明代在航海中还定出了方位星进行观测，以方位星的方位角和地平高度来决定船舶夜间航行的位置。当时叫观星法，观星法也属牵星术范围之内。明代牵星术的航海记录，例如从古里（今印度西海岸的科泽科德）到祖法儿（今阿拉伯半岛东海岸阿曼的佐法尔）航路，在古里开船，看北极星的高度是六度二十四分（折合今度，下同）。船向西北，船行九百公里到莽角奴儿（今印度西海岸的门格洛尔），看北极星的高度是八度。后船向西北偏西，航行一千五百公里，在大海中，看北极星的高度是十度。又船向正西稍偏北，航行二千一百公里，到祖法儿，看北极星的高度是十二度四十八分。把北极星高度用当时的算法拆算地理纬度，和现在各地的地理纬度基本相合。又从航路来看，航向和航程也和现在的航路大致相同。由此可见，明代天文航海技术已经相当先进。
古代扇形计程器
我国古代地文航海技术的成就，包括航行仪器如航海罗盘、计程仪、测深仪的发明和创造，以及针路和海图的运用等。航海罗盘是我国发明的。我国发明指南针后，很快使用到航海上。北宋时的指南浮针，也就是后来的水罗盘。宋代朱或叙述宋哲宗元符二年到徽宗崇宁元年间的海船上已经使用指南针。宣和五年徐兢到朝鲜去回国后所著《宣和奉使高丽图经》中描写这次航海过程说：晚上在海洋中不可停留，注意看星斗而前进，如果天黑可用指南浮针，来决定南北方向。这是目前世界上用指南针航海的两条最早记录，比公元1180年英国的奈开姆记载要早七八十年。
中国古代航海史的坐标——针碗
航海罗盘上定二十四向，二十四向我国汉代早有记载。北宋沈括的地理图上也用到这二十四向。把罗盘三百六十度分做二十四等分，相隔十五度为一向，也叫正针。但在使用时还有缝针，缝针是两正针夹缝间的一向，因此航海罗盘就有四十八向。大约南宋时已有这四十八向的发明了。四十八向每向间隔是七度三十分，这要比西方的三十二向罗盘在定向时精确得多。所以三十二向的罗盘知识在明末虽从西方传进来，但是我国航海家一直用我国固有的航海罗盘。古时船上放罗盘的场所叫针房，针房一般人员不能随便进去。掌管罗盘的人叫火长。明代《西洋番国志》中说：要选取驾驶人员中有下海经验的人做火长，用作船师，方可把针经图式叫他掌握管理。“事大责重，岂容怠忽。”可见航海罗盘是海船上的一个重要设备。
计程仪又叫测程仪。三国时期吴国海船航行到南海一带去，有人写过《南州异物志》一书，书中有这样的记载：在船头上把一木片投入海中，然后从船首向船尾快跑，看木片是否同时到达，来测算航速航程。这是计程仪的雏型。一直到明代还是用这个方法，不过规定更具体些，就是以一天一夜分为十更，用点燃香的枝数来计算时间，把木片投入海中，人从船首到船尾，如果人和木片同时到，计算的更数才标准，如人先到叫不上更，木片先到叫过更。一更是三十公里航程。这样便可算出航速和航程。
我国古代这种计程的方法，和近代航海中扇形计程仪构造很相近似。扇形计程仪也是用一块木板（扇形），不过用和全船等长的游线系住投入海中，然后用沙时计计算时间。沙时计一倒转是十四秒。在游线上有记号，从游线长度算出航速和航程。我国古代用香枝（也叫香漏），西方近代用沙时计（也叫沙漏），两者实在是异曲同工。我国至迟在唐代末年已有测深的设备。一种是“下钩”测深，一种是“以绳结铁”测深。深度达到六十多尺，这还是浅水测深。再稍晚一些，有记载说用纲下水测深，“纲长五十余丈，才及水底。”纲是大绳，五十多丈，在已是深水测深了。南宋末年吴自牧的《梦粱录》上说：如果航海到外国做买卖，从泉州便可出洋。经过七洲洋，“船上测水深约有七十余丈”。当时测水这样深，可见我国宋代已经有比较熟练的深水测深技术了。另外宋代已经有针路的设计。航海中主要是用指南针引路，所以叫做“针路”。记载铁路有专书，这是航海中月积月累而成。这些专书后来有叫“针经”，有叫“针谱”，也有叫“针策”的。
古代海图
