（一）康熙对全国性的地貌勘测与地图绘制工作。清政府从康熙四十七年 （公元1708年）开始。至康熙五十五年 （公元1716年），进行了一次全国性大规模的地貌测量和地图绘制工作。
清政府所以要开展这项工作，原因之一，是中国古代虽然有多次绘制地图之举，但由于受到历史和技术条件的局限，所编制的地图存在着严重的缺点，尤其在西方近代地图测绘法传入中国之后，其缺点就更显得突出；其二，中国长期存在的封建割据，呈现着交通不便和边疆地区闭塞的状况。中央政府所制定的地图，未能实际测量，一些地名、地形、气候传闻，所绘地图，常有误谬失真之处。因此，为了采用西方绘图法并进行实际测量，以便编出一幅比较确切和科学的全国地图，康熙下令进行一次全国性的地貌测量和地图绘制工作。
在这次测绘之中，全国测定了600余处经纬点，其规模之大，是世界各国所不能与之比拟的。这次勘测和绘制工作，是任用西洋人采用西法进行的。采用了“三角法”进行测量；还采用经纬图梯形投影以及比例尺（1∶1400000）等新法。图中内地各省地名用汉字标记，满、蒙地名用满文标记。最后，将这次实地考察的成果，绘制成为 《皇舆全图》。它是我国运用近代科学测量法绘制的第一幅全国地图。但这次勘察的地区，仍有局限，因为当时新疆地区，正处在厄鲁特蒙古上层分裂势力的叛乱之中，所以那里只勘察到哈密，其西部地区未得进行。
明安图是否参加了这次地貌勘测和地图绘制工作，缺乏明确记载。据朱希祖在 《乾隆内府舆图?序》中所写：“康熙地图似全赖西土费隐、雷孝思等九人之功，而费、雷二人竟道历全国，始终其事，其功尤巨，然吾国之明天算者，如何国宗、国栋兄弟，亦尝预于其事；穆克登且任复勘之役。惜乎教会所记仅显扬西方教士之功，不载中土董率之人。盖以乾隆时代测绘之例观之，则康熙时亦必有如何国宗、明安图等明天算者董率前往，无可疑也，中土既失记载，遂令斯事全归于教士，一若中土无一人预于斯役者，虽有何国宗，穆克登等零星记载，亦隐约而弗彰，此吾所以特表而出之也。”根据他的推测，明安图可能是参加了这次全国性的测绘工作的。这一项工作，是从康熙四十七年开始的，第二年明安图进入钦天监学习，至康熙五十二年他从钦天监毕业后留在钦天监任职，至康熙五十五年，这次测绘才基本完成。在开展这项测绘工作期间，基本上是和明安图在钦天监学习和初期的任职时期相平行的。由于这项工作任务极其复杂和艰巨，它不是一两个西洋人所能完成的。从当时钦天监所处的地位来看，当有许多饮天监的科学技术人员参与这项工作。明安图也可能参加了一些具体的测量、计算和编绘等工作。
其后，明安图在乾隆时期，前后参加了按照乾隆皇帝指令所组成的勘测队，两次前往新疆，测量当地的地貌和绘制地图。
（二）第一次新疆之行。乾隆二十年（公元1755年），由乾隆皇帝下令组成勘测队，前往疆西北部勘测该地的地貌和绘制地图，以进一步完成其祖父康熙在测绘地图上的未竟之业。第二年便组成了以何国宗为礼部侍郎、左都御史，为了这次工作上的方便，也表示对这项工作的重视，乾隆皇帝特给何国宗在原官之上加授了尚书衔。一反过去以西洋人为主的状况，这次除有个别西洋人参加之外，大都是本国技术人员，明安图参加了这次的勘测工作，他是仅次于何国宗的一名重要科学技术官员。另外，还有那海、努三、富德等人，担任队务和保安工作。
这次新疆测量地貌的主要目的，一是填补《后舆全图》缺载的新疆部分；二是测量气象。乾隆皇帝指令勘测队，测出新疆地方二十四节太阳出没的时刻，为编制《时宪书》提供资料。为了达到上述目的，提出实测的具体要求：
