至周朝，日影观测已有较完善规制和典籍记载。那时，测日影的仪器叫“土圭”，后世亦称晷表、圭表，测日影简称“测影”。
圭表：古代测日影的天文仪器。南北向水平放置于地面、呈现日影长短的、不同材质的量尺，称圭；圭一端，直立于地面的、用以产生日影的标杆，叫表。根据日影的长短可以测定节气和一个回归年的时间长短。
测影：亦作“测景”。影、景相通。意指测量日影，以推算岁时节候。

铜圭表(明代)

《周髀算经》载：“周髀长八尺。髀者，股也。髀者，表也。”
《周礼·大司徒》职：“夏至日中立八尺之表，其景尺有五寸，谓之地中。”
《周礼·大司徒》:前人“以土圭之法，测土深。正日景，以求地中。”
由典籍记载看，周朝测影作业已极度完善和发达。所谓“正日景，以求地中。”既是对圭表应用的规制化与标准化。
首先，表高须为8尺，使用时须与圭垂直放置；
其次，须定位南北中轴线，确定东西南北的中点位置。圭置于南北中轴线上，并保持水平。
最后，日影数据的采集，须在日当中天之时，也就是日影与南北中轴线重合之时。错过即为无效数据。
只有表高、取影时刻、圭表放置位置与放置方式的标准化，测量数据才具有可重复性和可比性，否则测量数据没有任何实际意义。

“土圭”，古时用以测日影、正四时和测量土地的天文仪器。
《周礼·春官》：“土圭以致四時日月，封國則以土地。”郑注：“土，猶度也。土圭，测日景之圭。”
因此土圭就是度圭，是量度日影长度、角度的天文仪器，一般为石质的，南北向，平放在地上，量度每天中午日影的长短，以定四时。后世，有俗称“量天尺”。

“测土深”并不是字面上的测量脚下土地的深度，而是测地球的横纵轴向通经。
“土深”，也就是整个地球赤道的从南到北的直径和从东到西的直径。如果是平面土地测量，直接说“南北、东西的长宽”即可，用不着说成是“测土深”。
郑注《考灵耀》云：“地盖厚三万里。春分之时，地正当中。自此地渐渐而下，至夏至之时，地下万五千里，地之上畔与天中平。夏至之後，地渐渐向上。至秋分，地正当天之中央。自此地渐渐而上，至冬至，上游万五千里，地之下畔与天中平。自冬至後，地渐渐而下。此是地之升降於三万里之中，但浑天之体，虽绕於地，地则中央正平，天则北高南下，北极高於地三十六度。南极下於地三十六度，然则北极之下三十六度，常见不没；南极之上三十六度，常没不见。南极去北极一百二十一度馀。若逐曲计之，则一百八十一度馀。若以南北中半言之，谓之赤道，去南极九十一度馀，去北极亦九十一度馀。此是春秋分之日道。赤道之北二十四度，为夏至之日道，去北极六十七度也。赤道之南二十四度，为冬至之日道，去南极亦六十七度。”
“地盖”源于古人“盖天说”术语。“盖天说”认为天体犹如圆穹顶盖。东汉郑玄是秉持“浑天说”的。因此，所谓的“地盖”，即是与天体契合的地球。
西汉时期，中国人就已经认识到，大地是球形的。当时，落下闳老前辈就提出了浑天说：“浑天如鸡子。天体圆如弹丸，地如鸡子中黄。”认为星辰都布于一个“天球”上，日月、五星则附于“天球”上运行，这与现代天文学的天球概念十分接近。
落下闳（前156年—前87年），字长公，西汉时期天文学家，巴郡阆中（今四川阆中）人。他编制的《太初历》，决定性地影响了中国的历法体系；他提出的浑天说，改变了中国古代对“宇宙”的认知；他发明的“通其率”，主导了中国天文数学近2000年。

