圭表之应用乃是利用运动坐标转换原理，用来观测太阳与地球间相对的运动，即在处理太阳与地球间的时间与空间问题，由此可以测量空间、辨正方位、度量时间、定节气。
1.测量空间与辨正方位
测量空间：包括测量地理纬度与黄赤交角，是利用地球因公转所产生的晷影变化。
图2-4 圭表测量空间的方法
测地理纬度：用圭表测量某地之冬夏二至表影长度，可推得天赤道方位，天赤道与圭表（天顶）的夹角即是其地理纬度φ，如图2-4所示。《周礼注疏·大司徒》所谓的测土深即是在测地理纬度，然受限天圆地方的思想，故有“以土圭之法，测土深，正日影，以求地中”（阮元，1989）1515及“凡建邦国，以土圭土其地而制其域”（阮元，1989）1517的说法。而“土其地而制其域”是以夏至或冬至正午表影定某地的南北位置和国土疆界，所以有“日景于地，千里而差一寸”（阮元，1989）1515之说。这种说法与实测结果存在相当之差距，但直到唐朝一行和尚进行世界上第一次子午线实测的工作，才正式证明其说的错误（陈美东，1986）。
测黄赤交角：黄赤交角是天文常数之一，是指黄道与天赤道的交角，用ε表示。中国古代对其测量方法有二：一是用浑仪直接测量冬夏二至太阳的去极度而得；二是用圭表测量冬夏二至的表影长度而得，如图2-4所示。(www.xing528.com)
辨正方位：即是利用地球因自转所产生的晷景变化来确定方向。连接日出和日没的表影端，或者上下午同长的表影端，即为正东西方向；平分两表影的夹角，即得正南北方向，如图2-5所示。《周髀算经》记述为：“以日始出，立表而识其晷，日入复识其晷，晷之两端相直者正东西也。中折之指表者，正南北也。”（赵爽 等，1965）56《考工记》与《淮南子》（刘安，1967）25也都有类似的记载。
2.度量时间与定节气
度量时间：即利用地球因自转所产生的晷景变化来度量时间。测量表影到达圭面的时间即是量测日中时的准确时刻，故圭表可作为漏刻等其他计时器的校准器。《史记·司马穰苴列传》的“穰苴先驰至军，立表下漏待贾”（司马迁，1981）733是最早记载圭表用于度量时刻的方法。
定节气：即利用圭表所测到的中午表影，知道太阳在黄道上的对应位置，从而决定当时的节气。
测量回归年：太阳连续两次通过冬至点所需要的时间间隔称为回归年，古称岁实。《后汉书·律历志》：“历数之生也，乃立仪表以校日景。……日发其端，周而为岁，然其景不复，四周千四百六十一日，而景复初，是则日行之终。以周除日，得三百六十五四分度之一，为岁之日数。”（范晔 ，1977）3057
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