往往还是难以保存，如《元和郡县图志》中的“图”到北宋就已散佚，以至书名也改成《元和郡县志》了。

对各级行政区的图经编纂和地图的绘制，唐朝政府已有明确的规定。以州（府）为单位绘制的地图每三年要上报一次，建中元年（780年）起曾改为每五年一次，以后又恢复到三年一次，但如果辖区内有政区的改变调整或发生河流改道等自然环境的变迁，就应随时绘制新图上报。还规定，各州（府）每五年编纂一次图经，如有政区改变或调整也必须随时修订。中央政府的兵部设有专门管理全国地图的官员——职方郎。在藩镇割据或发生战乱的年代，及时上报图经或地图还成为效忠于朝廷的象征。如元和五年（810年），义武节度使张茂昭效忠朝廷，随带所属易、定二州的印信、钥匙、地图、户籍等到达首都朝见皇帝。唐朝后期，张义潮等领导河西官民驱逐吐蕃，重归唐朝，大中五年（851年）张义潮奉瓜、沙、伊、肃、鄯、甘、河、西、兰、岷、廓11州（今新疆吐鲁番以东、河西走廊、甘肃中南部）地图于朝廷，标志着唐朝对该地区统治的恢复。

在此基础上，朝廷定期编绘全国性的地图。由于唐朝从贞观元年（627年）开始就分天下为十道，所以这一类地图都称之为“十道图”。见于史籍记载的有《长安四年十道图》13卷、《开元三年十道图》10卷和李吉甫《元和十道图》10卷这三种，只是众多“十道图”中最为著名并有幸留下名称的极少数。从长安四年的一种与开元三年的一种仅相隔11年看，这类图应该是定期编绘或修订的，其内容应包括山川、户口、赋税、国界、国内政区界、州（府）县总数、文武官员总数、薪俸等，大部分内容只能用文字来记载，地图的篇幅不可能很大。“十道图”是朝廷查阅全国各地基本状况的重要资料，成为中央政府制定和实施政令的根据。

正因为如此，在随后的五代期间（907—960年），尽管统一已不复存在，但各朝仍继续编绘“十道图”，如后唐长兴三年（932年）曾调整图上各道和都城的次序，后晋开运二年（945年）曾修改其中有关官员任用的内容。直到北宋初年，“十道图”还是考定州县等第、官员俸禄、刑法、户口、赋役等的根据之一，到景德四年（1007年）和大中祥符六年（1013年）还在重修。但因宋朝已不采用“道”的区划，此后修成的图改称为“九域图”。

以图经为基础的地区性或全国地图主要出于行政需要，内容偏重于政治、经济、社会方面，对山川形势等自然地理要素往往忽略，不能适应特殊需要，如军事、交通等，因而当时还产生了一些专门地图。大历八年（773年）吐蕃占据陇西，朝廷大臣一般都认为关中以西无险可守，而宰相元载了解陇西和河西走廊的地理状况，提出可以分兵把守石门、木峡、陇山的关隘，还可以设置鸣沙县、丰安军作为侧翼，与北部灵武一带的五城相呼应，为此他还将这一地区的地形画成地图献给唐代宗。元和（806—820年）初，朝廷正忙于对付割据多年的魏博诸镇，宰相李吉甫专门画了一幅标明“河北险要所在”的地图献给唐宪宗，宪宗将图挂在浴堂的门壁上，经常观察，每次讨论军事形势时都加以对照。大中六年（852年），朝廷下诏陇州防御使薛逵移筑故关，薛逵完成移关工程后，将新关周围的形势画成地图上报，皇帝看了地图后，认为新关“得其要害”，非常满意。可见这幅地图对地形的表示是很具体而直观的。