浑天说的代表人物还有东汉的张衡。
《张衡浑仪注》道：“浑天如鸡子。天体圆如弹丸，地如鸡子中黄，孤居于天内，天大而地小。天表里有水，天之包地，犹壳之裹黄。天地各乘气而立，载水而浮。周天三百六十五度又四分度之一，又中分之，则半一百八十二度八分度之五覆地上，半绕地下，故二十八宿半见半隐。其两端谓之南北极。北极乃天之中也，在正北，出地上三十六度。然则北极上规径七十二度，常见不隐。南极天地之中也，在正南，入地三十六度。南规七十二度常伏不见。两极相去一百八十二度强半。天转如车毂之运也，周旋无端，其形浑浑，故曰浑天。”
张衡（78年—139年），字平子，南阳郡西鄂县（今河南省南阳市石桥镇）人。东汉时期杰出的天文学家、数学家、发明家、地理学家、文学家，蜀郡太守张堪的孙子
举孝廉出身，历任郎中、太史令、侍中、河间相等职。

浑天说比盖天说更进了一步，它认为天不是一个半球形，而是一个整圆球，地球在其中心，犹如蛋黄浮于蛋清一样“乘气而立，载水而浮”。而且，并不认为“天球”就是宇宙的界限，“天球”之外还有别的世界。所以，张衡极度认同《灵宪》的观点：“过此而往者，未之或知也。未之或知者，宇宙之谓也。宇之表无极，宙之端无穷。”

今天看来，古人对宇宙的认知还不尽完美，但在数千年前，已是人类了不起的伟大成就。通过日影的常年观测，他们建立起了科学的三维宇宙空间坐标系，据此测算出的太阳系各种天文参数，与现代科技极度发达的今天所得的结果，已经非常接近。

古人如何定位南北中轴线与东西南北四个方位？
新石器时代，古人便在利用“表”来确定南北中轴线与四方方位。这方面，战国时期的《周礼·冬官·考工记》、《周髀算经》有较为详尽的记载：以表为圆心画圆，将日出和日落时表影与圆周相交的两点记录下来，便可以通过连接两点的直线得到正东、正西的方向；线的中点与表中心的连线，就是正南和正北。
在没有现代仪器的原始社会，让“表”垂直于地面，不是件容易的事。我们的先民是这样处理的：
先平整场地，尔后竖表，以表为圆心作圆，自表顶引悬等长八绳，分置交于表圆的四方、四维，借以校正表的垂度，当等长的八绳松紧一致，表定处于不偏不倚的垂直状态。经白天正午时刻的表影方向和夜间北极星的方向验证后，测影作业即可进行。

有号“木牛流马经典”的大虾在其《神的汉字》贴文里，“脑洞”了一把古代先民如何定位四方。
首先，垂直立表于平地，以表位为圆心作表圆。早晨半日出东方，记下日影与表圆的交点A；傍晚，半日入西方，也记下日影与表圆的交点B。
以西、东（A、B）两个交点为圆心分别作交贯圆弧，将两圆弧交贯点相连，既是南北中轴线；再将西、东（A、B）两个交点相连，则所呈垂线便为“东西南北中”方向标。

日影四方定位(商代)

在日影“四方”和“南北中轴”定位的过程中，上古先民们创造了一个方位作业“象形符纹”（见上图）。由于日出的方位，是温暖的希望、光明的祈盼和万物生长的预期，殷商先民毫不吝啬地将其赋予给了日出之方。后人仍可在甲骨卜辞中，一睹其玄妙、端庄的芳容。

这就是日出之方以“东”字来命名的缘由。
由东字的演化可以看出，至少在殷商时期，华夏先民就已在利用太阳回归原理，以圭表测日影。

好啦，南北中轴线与东西南北四个方位一俟确定，古人就可以圭表侧影的手段，判断四时节气，制定历法、编制节令，“敬授民时”啦。
《周礼注疏》曰:“冬至，日在牵牛，景丈三尺；夏至，日在东井，景尺五寸。此长短之极，极则气至。”
《尔雅注疏·卷六·释天第八》：“《汉书·律历志》云：‘冬至之时，日在牵牛初度。春分之时，日在娄四度。夏至之时，日在东井三十一度。秋分之时，日在角十度。’若日在东井，则昼极长，八尺之表，尺五寸之景。若春分在娄，秋分在角，昼夜等，八尺之表，七尺五寸之景。冬至日在斗，则昼极短，八尺之表，一丈三尺之景。一丈三尺之中，去其一尺五寸，则馀有一丈一尺五寸之景，是冬夏往来之景也。凡於地，千里而差一寸，则夏至去冬至，体渐南渐下，相去十一万五千里。”
《周髀算经》也在不同条件下，对冬至和夏至的日影长度作了记载。

