测绘工作是在地球表面或地球周围空间进行的，因此，首先必须了解地球的形状与大小。
地球是南北极稍扁，赤道稍长，平均半径约为6371km的椭球。地球的自然表面并不平坦，有高山、丘陵、平原、盆地、湖泊、河流和海洋等，呈现高低起伏的形态。其中海洋面积约占71%，陆地面积约占29%。在地面上进行测量工作应掌握重力、铅垂线、水准面、大地水准面、地球自然表面、参考椭球面和法线的概念并了解它们之间的关系。
如图4.1所示，由于地球的自转，其表面的质点P除受万有引力的作用外，还受到离心力的影响。P点所受的万有引力与离心力的合力称为重力，重力的方向称为铅垂线方向。
图4.1 地球自然表面、水准面、大地水准面、参考椭球面、铅垂线、法线间的关系
假想静止不动的水面延伸穿过陆地，包围整个地球，形成的封闭曲面称为水准面。水准面是受地球重力影响形成的，是重力等位面，或者说水准面是处处与铅垂线垂直的连续封闭曲面。由于潮汐的影响，水准面的高度可变，因此，水准面有无数个，其中与平均海水面相吻合的水准面称为大地水准面，大地水准面是唯一的。
由于地球内部物质的密度分布不均匀，造成地球各处万有引力的大小不同，致使重力方向产生变化，所以大地水准面是有微小起伏、不规则、很难用数学方程表示的复杂曲面。如果将地球表面上的物体投影到这个复杂曲面上，计算起来将非常困难。为了解决投影计算问题，选择一个与大地水准面非常接近、能用数学方程表示的椭球面作为投影基准面，这个椭球面是由长半轴为a、短半轴为b的椭圆NESW绕其短轴NS旋转而成的旋转椭球面。旋转椭球又称参考椭球，所以，其表面又称参考椭球面。
由地表任一点向参考椭球面所作的垂线称法线，地表点的铅垂线与法线一般不重合，其夹角δ称为垂线偏差。
决定参考椭球大小的元素为椭圆的长半轴a和短半轴b，此外，根据a和b定义了扁率α，其定义为长、短半轴之差与长半轴之比，用下式表示：
式中：a、b和α称为参考椭球元素。(www.xing528.com)
现将我国建立大地测量坐标系采用过的1954年北京坐标系、1980年西安坐标系两套参考椭球元素值及GPS测量使用的WGS—84坐标系参考椭球元素值列于表4.1。
表4.1 坐标系参考椭球元素
地球的扁率是很小的，因此，当测区范围不大时，可以将参考椭球近似看作为圆球，其半径
决定参考椭球相对于地球的位置称参考椭球定位，参考椭球面与大地水准面相切的点称大地原点，该点的铅垂线与法线重合。新中国成立以来，我国先后两次选用不同的地球椭球元素以解决椭球体的定位，使其尽量与大地体吻合并建立大地测量坐标系。
新中国成立初期，采用前苏联克拉索夫斯基椭球体元素，依此建立了“1954年北京坐标系”，其大地原点位于前苏联西北部的普尔科沃。
20世纪80年代，采用国际大地测量与地球物理协会（IUGG）1975年推出的地球椭球体元素，在我国陕西省泾阳县永乐镇设大地原点，建立了新的大地测量基准，即“1980年西安坐标系”。“1980年西安坐标系”大地原点如图4.2所示。
图4.2 1980年西安坐标系大地原点
（a）大地原点的大门；（b）大地原点的塔楼；（c）大地原点的标志
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