（1）测量“北极高度，东西偏度”，也就是测量各地点的经度和纬度；（2）测量方位的距离；（3）测定各地昼夜长短和二十四节的日出日没的时刻；（4）采访当地风土地貌。
勘测队于乾隆二十一年 （公元1756年）春天从北京出发。
他们到达新疆之后，在巴里坤开始分南北两路前进：南路由何国宗等人率领，越托东岭进入吐鲁番盆地；北路由努三等人率领，沿天山山脉北麓至伊犁一带，勘测范围达数千里。在这数千里内，测定了许多地点的经纬度以及每个地点的二十四节气以及太阳出没的时刻。
勘测工作，经过了夏、秋两季，大约进行了半年的时间。在当年的冬天踏上归途，于次年 （乾隆二十二年）正月，回到北京。由于当时在天山山脉南麓的广大地区里，清政府正处在用兵平定厄鲁特蒙古分裂势力阿睦尔撒纳叛乱的战争之中，对许多地方都难于进行勘测，结果只完成了天山北麓的勘测工作，天山南麓勘测工作只好待日后完成。
（三）第二次新疆之行。乾隆二十四年（公元1759年），乾隆皇帝再次下令派人赴新疆，继续完成因战争耽误的天山南麓的勘测工作。
这次赴新疆的勘测队，是以明安图为首以傅作霖为副组成的。乾隆皇帝所以任命明安图担任这次勘测队的领队官员，首先是由于明安图有优越的个人条件。明安图前次曾参加过三部大型天文历法巨著的编写，又前后两次参加地貌测量和地图绘制工作。他在这几次编书的测绘的工作中，都能勤奋工作，做出自己应有的贡献，关在其中不断增长了学识和才干。这时他已具有高超的科学技术水平和丰富的工作经验。正因为如此，他深得同僚和乾隆皇帝的信任；其次，天文历法学老将何国宗，当时正受到其弟何国栋贪污一案的牵连，不便再委其前往新疆。这种情况使得明安图自然成为这次领队官的合适的人选了。
在勘测队临行之前，为了更好地发挥明安图领队的指挥作用，乾隆皇帝特破格提升他为钦天监的监正。参加之次勘测队的成员，从西洋人看，除钦天监监副傅作霖作为明安图副手前往之外，还有西洋人高慎思。在清朝政府中，则派出了二等侍卫什长乌林太、乾清门行走蓝翎侍卫德保等。
这次对新疆的勘测，所进行的测绘点，分布是比较广泛的。大体从哈喇沙尔以西开始，沿着塔克拉玛干大沙漠西北、西、西南部边缘有人烟的地带，经库车、阿克苏、喀什以达和阗，又折而西向，测绘了当时属我国、今日属俄罗斯的一些地点。在这次测量之中，广泛地应用了“三角法”的近代测量方法，它在我国测绘史上，继康熙以后的又一次应用。这次勘测，把实地测量工作时间和往返行程所用的时间加在一起，大约经历了一年的时间。勘测队于乾隆二十五年（公元1760年）三、四月间，在领队官明安图率领之下回到了北京。
这次勘测工作和以往几次一样，也做出了重要贡献。（1）通过这次测量补全了过去未测完的地方，填充了康熙时所编的 《皇舆全图》的空白，并在其基础上，进一步编成了《乾隆内府舆地全图》；（2）为编制《时宪书》准备了实验资料和新的数据。将其所测量的26个经纬点，写入了乾隆二十六年
（公元1767年）的《时宪书》中；（3）通过实际勘测，改正了过去由传闻产生的错误，使地形、地名以及各地的二十四节更加与实际相切合。
明安图参加了上述三次勘测地貌和绘制地图的工作，他所起的作用是一次比一次更大的。在康熙主持第一次全国性勘测工作时，明安图还很年轻，仅做了许多具体的测量工作，在工作中提高了学识，增长了才干；第二次，他首赴新疆勘测时，已经65岁了，科学技术水平业已非常高超，因而他成为这次勘测的重要成员；第三次他再赴新疆时，已经69岁高龄，是作为领队官员参与此行的，对测绘工作的完成起了重要作用。