唐代疆域辽阔，中原与边疆地区、唐朝与境外各国间的往来交流极其频繁，因而比较注意地理资料的积累和地图的编绘。凡是“蕃客”（泛指外国人和边疆少数民族）来到首都，负责接待的鸿胪寺官员都要详细了解他们所在的国家或地区的“山川风土”（自然地理和人文地理状况），然后绘制成地图上报。出于政治、军事的需要，唐朝还注意收集邻国或藩属国的地图，如高丽、突厥都曾向唐朝贡献地图，显然是出于唐朝方面的授意。贞观二十年（646年）伽没路国（今地不详）也曾向唐朝进贡地图。有机会到外国的使臣、将领，巡视边疆地区的官员还主动将自己的经历和见闻绘成地图。如王玄策自贞观十七年（643年）起曾三次出使印度，显庆二年至龙朔元年（657—661年）第三次出访时到过泥婆罗（今尼泊尔）、罽宾（今阿富汗东北一带）等地，以实地见闻编成《中天竺国行记》十卷、图三卷。许敬宗出使康国（今乌兹别克斯坦撒马尔罕一带）、吐火罗（今阿富汗北部）归来后，献上《西域图记》60卷。贾言忠也曾将辽东的山川地势图上报朝廷。

（二）贾耽及其《海内华夷图》

贾耽（729—805年），字敦诗，因生前曾被封为魏国公，后人又称为贾魏公；沧州南皮（今河北南皮县）人，是继裴秀之后又一位杰出的地图学家。

贾耽30岁才踏上仕途，开始只是一个九品县尉，50岁时升任鸿胪卿。他的主要职责是负责接待境外来宾，因而有机会“通夷狄之情”，获得大量有关四方边疆和外国的第一手资料。贞元九年（793年），贾耽64岁时出任宰相，直到76岁逝世。贾耽在政治上并无什么作为，但他的地理学和地图学成就却相当突出，身居高位，能够掌握和使用大量重要的地理资料当然是他的有利条件，但决定因素还是他经世致用的宏愿和卓越的地理学识。

贞元十四年（798年），贾耽根据长期积累的资料，绘成一轴《关中陇右及山南九州等图》，献给唐德宗，供他了解失陷于吐蕃多年的陇右地区的地理状况。为了弥补图面内容的不足，还附有注记性质的《别录》六卷和《吐蕃黄河录》四卷。在献图的表文中，贾耽提到“晋司空裴秀创为六体”的制图理论，称之为“为图之新意”，并说“臣虽愚昧，夙尝师范”（我虽然愚昧，但长期以来一直在学习制图六体，并以此为榜样），可见这幅地图是按照制图六体绘制的。

在完成此图之前，贾耽就有了绘制全国地图的计划，积十年功力，终于于贞元十七年（801年）、他72岁时完成了《海内华夷图》和作为文字附录的《古今郡国县道四夷述》40卷。从他献图的表文中可以知道，早在兴元元年（784年）他就接受了皇帝令他修撰“国图”的命令，但因不久就出任地方职务，不能专心研究，晚年才得以集中精力于地图编绘，前后历时近30年。由技工画成的这幅大地图宽三丈、长三丈三尺，比例尺是“一寸折成百里”（约相当1∶150000），区分出中原和“左衽”（少数民族）地区，显示山脉的走向和河流的源流。按比例尺推算，该图覆盖的范围东西有30000里，南北达30000里以上。虽然表文中没有说明该图起讫的年代，但从《古今郡国县道四夷述》“中国以《禹贡》为首，外夷以《班史》发源”来看，图上所绘中原内容的上限是《禹贡》时代，周边地区的上限是《汉书·地理志》所载，是一幅自先秦至9世纪初的历史地图。

在这幅地图中，贾耽首创了一种以不同颜色描绘古今不同的地名，加以对照的办法，即“其古地名题以墨（黑），今州县题以朱（红）”。这种“古墨今朱”（以黑色注记古内容，以红色注记今内容）的方法是贾耽首创的，由于有便于对照、一目了然的优点，特别适合古今地名变化频繁的中国历史地图，以后一直被沿用。清末民初杨守敬绘制《历代舆地图》和《水经注图》时还是采用这一方法，1982年出版的、由谭其骧教授主编的八册《中国历史地图集》也继承了这一传统，全部图幅都有古今对照。