至于海图，北宋徐兢《宣和奉使高丽图经》上己有海道图，这是我国航海海图最早的记载，可惜原图已失传。我国现存最早的海道图是明初《海道经》里附刻的“海道指南图”。明茅元仪辑《武备志》二百四十卷，卷末附有“自宝船厂开船从龙江关出水直抵外国诸番图”，这就是著名的“郑和航海图”。图上的航程地理，和明代祝允明《前闻记》所记宣德五年郑和末一次下“西洋”相合，推测这图大概是十五世纪中叶的作品。“郑和航海图”已蜚声中外，研究十五世纪中外交通史和航海技术史，都把这幅海图作为重要的依据。明末有些古籍记有“各处州府山形水势深浅泥沙礁石之图”，“灵山往爪哇山形水势法图”，“新村爪哇至瞒刺加山形水势之图”，“彭坑山形水势之图”等，这些图都只保留了文字记载，原图都失传了。这些和近代海图上的要求大致符合。清代前期保存下来的海图，有西南洋各番针路方向图一幅，彩绘纸本，时代大约在康熙五十年到五十四年有东洋南洋海道图一幅，也是彩绘纸本，时代大约在康熙五十一年到六十一年间。这两幅海图现在都保存在北京故宫。
大家不妨想想，古人从一开始连方向都辨认不清楚，发展到后来绘制出完整的海图，这是多么大的飞跃。可是即使是这样，古代的导航技术依然停留在以物理事物为参照事物的阶段，遇到特殊情况方法就不灵了，但这也恰恰说明了事物的发展总有一个缓慢的过程。
知识卡片：
海图
海图是地图的一种，是以表示海洋区域制图现象的一种地图。海图是地图的一种，海图与普通地图又会有许多不同之处。首先，获取海图资料的方法不同于陆地地形图（简称陆图），差别最大的是海图表示的内容和表示方法明显不同于陆图。以海底地形图和陆图相比，陆图以水系、居民地、交通网、地貌、土壤植被和境界线六大要素为其主要内容。而海底地形图主要内容为海岸、海滩和海底地貌，海底基岩和沉积物，水中动植物，水文要素，灯标、水中管线、钻井或采油平台等地物，以及航道、界线等。海图中数量最多的航海图，除内容不同于陆图外，在表示方法上也有许多不同于陆图的地方。
针碗
针碗的水面上漂着浮针，碗内底的“王”字形标志则有助于标明方向。先将王字中的细道与船身中心线对直，如船身转向，磁针和该细线便形成夹角，从而显示航向转移的角度。元代针碗则是中国这一发明最早的实物见证，是具有重要意义的科技文物。
4．星星为你指路——“牵星板”的由来
在卫星定位系统日益普及的今天，你也许很难想象，古时候的航海家是如何凭借手中的指南针和天上的星斗驰骋于茫茫大海的。那么，这看似简单的古代天文导航方法，又是如何成就了世界航海史上郑和七下西洋的历史奇迹呢？
在茫茫大海中，四面都是水，会不会反着方向走？学会判别方向就很重要。只要能判别方向，就能回到自己的出发点，就能回到自己的家乡。例如，中国位于大海的西边，到大海中打鱼或航行，一旦迷失了方向，只需会辨别方向，一直向西航行，总能找到岸边，然后沿着岸边或南或北找到家。事实上，有经验的舟师都会知道迷失方向时的风向，辨清方向之后就会懂得自己该向西南或西北航行了。在唐宋以前，中国人作出国远距离航行，一般都只有两个方向。到朝鲜、日本去，只需顺着季风向东航行就会到达目的地。另一个目的地则是向南到达越南、印度尼西亚、菲律宾等国，都在中国的南方，这就显示出学会辨别方向的重要意义了。只需学会辨别方向，要去的目的地就有把握了。因此，舟师懂得辨别方向，是最基本、也是最关键的一步。
北斗七星图
但是人们在航海实践中发现，舟师仅懂得辨别航船和方向还是不够的。如果只懂得辨别方向，就会多走不少弯路。因此，好的舟师在航行的实践中都会寻找辨别自己船只所在位置的方法。例如观看远处的灯火，以附近的高大建筑物、高山或海岛为依据等。这种方法大致能解决附近几千米甚至数万米的困难，更远的路程就没有办法了。事实上，有经验的舟师，除掉借助于日月星辰的位置和触摸方位辨别方向以外，同时还都总结出一些辨别自己所处位置的方法。例如，古代的中国人很早就认识了北极星，知道它是一颗位于正北方永不下落的星，所以用以辨别方向，故称北辰。但只需仔细观察就会发现，不同地区的人所看到此北极星的高度是不一样的。北斗星和织女星等其它星座也是这样，位于不同地区的人看同一颗位于正南方的星，所看到的高度是不一样的。根据向福建、海南一带的舟师所收集到的资料表明，在当地舟师中早已使用以手掌宽度判断北极星高度的方法。具体做法是，直立在舟中空旷处，伸直手臂将手掌横放，以手掌和手指的宽度来判断北极星距离海平面的高度，借以判断航船位于南北的方位。北极星高则位于北方，位低则为在南方。这种方法起于何时，没有明确的记载。
古人利用牵星板规划航线
