郭守敬(公元1231—1316年)，字若思，顺德邢台(今河北邢台市)人。他的祖父郭荣学识渊博，精于算数与水利，对郭守敬的成长影响很大。郭荣还使郭守敬师从精通天文、地理、律历的刘秉忠。中统三年(公元1262年)，郭守敬因熟悉水利而受到元世祖忽必烈的召见，此后即被委派为负责水利的官员。至元十三年(公元1276年)，郭守敬调任太史局(后改为院))，负责编制新历，在此期间组织了“四海测验”，对全国的纬度进行了空前规模的实测。至元十七年(公元1280年)编成了著名的授时历。此后，郭守敬还主持开通了通州至首都大都(今北京市)的运河。
郭守敬受命编制新历后，就认识到“历之事，在于测验，而测验之器，莫先于仪表”(历法的制订主要依靠实际测量和检验，而测量、检验的工具又取决于仪表)。正因为如此，他首先致力于创制“仪表”，即简仪、高表、仰仪、立运仪、景符等十几种专用仪器，还为野外观测设计了丸表、悬正仪、座正仪等仪器。这些仪器具有精确、灵巧、简便的优点，对这次大规模的测量起了重要作用。
以郭守敬为首的14名官员和大量测量人员在南北长11000里，东西宽8000里的辽阔范围内布下了27个观测站，又在其中精心选出七个比较重要的点：南海(今越南中部)、衡岳(今湖南衡山)、岳台(今河南开封)、和林(今蒙古鄂尔浑河上游东岸哈尔和林)、铁勒(今俄罗斯境内安卡拉河、叶尼塞河地区)、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，其余六个点从南到北代表了各大区域，相邻两点纬度的间隔都是10度。在这些点所作的观测项目都较其他点齐全。为保证资料的可靠性，在中原地区加密了观测站，这些站集中在北纬40度至30度的范围。为了顾及东西的差异，还选取了高丽(今朝鲜开城)和西凉州(今甘肃武威市)。将这些站的北极出地值(即北天极的地平高度，亦即纬度)和它们现在测得的实际纬度相对照(见下表)，可以看出，中原地区观测站的差值比较小，特别是陕西四川行省三个点、河南行省四个点和中书省直辖地三个点的差值分别是5'、12'和23'，其中岳台(今河南开封市岳台坊)完全没有误差。衡岳的差值最大，达2°23'，可能是古今的观测点不在一处造成的。用当时的仪器和技术能达到这样的结果，是非常先进的水平。
遗憾的是，这一重大成果仅运用于历法的编制，却没有能用之于地图测绘。
据《元文类·郭守敬传》记载，他在今宁夏时，曾想乘船溯黄河而上，考察河源。又曾从孟门以东，沿着黄河故道在方圆数百里的范围内测量地平面，以决定哪里可以分流减少水患，哪里可以引水灌溉，这些都画有地图。他还曾用海平面来比较大都与汴梁(今河南开封市)的地势高低之差，认为汴梁的水高出海平面很多，所以流速相当快；而大都的水高出海平面少，流速就慢得多。这是我国以海平面为水准测量高程起算面最早的文字记录。郭守敬从理论上认识了海平面，并把它作为测量高程的起算面，对大地测量和地图的绘制都做出了重大贡献。
元朝四海测验观测值与现在纬度对照
元测站：上 都 今地：内蒙古正蓝旗兆乃曼苏默 元测值：42°38′ 现纬度：42°10′ 差值：-28′
元测站：北 京 今地：内蒙古宁城西北大明城 元测值：41°29′ 现纬度：41°45′ 差值：16′
元测站：西 京 今地：山西大同 元测值：39°40′ 现纬度：40°06′ 差值：26′
元测站：大 都 今地：北京市 元测值：40°15′ 现纬度：39°55′ 差值：-20′
元测站：太 原 今地：山西太原 元测值：37°42′ 现纬度：37°50′ 差值：8′
元测站：登 州 今地：山东蓬莱 元测值：37°42′ 现纬度：37°50′ 差值：8′
元测站：益 都 今地：山东青州市 元测值：36°43′ 现纬度：36°40′ 差值：-3′
元测站：东 平 今地：山东东平 元测值：35°14′ 现纬度：35°55′ 差值：41′
元测站：大 名 今地：河北大名东 元测值：35°29′ 现纬度：36°20′ 差值：51′
元测站：南 京 今地：河南开封 元测值：34°20′ 现纬度：34°48′ 差值：28′
元测站：岳 台 今地：河南开封市岳台坊 元测值：34°30′ 现纬度：34°30′ 差值：0
元测站：阳 城 今地：河南登封县告成镇北 元测值：34°10′ 现纬度：34°24′ 差值：14′
元测站：安西府 今地：陕西西安 元测值：34°05′ 现纬度：34°14′ 差值：9′
元测站：兴 元 今地：陕西汉中 元测值：33°06′ 现纬度：33°05′ 差值：-1′
元测站：扬 州 今地：江苏扬州 元测值：32°32′ 现纬度：32°25′ 差值：-7′
元测站：成 都 今地：四川成都 元测值：31°08′ 现纬度：30°40′ 差值：-28′
元测站：鄂 州 今地：湖北武汉 元测值：31°03′ 现纬度：30°30′ 差值：-33′
元测站：衡 岳 今地：湖南衡山 元测值：24°38′ 现纬度：27°15′ 差值：2°37′
元测站：吉 州 今地：江西吉安 元测值：26°07′ 现纬度：27°06′ 差值：59′
元测站：雷 州 今地：广东海康 元测值：20°27′ 现纬度：20°54′ 差值：27′
元测站：琼 州 今地：海南琼山 元测值：19°28′ 现纬度：20°00′ 差值：32′