图11　《华夷图》拓本

这样巨大的一幅地图当然很难保存，所以没有能流传下来。但现存于西安碑林的、于1136年（刘豫阜昌七年）刻石而成的《华夷图》（图11）上刻着：“四方蕃夷之地，唐贾魏公图所载凡数百国，今以其著闻者载之。”可见当时或许还有《海内华夷图》的摹本或简编本流传，所以《华夷图》能在一定程度上反映出贾耽原图的面貌。

（三）《五岳真形图》与等高线的运用

研究中国科技史的学者在一本刊行于17世纪的《五岳真形图》中发现了一幅《东岳真形图》，这幅图用墨迹勾绘出了泰山山脉的形状和走向。当他们将这幅图与现在用等高线表示的泰山地图对比时，发现居然大致相同（图12）。根据《五岳真形图》的说明，原图是唐朝人所作，早已散失，作者也已不可考。但在相传为西晋葛洪所作的《汉武帝内传》中，可以发现一些线索：

帝又见王母巾笈中有一卷书，盛以紫锦之囊。帝问此书是仙灵方耶，不审其目可得瞻盼否？王母出以示之曰：“此五岳真形图也。……岂汝秽质所宜佩乎？……”帝下地叩头，固请不已。王母曰：“……乃因山源之规矩，睹河岳之盘曲，陵回阜转，山高陇长，周旋逶迤，形似书字。是故因象制名定实之号，书形秘于玄台，而出为灵真之信。诸仙佩之，皆如传章；道士执之，经行山川，百神群灵，尊奉亲近。……”

〔今译〕汉武帝又看到王母的小箱子中有一卷书，放在紫锦的袋中。他问这是不是长生不老的药方，不知道能否让他看一下。王母拿出来给他看，说：“这是五岳真形图。……像你这样的凡夫俗子，怎么有资格随身带着呢？”武帝跪在地上叩头，一再恳求。王母说：“……于是使用罗盘和矩尺，对江河的上游进行了测量，将山岳的轮廓用盘曲的线条勾画出来。山脉的走向会倒转，小丘的方向变化无常。山的高低和坡度用复杂的曲线描绘，就像写成的文字。因而山的名称就是根据它的自然形状来确定采用的文字，而山岳的真形就隐藏在这些文字之中。山形的符号都密藏在玄台中，取出来就是神通广大的信物，仙人们可以随身带着辟邪护身，道士们带着它可以安全地跋山涉水。百神和群仙都十分珍惜和赞扬它。……”

图12　东岳真形图（左） 泰山等高线图（右）

此书为道家典籍，内容虽不可信，却证明了当时已经十分注意对山脉和山峰的走向、形状、高度、峡谷的宽度等地理要素进行测量和描绘，所以图上那些线条和形状并不是随心所欲的产物。如果这一说法得到证实，这就是中国在10世纪以前就有了用原始等高线绘制的地形图的确凿证据。而且原图的线条肯定要比这幅可能已经过多次翻刻的图要准确清晰。

不过由于这是一个孤立的、间接的证据，我们还无法解释当时人是如何发现并掌握用等高线方法来表示泰山的“真形”，更难以推测他们使用了什么仪器，怎样将测量结果上图。

（四）宋代的地图

五代十国期间，各政权间的战争和吞并不断，军事、外交和政治的需要使一些专题地图、特别是军事形势地图得到重视。直到北宋初年，这类地图还发挥着重要作用。北宋先后处于与后蜀、南唐、北汉等割据政权并存和与辽、西夏对峙的局面，一直注重于这类以表示军事形势为主的地形图。

乾德二年（964年），宋朝捕获了后蜀派往北汉的密使孙遇、杨蠲等，宋太祖赦免了孙、杨二人，令他们将蜀国的山川形势、部队驻扎的地点、道路里程等都画成地图。在派遣王全斌出兵伐蜀时，宋太祖亲自将这幅地图交给他，还在地图上指出蜀国在夔州长江上架设铁索浮桥的地点。这幅图对宋军的重要性不言而喻。大将曹翰为了说服宋太祖出兵收复被辽国占领的幽云十六州，特意画了一幅幽云地图，使宋太祖看后怦然动心。据说，宋太祖为了表示不愿意进攻段氏大理国，曾用一把玉斧在地图上划定以大渡河为宋朝的南界。

