在不見岸踪的茫茫大海，為解決船隻定位、目的地，航行路線、所需時間等問題，故有導航與氣象學的出現，透過融合古人熟悉的地標及經驗、探索預測天氧的方法，逐漸發展成精密的導航儀器、精確的海圖，以至國際海事通訊衛星等系統，讓地球上每一個角落的航運更為安全。
格林威治子午線的經度是計算海上位置的重要參考，必須先知道身處所在的準確時間。在昔日的航海史上，中國的香爐時計、美國的「八日」座檯計時器、法國的三十分鐘沙漏，以至燒臘燭或水鐘等計時方式往往出現誤差而偏離航道，這毋疑是一個重大挑戰。直至1766年天文曆於首次推出，以及1730至1761年間發明和改良的航海天文鐘，準確報時才得以實現。
除報時和指南 針測定方向，船隻仍然會受到海流和氣流的影響而偏離航道。因此到了十七世紀，無液氣壓計、颱風氣壓計、袋裝氣壓計、立桿式氣壓計、航海測程板 、航向計算板 、28秒沙漏等計量儀器不斷改良，得出的數據日趨準確，加強對天氣和氣流的變動，不單衍生出首個天氣預報系統，於1850年代出現首個全球氣象圖。
至於測定航程、航速和水深的儀器，包括曳繩測程儀、機械測深儀、A1魚叉型遊艇測程儀，以及二十世紀用以測量海岸線和港口水深的測深錘索，以保障船員性命、貨物安全和避免海上事故等息息相關的配套，尤為重要。
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