1 概述

1.1 关于本文

作为一个GIS软件工程师，必要的基础理论知识还是要掌握的，而我没系统学习过地理信息基础知识，文章以概念性的理论知识的为主，可能会添加一些个人的理解，如我描述有问题，谢谢指正。

1.2 进一步的认识地球

根据上图可以看出，地球的表面凹凸不平，内部质量及重力分布也是不均衡的，研究人员将得到的重力数据放到地球模型上并进行了夸张的处理，以此来更加直观地表示出研究结果，这就得到了流言中所说的上图那张“地球素颜照”，也是梨形地球的说法来源，但是这种说法毕竟是经过了夸张处理后得到的效果，虽然这种描述不够科学，但是对于认识地球来说还是比较形象的表述，见下梨形地球图：

随着科学技术的发展，测量和模拟计算地球的形状不再是难题（见地球的三级逼近）。通过实测和分析，人们得到了通用地球形态数据：
赤道长度： 40,076km
子午线长度： 40,009km
极半径长度： 6,356.8km
赤道半径长度： 6,378.2km
扁率： 1/298
面积：510,000,000k㎡
平均半径长度： 6,371km
体积：1,083,230,000,000km³

1.3 地球的三级逼近

上文介绍了地球的表面凹凸不平，内部质量及重力分布也不均衡，是一个无法用数学公式进行表达的曲面，这样的曲面不能作为制图和测量的基准，所以为了达到我们用数学进行表达的目的，就得对真实的地球进行建模，进行逼近，从而引入了地球三级逼近的概念。
（1）地球形体的一级逼近：大地体即大地水准面对地球自然表面的逼近。大地体对地球形状的很好近似，其面上高出与面下缺少的相当。
（2）地球形体的二级逼近：在测量和制图中就用旋转椭球体来代替大地球体，这个旋转椭球体通常称为地球椭球体，简称椭球体。它是一个规则的数学表面，所以人们视其为地球体的数学表面，也是对地球形体的二级逼近，用于测量计算的基准面。
（3）地球的三级逼近：对地球形状测定后，还必须确定大地水准面与椭球体面的相对关系。即确定与局部地区大地水准面（这个局部水准面即为大地水准面）符合最好的一个地球椭球体——参考椭球体，这项工作就是参考椭球体定位。

2 大地水准面、地球椭球体、大地基准面

2.1 大地水准面

地球表面有高山、也有洼地，是崎岖不平的，当我们想要使用数学法则来描述它，就必须找到一个相对规则的数学面，所以人们就假设海水处于完全静止的平衡状态，那么从海平面延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的曲面就是大地水准面，大地水准面是对地球形状的很好近似，是对地球表面的第一级逼近。
换一种自我理解形象的说法，由海平面延伸到大陆下部，水面呈静止状态（重力不起作用），由于地球内部质量分布不同，各处重力不均等，所以大地水准面只是近似于椭球体，还是无法用数学公式进行表达的曲面。
大地水准面是海拔高程的起算面，可使用仪器测得海拔高程—某点到大地水准面的垂直高度，也叫绝对高程，简称高程。在局部地区，无法知道绝对高程时，假定一个水准面作为高程起算面，地面点到该假定水准面的垂直距离称为相对高程。

2.2 地球椭球体

1.地球椭球体（旋转椭球体）又称“地球椭圆体”和“地球扁球体”。代表地球大小和形状的数学曲面。以长半径和扁率表示。因它十分迫近于椭球体，故通常以参考椭球体表示地球椭球体的形状和大小。椭圆绕其短轴旋转所成的形体，并近似于地球大地水准面。大地水准面的形状即用相对于参考椭球体的偏离来表示。通常所说地球的形状和大小，实际上就是以参考椭球体的半长径、半短径和扁率来表示。1975年国际大地测量与地球物理联合会推荐的数据为：半长径6378140米，半短径6356755米，扁率1∶298.257。通俗地说就是将大地体绕短轴飞速旋转所形成的一个表面光滑的，规则的地球形体。是对地球形体的描述，是为了测量成果的计算和测图工作的需要而定义的。
2.决定地球椭球体形状和大小的参数：长轴 a（赤道半径）、短轴 b（极半径）和椭球的扁率 f

重要概念

子午圈：包含旋转轴的平面与椭球面相截所得的椭圆
纬圈：垂直于旋转轴的平面与椭球面相截所得的圆
赤道：通过椭球中心的平行圈（纬圈）
地球椭球的五个基本几何参数（见上图）
椭球的长半轴
椭球的短半轴
椭圆的扁率
椭圆的第一偏心率
椭圆的第二偏心率

2.3 大地基准面

1.地球椭球体表面和地球表面肯定不是完全贴合，因而即使使用同一个椭球面，不同的地区由于关心的位置不同，当需要最大限度的贴合自己关心得区域表面时，就需要一个椭球曲面来描述这个最大贴合表面，这个表面就是大地基准面，而这个大地基准面所在的椭球体就是「参考椭球体」，参考椭球体可以当做是根据大地基准面的位置偏移、偏转而来。
2.地球椭球体与大地基准面是一对多的关系，也就是说基准面是在地球椭球体基础上建立的，但椭球体不能代表基准面，同样的椭球体可以定义多个基准面。为了让大地基准面与当地更匹配，测量和定位更精确，很多国家都开发自己的大地基准面。
3.这是地球表面的第三级逼近，有以下两类基准面：
3.1 地心基准面：由卫星数据得到，使用地球的质心作为原点，使用最广泛的是 WGS 1984。
3.2 区域基准面：特定区域内与地球表面吻合，大地原点是参考椭球与大地水准面相切的点，例如Beijing54、Xian80。我们通常称谓的Beijing54、Xian80坐标系实际上指的是我国的两个大地基准面。
4.我们通常说的参心大地坐标系和地心大地坐标系的区别就在于此。
4.1 参心大地坐标系：指经过定位与定向后，地球椭球的中心不与地球质心重合而是接近地球质心。区域性大地坐标系。是我国基本测图和常规大地测量的基础。如Beijing54、Xian80。
4.2 地心大地坐标系：指经过定位与定向后，地球椭球的中心与地球质心重合。如CGCS2000、WGS84。

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目录

1 概述

1.1 关于本文

1.2 进一步的认识地球

1.3 地球的三级逼近

2 大地水准面、地球椭球体、大地基准面

2.1 大地水准面

2.2 地球椭球体

2.3 大地基准面

（二）地理信息中对地球的描述-地球的大地水准面、地球椭球体、大地基准面相关推荐

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