至道二年（996年）七月，刚登位的宋真宗要了解边疆郡县的山川形势，专门派杨允恭、窦神宝、李允等分头到各地测绘。九月，杨允恭等绘成《山川郡县形胜图》献上。几天后，真宗在滋福殿召见大臣，一起观看西部边疆的地图，并指着图上的军事设施说明自己的部署。这类图一般是以地区分幅的，由于篇幅较大，内容丰富，绘制的次数自然不止至道二年这一次。真宗将它们悬挂在滋福殿四壁，用作部署军事及向大臣布置的根据。如咸平四年（1001年）十月，他曾向大臣出示《陕西二十三州地图》，详细说明山川形势、险要地点和少数民族的分布。他指着北壁上的《灵州图》说：“这是冯业画的，山川形胜画得很详细。”指着南壁挂着的《甘沙伊凉等州图》说：“这图上画着黄河发源的地方还在积石山之外，与《禹贡》的说法不同。”北壁的《契丹国界图》记载着契丹国土南北1500里，东西900里，真宗说：“地方倒不大，可惜燕、蓟这些州被这异族占了。”

由于皇帝对这类地图的偏爱，大臣们纷纷献图，或者通过献图来强化自己的建议。如郑文宝主张放弃灵州，曾献《河西陇右图》。盛度出使陕西时，到各地考察，收集资料，绘成《西域图》，得到嘉奖。以后真宗还亲自召见询问，盛度又在汉代河西五郡的基础上，将秦代长城、唐代节度使驻地和山川、道路、聚落、军事设施等画成内容详尽的《河西陇右图》。这是一幅西北地区的历史军事形势地图。

由于地图记载的内容非常详细，在政治、军事上都具有重要作用，外国就会将地图作为了解宋朝的重要情报。熙宁年间（1068—1077年），高丽的使者来宋朝朝贡。他们每经过一个州县，就向地方官索取当地的地图，而地方官向他们提供了很详细的地图，山川、道路、险要等各方面都画得一清二楚。到扬州时，他们也照会州官索要地图。当时丞相陈升之正好出任扬州知州，就骗他们说想看看两浙路给了他们什么样的地图，以便按同样规格绘制。等收到这些地图后，他就将它们全部烧掉，并向皇帝作了详尽的报告。高丽使者或许并不是出于军事目的，因为高丽不可能对宋朝采取什么军事行动，而且据《梁溪漫志》的记载，宋使卢多逊在宋初出使高丽时，也带回了高丽国各州的地图，所以高丽使者的做法有先例可循。但既然陈升之意识到问题的严重性，并且正式上报，朝廷在此后必定会采取措施，规定不得向外国使者提供各地地图。至于在敌国之间，地图的保密就更不在话下了。(www.chuimin.cn)

出于行政的需要，宋朝规定各州每逢闰年上报地图。以后又改为每隔一次闰年上报一次。淳化四年（994年），宋太宗命令画工用100匹绢拼在一起，根据缴获的各国地图和各州上报的地图，画成一幅巨大的《天下图》，藏在皇家档案库。但如此大的地图大概没有多少实用价值，所以以后宋真宗用的还是分地区的单幅地图。咸平四年（1001年），专管地图的官员吴淑提出，各州的界线犬牙交错，分州画的地图往往不能很好地拼合起来，建议各路的转运使（主管财政和运输的长官）每次要画一幅本路各州的地图上报，每10年要画一幅本路的全图。他的意见得到采纳。许仲宣出任北海军（宋朝的一种行政区划）的行政长官后，觉得该军的辖境完全有资格升为州，就画了一张地图上报，果然获得批准，北海军升格为潍州。这类政区地图的重要性由此可见一斑。