明安图在历次测绘的实践之中，能和其他勘测人员在中国传统科学技术的基础之上，注意吸收西方的科学技术和科学方法，作出了自己的卓越贡献。所取得的新成就，为中国地理测绘学开辟了新的蹊径，使中国地理测绘学的面目为之一新。因此，这几次勘测和绘制地图工作，在中国地图绘制史上具有划时代意义。
明安图以六、七十岁的高龄，两次奉命前往新疆测绘地图。在数千里的广大地区里进行了野外的测量工作，任务是非常艰巨的。在此期间，他历尽了千辛万苦，奔忙在数千里的地面之上，攀越了为数不尽的高山和狭谷。充分表现了中国科学家的那种为真理、为科学而献身的高贵品质。
创割圆术
天文学研究的基础学科是数学，明安图在这方面取得了更为突出的成就。他结合本职工作对数学进行了长期深入的研究，创立了割圆术。这一大放异彩的科学研究成果，由其弟子最后整理编成为《割圆密率捷法》一书。这部书在我国数学发展史上，占有重要的地位，并产生了深远的影响。
明安图进行深入钻研和探讨数学，大约是从雍正五年（公元1727年）开始的。他所以要发奋深研数学，是有其具体原因的。首先是他所从事的天文历法工作是和数学有着密切的关系的。数学是进行天文历法工作和研究的工具。诸如观测天体和星象；计算星球间的距离；计算星球的面积和体积以及测量太阳的高度等等，都是离不开数学的。为把天文历法工作搞得更好，研究得更深，就必须对数学有高深的修养。就这样，明安图在运用数学不断解决天文历法问题的时候，自然对数学逐渐产生兴趣，终于成为他所最酷爱的一门科学。此外还有一个重要因素，那就是他为了国家民族的尊严。正当明安图参与编写《律历渊源》一书的时候，由法国传教士杜德美将欧洲数学中的三个无穷极数传入中国，并由当时我国数学家梅觳成译成中文，称为“西士杜德美法”。这个方法实际上是格列高里和牛顿发现的，并不是杜德美所发现，仅仅是由他将其传入中国而已。当时只传来公式的证明。据说是杜德美有意“藏匿根数，秘而不宣”，“故作繁难，以炫异欺愚”的。明安图面对西洋人的这种故弄玄虚蔑视中国人的龌龊行为，感到极大的愤慨。决心以自己的研究成果来还击杜德美的挑战。
明安图深入钻研数学，是从探讨这三个无穷极数的根数开始的。他“欲自立一法，以观异同”。明安图以惊人的毅力坚持了对数学的研究。他不论严寒和酷暑，在京师还是在外地，在白日还是夜晚，年复一年地进行了持久的钻研和探索。就连他奉命到新疆测绘地图的时候，对数学的研究也从未间断过。就这样经过他自己“积思三十余年”，终于取得了前人所未曾取到的新成果。
明安图首先自己独立地论证了杜德美秘而不宣的“圆径求周”；“弧背求正弦”；“弧背求正矢”三个公式的“立法之原”，从而揭示了杜德美所
“藏匿”的根数。他在钻研这三个公式的同时，自己又发现和创立了超越当时世界科学水平的六个新公式：即弧背求通弦；弧背求矢；通弦求弧背；正矢求弧背；矢求弧背。将原杜德美的三个公式和他新发现的六个公式相加起来，共为九个公式，后人通称为“九术”。明安图自豪地说：“以上九法，皆至精至密”。实际上这些公式都不外是弧、弦和正弦之间的相互关系的问题。由于在证明上述九个公式的过程中，在数的计算上极为繁琐，为了简化计算的程序，进而采取了三角变换的方法，由此又创出四个公式：即余弧求正弦正矢；余弦余矢求本弧；借弧背求正弦余弦；借正弦余弦求弧背。总称割圆十三术。