为了精确地表明船只在地球上的位置，西方古代科学家和航海家给地球表面假设了一个坐标系，这就是经纬度线。15世纪初，航海家亨利开始在先人的经验上制作带有经度和纬度的地图。地球经纬度坐标系通过历代科学家卓越制作，逐渐完善的。他们很精辟地引入了经度和维度的概念：经度与时间有关，纬度与方位相关。

在中国古代航海中没有时间的概念。航海者行驶到较远海区后，因为日出日末的时间改变了，加上失去海岸、岛礁物标，他们在海洋中迷失方向和船位了。后来中国古代航海者意识到时间对于航海的重要性，就通过最原始的燃烧一炷香的时间为计算单位，或从船头扔木块漂到船尾与人从船头走到船尾的方式测定船速，再来确定船舶航行了多少距离。也就是单位时间内走过的距离确定船速，来推测船只在海洋上的位置。

后来，中国航海者发明了“沙漏”。通过容器中沙漏的恒定速度作为计时的标准。但海洋经常有风暴、船舶会产生摇摆，两种计算航行距离的方式，只能粗略地估计船位，误差很大。扔木块、沙漏是船只上最原始的东西，俗称 “计程仪”。

沙漏、天文钟

很早，中国航海者就知晓“北斗星在天上的高度就是观测者所在的地理纬度。”

牵星术是古代人民的航海发明之一。东晋僧人法显到印度取经乘船回国时说：“大海弥漫，无边无际，不知东西，只有观看太阳、月亮和星辰而进”。

早在秦汉时代，航海者已经知道在海上乘船看北斗星就可以辨识方向。到了元明时期，航海者的航海技术有了很大的发展，已能观测天体方位和高度来测定地理纬度，作为导航的辅助手段。此方法叫牵星术，又称为天文航海术。

牵星板测量天体

牵星术的工具由十二块正方形木板乌木板组成牵星板。最大的一块每边长约二十四厘米，以下每块递减二厘米，最小的一块每边长约二厘米。再用象牙制成一小方块，四角缺刻，缺刻四边的长度分别是牵星板最小一块边长的四分之一、二分之一、四分之三和八分之一。

用牵星板观测北极星的方法：左手拿木板一端的中心，手臂伸直，眼看天空，木板的上边缘是北极星，下边缘是水平线，这样就可以测出所在地的北极星距水平的高度。高度高低不同可以用十二块木板和象牙块四缺刻替换调整使用。求得北极星高度后，就可以计算出所在地的地理纬度。

可是，当船舶驶向低纬度地区之后，或者到了南纬地区之后北斗星就无法看到了。因此牵星术在低纬度和南纬地区完全失效了。

大航海时代开始，英国海军水道测量局在地球经纬度坐标系的基础上制作了内容十分丰富的航用海图，包括绘制航线和测量物标方位的罗经花；精确等深线、水深点；洋流、岛礁、碍航物等航海要素的海图。

现代航用英版海图

地球经纬度坐标系的发明很方便地解决时间与航海定位的问题。

1656年，荷兰科学家惠更斯制作出世界上第一台摆钟，他认为正确地测定经纬度，关键需要有“标准钟”。制造准确的钟表在海上计时，显然比依靠天体计时要方便，实用得多。由于船舶在大海上风浪环境的影响，导致了摆钟无法像陆上环境一样正常摆动。“标准钟失效了其在航海中的计时功能。

1707年，一支英国舰队在战胜了法国舰队之后胜利返航，途中遇大雾迷失了方向，造成4艘战舰撞上了海岛沉没造成重大的灾难。英国和欧洲国家通过悬赏的方式鼓励科学家制作出高精度的、适合航海的天文钟来确定船位。

机械天文钟

英国钟表匠们设计造出了第一台有纵横上下三维平衡的航海天文钟。结果证明用它来测量精度比当时所有的方法都要准确。1884年国际天文学界召开会议，正式把格林尼治皇家天文台所在地定为本初子午线，也就是零经度线。把位于太平洋的180°作为东西经度分界线，确定了以经度180°为基础的世界日期变更线（因各国行政区管理方便而有所曲直）。这样，以格林威治时间作为世界标准时，以每隔经度15°为一个地方时区，共计划分了东西各12个时区。通过数学计算经度和时间之间的互换，成为了船舶海洋定位重要参数。

（2） 参照物——地文、天文航海

航海者通过科学家建立的地球坐标系和发明了航海天文钟，，很容易在东西往复的航线上获得精确的经差，确认船只航行到了什么经度。

问题是当船舶向正南、正北航行时，经度几乎不会改变。但纬度线已经错开了“十万八千里”了。航海者仍然像沿岸航行一样缺少参照物，无法得到船只在地球上的精确船位。

长期的航海实践，获得船只精确的船位必须获得精确的经度和纬度。经、纬度的在海图上的交叉点才是可信的船位！

船舶在大洋航行经常会遭遇连续几天、甚至数个星期的乌云遮天的天气情况，六分仪无法测定天体高度和方位。再则，当水天线模糊的时候，因为没有基准面，六分仪测天误差很大，大洋航海定位天文航海还得“靠天吃饭”。

直到人类发明了GPS、北斗卫星定位系统后，人类沿海、大洋航海才脱离了计算航海的时代，进入了精确航海的时代。

航海用六分仪