城市是政区治所所在，因而城市、特别是首都或历史名城的地图的绘制一直受到重视，唐代就有一些绘制精详的城市地图问世。从宋代留下的石刻地图可以推断，当时绘制的城市地图为数很多。

自裴秀的《禹贡地域图》以后，编绘历史地图的传统一直没有中断，但目前保存着的最早一部历史地图集是宋代的《历代地理指掌图》（又名《地理指掌图》）。此图集由北宋税安礼编绘，南宋赵亮夫增补。宋代曾多次翻刻流传，至今日本东洋文库还收藏着注明“西川成都府市西俞家印”的宋刻本，国内所见的几种都是明代翻刻本。这部地图集共有图44幅，每幅均有图名，图后都附说明。上起传说中的帝喾，下至宋朝，各朝地图至少一幅，多则五幅。第一幅是《古今华夷区域总要图》，图中的海岸线、河流、长城等的轮廓与阜昌七年（1136年）上石的《华夷图》相似，图后所附图说与《华夷图》上的文字说明也基本一致。第27幅《唐十道图》的西部标有“星宿海”，可能是目前所知该地名最早见于地图上的一次。最后一幅为《圣朝升改废置州郡图》（明刻本改“圣”为“宋”），其中有南宋的建置，说明已经增补过。值得注意的是，这部图集的宋刊本就采用了红黑双色套印，准确地反映了原作“古墨今朱”的特色。这也证明，由贾耽开创的以不同颜色分别显示古今内容的历史地图绘制方法已为历史地图作者所普遍采用。

历史地理图也包括各类专题图，如元丰三年（1080年），刘景阳和吕大防曾奉命绘制一幅长安（今陕西西安市）城的历史地图，此图的比例尺（折法）是二寸相当于一里，在图上绘出了古代的宫殿、城墙等建筑。此后李好文所绘的《长安志图》中的平面图就是以这幅为依据的。

杨甲在绍兴二十五年（1155年）前后编绘的《六经图》（图13），是我国现存的第一幅印刷地图，这比欧洲的第一幅印刷地图（图14）要早200年左右，但制图水平比后者要高得多。

图13　杨甲《六经图》所载《地理之图》

图14　欧洲第一幅印刷地图

（五）宋代的石刻地图

将地图刻在石上的传统至少可以追溯到6世纪的南朝梁时代，但目前所见最早的石刻地图却是宋代的，而且宋代留下了众多各类石刻地图，成为中国地图史上重要的一页。就地图本身的质量而言，石刻地图并没有什么进步，甚至肯定不如原来绘制的地图，但却能够历经千年战火风霜保存到今天。

在传世的石刻地图中，西安碑林中的《华夷图》和《禹迹图》制作年代最早。《禹迹图》刻于公元1136年4月，《华夷图》的上石时间要晚半年，它们同刻在一块石碑的正反两面，长、宽各约77厘米。

《华夷图》的内容以中国为主，但涉及亚洲的大部分地区，不过四邻部分主要是用文字而不是用图形来表示的。国内部分的山川、湖泊、府州位置等，与实际状况大致相符，但海岸轮廓变形较大，辽东半岛、山东半岛、雷州半岛突出部分的形状尚未表示出来，海南岛的轮廓也失真。图上注出的国名、地名约500个，标出名称的河流13条、湖泊4个、山体10座。图上表示长城的符号很别致，常被后人仿照。一般认为，《华夷图》是根据贾耽的《海内华夷图》绘制的。图右下方刻有“岐学上石”（岐州学校刻石）四个字，当时刻图可能是为了满足教学的需要。学者们对《华夷图》的绘制时间看法不一，大致在11世纪中叶至12世纪初之间。

《禹迹图》采用“计里画方”的办法，横方70，竖方73，共计5110方，每方折地百里，大约相当1∶1500000。绘有政区名380个，标注名称的河流约80条、山脉70多座、湖泊5个。绘制比较精密，海岸轮廓、河流位置和形状都比《华夷图》更符合实际。该图画有设置于元丰三年（1080年）的颍昌府，而图上黄河下游河道的画法又反映了绍圣元年（1094年）前的状况，所以应该绘制于公元1081—1094年间。《禹迹图》很可能就是沈括《守令图》中的一幅小图（图15）。

