在地面上，处处与重力方向垂直的连续曲面，水准面等于重力等位面。
b.大地水准面：
大地测量学所研究的是在整体上非常接近于地球自然表面的水准面。设想与平均
海水面相重合，不受潮汐、风浪及大气压变化影响，并延伸到大陆下面处处与铅垂线
相垂直的水准面的连续封闭曲面。由它包围的形体称为大地体。
c. 似大地水准面：
由于地球质量特别是外层质量分布的不均性，使得大地水准面形状非常复杂。引
入不需要任何关于地壳结构方面的假设而确定的似大地水准面，它与大地水准面很
接近。
6、参考椭球体、参心坐标系、地心坐标系、地心地固坐标系
参考椭球体：
大地水准面是不规则曲面，不便于进行测量数据处理。
为便于准确计算测量成果，用一个接近大地体的旋转椭圆球体作为地球的参考大小
和形状－－－－称为参考椭球体，称其外表为参考椭球面。
参心坐标系：
具有确定参数（长半径 a 和扁率），经过局部定位和定向，同某一地区大地水准面
最佳拟合的地球椭圆。以参考椭球为基准的坐标系，叫参心坐标系。
确定椭球的中心位置称为椭球定位。
确定椭球短轴的指向称为定向，椭球的短轴平行于地球的自转轴。
由椭圆公式：
X
2
/a
2
+y
2
/a
2
+z
2
/b
2
=1 (2-1)
=(a-b)/a
α
a，b 为参考椭球体的几何参数，a 为长轴半径，b 为短轴半径，α 为椭球体的扁率。
不同的坐标系采用不同的参考椭圆。例如：1954 年北京坐标系、1980 年国家大地坐
标系。
总地球椭球
除了满足地心定位和双平行条件外，在确定椭球参数时能使它在全球范围内与大地
体最密合的地球椭球。以总地球椭球为基准的坐标系，叫地心坐标系。
无论是参心坐标系还是地心坐标系均可分为空间直角坐标系和大地坐标系两种，它
们都与地球体固连在一起，与地球同步运动，因而又称为地固坐标系，以地心为原点的
地固坐标系则称为地心地固坐标系（ECEF）。
地心地固大地坐标系地球椭球的中心与地球质心重合，椭球面与大地水准面在全球
范围内最佳符合，椭球的短轴与地球自转轴重合，大地纬度为过地面点的椭球法线与椭
球赤道面的夹角，大地经度为过地球面点的椭球子午面与格林尼治的大地子午面之间的
夹角，大地高为地面点沿椭球法线至椭
球面的距离。例如：WGS-84 世界大地坐
标系属于地心地固坐标系。
d. 高程系统
为了表达地球自然表面点相对地球
椭球的空间位置，除采用椭球坐标（即
大地经度及纬度）外，还要应用大地高
图 2-1 大地水准面
图 2-2 参考椭球体
图 2-3 参考椭球体几何参
数
图 2-5 空间直角坐系标
系
图 2-4 空间大地坐标系
图 2-6 高斯投
影
图 2-7 6° 带和 3° 带投影
图 2-8 高斯平面直角坐标系