测量中通常采用的标准方向有三个：真子午线、磁子午线和坐标纵轴线的方向，它们各自的北方向真北方向、磁北方向和轴北方向统称为三北方向。
1.真子午线与真北方向
地球的自转轴在其表面形成两个交点，分别称为地北极、地南极，简称南极、北极。地球上某点的真子午线就是该点与南北两极相连而成的经度线，称地理子午线。它是依据地球的规律性自转，用天文测量方法观测太阳或其他恒星（如北极星）测定的。地面上各点的真子午线方向都指向地球的南北两极。真子午线的北方向便是真北方向。这里需要说明的是，虽然地轴是一个客观存在的地球旋转轴，其南、北两个极点也可以精确测量获得，但它们一直在有规律地变化，这也使得有关国家（中国、美国等）多年来在南极连续观测得到了诸多不同位置的极点。
地球上一点的真北方向，还可以通过陀螺仪准确测定（纬度在南纬75°、北纬75°之间的范围内）。
2.磁偏角与磁北方向
地球内部就像有一个大磁铁，它引导地面上所有的指北针均指向磁北极方向（见图2-19）。通过地面某点P及地磁南、北极的平面与地球表面的交线，称磁子午线。它用磁罗盘来测定，磁针静止时所指的方向即为磁子午线方向（这也是物理学中提到的磁感应线的方向）。磁子午线的北方向即为磁北方向。由于地磁南北极偏离地球自转轴的南北极（这一发现归功于我国宋朝的沈括），因此，其一点的磁子午线方向与真子午线的方向并不一致，而是偏离一个角度，称为磁偏角δ，如图2-20所示。凡是磁子午线北方向偏在真子午线北方向以东者称为东偏［见图2-20（a）］，其δ值为正；偏在真子午线北方向以西者称西偏［见图2-20（b）］，其δ值为负。
图2-19 地球磁场示意图
图2-20 磁偏角(www.xing528.com)
【课后导向】论述地球南北轴与地磁南北轴的相互位置关系及我国磁偏角的分布大小。
3.子午线收敛角与轴北方向
高斯投影平面中以中央子午线的投影为坐标纵轴，该坐标纵轴所指北方向就定义为轴北方向。各点的真子午线北方向与坐标纵轴北方向之间的夹角称为子午线收敛角，用γ表示。其值亦有正有负。在高斯投影带轴子午线以东地区，各点的坐标纵轴北方向偏在真子午线东边（东偏），γ为正值；在轴子午线以西地区，各点的坐标纵轴北方向偏在真子午线西边（西偏），则γ为负值，如图2-21所示。
子午线收敛角的近似计算公式如下：
式中，ΔL为地面某点的大地经度与其投影带中央子午线的经度之差；B为地面某点的大地纬度。
根据式（2-6）可判断，点位离开中央子午线越远，纬度越高，其收敛角γ越大。
图2-21 子午线收敛角
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