图15　禹迹图

《九域守令图》是1964年在四川省荣县文庙发现的，碑背面刻有“莲宇绍兴己未眉山史炜建并书郡守□□□”等字，大概是史炜为纪念该地图碑立于莲宇山麓文庙而题。《九域守令图》长130厘米，宽100厘米，大约按1∶1900000比例尺绘制，是一幅全国政区图。图上有政区名1400多个，州县的相对位置大致正确。除黄河河套以上一段河道外，其他河流的平面形状都比较准确完整；海岸线的轮廓已与今地图接近，是传世的几幅宋代地图中画得最好的一幅。除了使用符号图例外，图上还用了文字图例，以字的大小和加写治所与否来表示行政区划级别的高低。行政区的最低一级是县，这是目前所见最早的以县为基层单位而绘制的全国行政区域图。图上标注名称的河流13条，均注在河的上游。湖名注在圆圈中，山名、水名均套以方框。

图16　地理图

现藏在苏州博物馆中的《地理图》（图16）由黄裳绘制，时间约在元祐四五年间（1089—1090年），淳祐七年（1247年）由王致远刻石。图高221厘米，宽约106厘米。江河、海岸的轮廓大体正确，山脉的画法与现代地图上的自然描景法相似，用符号表示山上茂密的森林和长城。图上有标注名称的山脉120多座、河流60多条、行政区410个。行政区名和山名套以方框，水名套以椭圆圈。

现藏于日本京都东福寺塔头栗棘庵中的《舆地图》拓片，是日本僧人于元至元十六年（1279年）回国时带去的，原图约绘于南宋末年，已失传。该图由两幅拼合而成，每幅高约207厘米，宽约98厘米。四周的中间注有东西南北四个方向。东北绘有女真、室韦、蒙兀、契丹，西北注有高昌、龟兹、乌孙、于阗、疏勒、焉耆、碎叶等地，西南部分绘出天竺、阁婆、三佛裘等，范围比《禹迹图》、《地理图》大，是一幅小范围的亚洲地图。国内部分的山脉用写景法表示，山上加绘森林符号，山名、政区名套方框。水系较详细，河流形状大致正确，但画法欠佳。海岸轮廓有些失真，山东半岛近圆形，与实际出入较大。

同样藏于苏州博物馆的《平江图》，是现存最早的城市平面石刻地图，约绘于绍定二年（1229年），同年刻石。图高276厘米，宽142厘米，具有一定的方位和比例关系。图的中心部分是衙城，分为6个区，四周有城墙和护城河环绕。市区除官署、街道外，还画有与街道平行的纵横交错的河道，寺观庙宇100多个，坊65个，桥梁300多座，相当真实地反映了当时平江城（今苏州市）的概貌。城区部分相对位置比较准确，并按一定的比例尺缩绘，城郊主要的山丘、河湖、名胜古迹则择要画入，不按比例尺缩绘。

《静江府城图》（又名《桂州城图》）刻在今桂林市城北鹁鸠〔bó jiū伯纠〕山（今名鹦鹉山）南麓三面亭后的石崖上，高320厘米，宽300厘米，是现存最大的城市平面石刻地图，大约绘制于咸淳七、八年（1271—1272年）间，绘制和刻石人不详。图上绘有山川名胜和主要大街11条，还详细地画出城壕、军营、官署、桥梁、津渡，突出了军事的主题。虽有一定的方位和比例关系，但往往以夸张的方法突出表示某方面的内容，不受比例尺的限制。