《周髀算经》影印件

以上典籍，不仅给出“表”的规制，还给出“二至、二分”时的日出方位和日影的长短。古人只要以任一个节气为天文历法的起点，记下次年同一节气到来的累计时间，两个节气间“岁实”的总时长就可以确定了。“岁实”就是当今的历法回归年。
正如《汉书·天文志》所言：“日去极远近之差，晷景长短之制也。去极远近难知，要以晷景。晷景者，所以知日之南北也。”
这里，四个节气有四组对应的日影数据。古人那到底是以那个季节，作为天文历法的起点为好呢？
古人很聪明，他们选择“冬至”。因为，冬至的日影最长，长就以为着有较高的“容错率”。
我国有记载的、最早冬至时刻观测记录年代，是春秋时期鲁僖公五年（公元前655年）和鲁昭公二十年（公元前522年）。

从理论上说，测得相邻两次冬至时刻，就能累计出回归年的时间总长。但是，日影测量的规范和特性，决定了误差是以天为计。地球是圆的，真正的日影最长点位于何时、何处，日影观测者无法探知。所以，简单地用土圭观测日影的变化，所定出的冬至时刻不是十分准确，一般有一两天的误差。
令人敬佩的是，古人知道这个误差，而且孜孜以求地去探索消弭误差的各种手段。

南朝宋时期已有记载，古人是通过累积多个回归年的时长，来弥补历法误差的。
历史学家范晔在其《后汉书·律历志》中道：“日发其端，周而为岁，然其景不变。四周，千四百六十一日而景复初。是则日行之终。以周除日，得三百六十五又四分之一日，为岁之日数。”
以任一天的日影长度为基准开始累计天数，日影长短变换一周为一个回归年，肯定会有日影与基准长短吻合的时候。结果是，日影长短循环4周共计1461天，影长将好复原，则停止计时。以4周除以1461天，得365.25天，这就是回归年的天数。

南北朝时期，数学家、天文学家祖冲之对“岁”误差的解决，要更彻底一些。
他并不直接采信冬至那天的日影长度，而是选取冬至前后二十三、四天的日影长度数据，然后对这组测量数据作拟合运算，找出极大值点，则这一点的时刻就是冬至时刻。按现代科学分析，回归年内，时间与日影长度的关系是呈正弦函数分布的，通过正弦函数曲线寻找极大值、极小值，符合数学规律。
现代历法回归年的总时长约为365.2422天，祖冲之制定的《大明历》，“岁”实取365.2428天，这在1500多年前来说，已是十分精确的了。直到南宋以后，才有人超过祖冲之的测算水平。

与建木的相风“立中”为族之大事类似，圭表“测影”也属国家重大工程，事关社稷基业。《周礼·地官·司徒》的：“以土圭之法，测土深，正日影，以求地中。”也不仅仅是指，如何定位南北中轴线与东西南北四个方位的问题。这里，还涉及国家都城的选址与建设。
正如《周礼·春官·典瑞》所言：“土圭致四时日月，封国则以土地。”土圭除可以精确判定四时节气、日月运行外，还用于都邑及疆域分封的构建。

周公在辅佐武王灭商后，考虑到周僻居西方，治理统一后的新国家多有不便，于是便有了选择在“地中”附近建都邑以治天下的举措。而对“地中”的选择，则以立表测影为依据。《周礼·大司徒》就记载了如何确定“地中”的具体方法：
“以土圭之法测土深。正日景，以求地中。日南则景短，多暑；日北则景长，多寒；日东则景夕，多风；日西则景朝，多阴。日至之景，尺有五寸，谓之地中，天地之所合也，四时之所交也，风雨之所会也，阴阳之所和也。然则百物阜安，乃建王国焉，制其畿方千里而封树之。”
【译文】:用土圭测日影之法，测量土地四方的远近，校正日影，以寻求大地中央。这个位置偏南，则日影短促，常年气候炎热；位置偏北，就日影长棉，常年气候寒冷；位置偏东，则“地中”当日时，此处日已偏西，常年刮风；位置偏西，则“地中”当日时，此处日还偏东，常年气候阴冷。若某地夏至那天中午的日影，长为一尺五寸，这个地方就是“地中”，此处定是天地融合之所，是四季交汇之处，是风调雨顺之地，是阴阳和谐之域。故而百物丰富而安康，适宜建立都城，划定千里方圆京畿，封而树之。