（六）沈括的地图学成就

沈括（1031—1095年）是中国历史上最卓越的科学家之一，同时也是一位杰出的地理学家和地图学家。

宋朝已普遍使用“水平”（水准仪）、“望尺”（照板）、“干尺”（度干）等仪器来测量地势的高低。据《武经总要》的记载，这种水准仪的外形类似平板仪或经纬仪，是一个有三个浮标的水槽，而每一个浮标都有一个观测点。沈括认为，用这种仪器测量有一定误差，所以他在熙宁五年（1072年）奉命测量汴渠的地势时，就利用汴渠堤外过去取土后留下的旧沟，把沟分成若干段，拦水筑堰，利用水平面分别量算出各段之间的高差，然后得出总高差。沈括测得从开封上善门至泗州淮口840里130步之间的地势高差为19486丈。他这种测量方法，在此前世界上从无先例，属于他的首创。

熙宁七年（1074年），沈括奉命巡守北部边疆。为了更形象地显示山川道路的实况，在此期间制成了立体的“木图”。他首先对制图范围内的山川作了详细的实地考察，然后用面糊上木屑，在木盘上复原出地形。但不多久天气转寒，木屑冻结不能再用，他考虑到腊的重量轻，便于携带，就改用腊熔化后制成模型。回到首都后，他根据腊的形状，改用木材雕成立体地图。宋神宗召集大臣一起观看，认为有推广价值，下令各边疆州都制成这类“木图”，上报朝廷收藏。沈括的这种立体地图比西欧要早出700多年，但以后似乎并未推广和流传，显然是由于制作的困难，因为一般人很难同时具备两方面的条件——既能亲自进行实地观测，又能在制作中掌握好比例尺。南宋时，黄裳制作过木质的舆地图；朱熹尝试用胶泥制作，以后又企图用八块木板制作一幅组合的《华夷地图》，并在木板上雕刻山水的形状和高低，但没有成功。

熙宁九年（1076年）八月，沈括在三司使任内奉命编绘《天下州县图》。尽管此后他仕途几经周折，一度被降职流放，但从未放弃努力，终于在元祐二年（1087年）编成，正式定名为《守令图》，次年上报朝廷。这套地图包括“大图一轴”（全国总图一幅），高12丈，宽1丈，比例尺约为1∶400000；小比例尺的全国总图一幅，尺寸不详；18个路（当时的一级政区）的分幅图各一幅；副本一套共20幅；总共有40轴（幅）。这套图到南宋时还存在，因为在郑樵编《通志·图谱略》时还列为“记有”（现存）一项，此后才失传。有人认为，根据沈括绘制《守令图》的时间、地点和他在完成编绘后定居镇江等情况，以及阜昌七年（1136年）岐学上石的《禹迹图》（现存西安碑林）和绍兴十二年镇江府学立石《禹迹图》（现存镇江市）的内容完全相同等事实来看，岐学上石的《禹迹图》可能就是沈括《守令图》中的那幅小图。

在总结绘制《守令图》的经验时，沈括指出：

地理之书，古人有飞鸟图，不知何人所为。所谓飞鸟者，谓虽有四至，里数皆是循路步之。道路迂直而不常，既列为图，则里、步无缘相应，故按图别量径直四至，如空中鸟飞直达，更无山川回屈之差。余尝为守令图，虽以二寸折百里为分率，又立准望、牙融，旁验高下、方斜迂直七法，以取鸟飞之数。图成，得方隅远近之实，始可施此法。分四至、八到，为二十四至。以十二支、甲乙丙丁庚辛壬癸八干、乾坤艮巽四卦名之。使后世图虽亡，得予此书，按二十四至以布郡县，立可成图，毫发无差矣。（《梦溪笔谈续编》卷三）

据此，他认为古人所谓“飞鸟图”的实质，就是要像空中的鸟作直线飞行一样，求得地面上两点之间的直线距离，才能保证地图的准确性。与裴秀的“制图六体”相比，沈括取消了“道里”，增加了“互同”。沈括将“道里”看作地图上的距离，以为有了比例尺后，图上的距离自然就有了。至于他新提出的“互同”，很可能就是现代地图测绘中使用的等高线标记。在注记州县方位时，沈括将前人使用的8个方位扩大到24个，使各个地点的位置和相互关系都更为精确。