(完整word版)大地测量学基础
大地测量学基础
一、解释下１、大地水准面：假定海水面完全处于静止和平衡状态（没有风浪、潮汐及大气压变化的影响），把这个海水面伸延到大陆下面，形成一个封闭曲面，在这个面上都保持与重力方向正交的特性，则这个封闭曲面称为大地水准面。
2、球面角超：球面多边形的内角和与相应平面上的内角和与（n-2）×180°的差值（或答为球面三角形和180°也可）。
3、底点纬度：在y =0时，把x 直接作为中央子午线弧长对应的大地纬度B ，叫底点纬度。
4、高程异常：似大地水准面与椭球面的高程差。
5、水准标尺零点差：一对水准标尺的零点误差之差。
6协调世界时，协调世界时(TUC)是以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近于世界时的一种时间计量系统。
7正高，，地面点沿该点的重力线到大地水准面的距离。
8正常高，，，：地面点沿正常重力线到似大地水准面的距离9大地高。
，，：一点沿椭球法线到椭球面的距离、0子午圈，，，，，，天球子午面与天球面的截线1卯酉圈，，，，，过椭球面上一点的法线，可作无限个法截面，其中一个与该点子午面相垂直的法截面同椭球面相截形成的闭合的圈称为卯酉圈2，，，大地线：椭球面上两点之间的最短程曲线；大地线是一条空间的曲面曲线。
在椭球面上进行测量计算时，应当以两点间的大地线为依据。
1、在地球自转中，地轴方向相对于空间的变化有_岁差和_章动_。
2、时间的度量单位有_时刻和_时间间隔__两种形式。
3、重力位是__引力位__和__离心力位___之和，重力位的公式表达式为__()2222dm W f x y r ω=⋅++⎰_____。
4、椭球的形状和大小一般用___长半轴a 和扁率α____来表示。
5、在大地控制网优化设计中把__精度标准；可靠性标准；费用标准__作为三个主要质量控制标准。
6、测距精度表达式()m a b D =±+⨯中，的单位是___mm___，表示的意义是__固定误差___；的单位是__ppm_，表示的意义是比例误差系数_。
大地测量学基础(第1章 绪论New)
发现活跃、综合性强：
范围：全球、深空 学科：地球物理、地质学、空间科学、天文学、大气科学、 海洋学； 手段：测绘仪器、计算机
测绘科学技术的基础 ：是测绘科学技术进步的标志
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第一章 绪 论
§1大地测量学的定义和基本内容 1.1大地测量学的定义
大地测量学 是指在一定的时间与空间参考系中，测量和描绘地球形状及 其重力场并监测其变化，为人类活动提供关于地球的空间信息的 一门学科。 经典大地测量：地球刚体不变、均匀旋转的球体或椭球体； 范围小。 现代大地测量：空间测绘技术(人造地球卫星、空间探测器)， 空间大地测量为特征，范围大。
3) 重力测量有了进展：1673年荷兰的惠更斯
(C.Huygens)提出用摆进行重力测量的原理；设计和生 产了用于绝对重力测量以及用于相对重力测量的便携 式摆仪。极大地推动了重力测量的发展。
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第三阶段：大地水准面阶段
从19世纪下半叶至20世纪40年代，人们将对椭球的认 识发展到是大地水准面包围的大地体。 几何大地测量学进展： 天文大地网的布设有了重大发展。全球三大天文大地 网的建立（1800－1900印度，一等三角网2万公里，平 均边长45公里；1911－1935美国一等7万公里；19241950苏联，7万多公里) 因瓦基线尺出现，平行玻璃板测微器的水准仪及因瓦 水准尺使用。
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•
物理大地测量标志性成就：
1) 克莱罗定理的提出：法国学者克莱罗(A.C.Clairaut) 假设地球是由许多密度不同的均匀物质层圈组成的椭 球体，这些椭球面都是重力等位面(即水准面)。该椭 球面上纬度φ 的一点的重力加速度按下式计算：
e (1 sin )
2
2 大地测量基础知识1
大地测量学基础
第二节 常用大地测量坐标系统
三、站心坐标系
站心地平直角坐标系：原点位于地面测站点，z轴指向 站心地平直角坐标系：原点位于地面测站点， 位于地面测站点 测站点的椭球面法线方向（又称大地天顶方向）， ），x 测站点的椭球面法线方向（又称大地天顶方向），x轴是 原点的大地子午面和包含原点且和法线垂直的平面的交线， 原点的大地子午面和包含原点且和法线垂直的平面的交线， 指向北点方向， 轴构成左手坐标系 左手坐标系。 指向北点方向，y轴与x、z轴构成左手坐标系。 站心地平极坐标系：类似于球面坐标系和直角坐标系， 站心地平极坐标系：类似于球面坐标系和直角坐标系， 测站P至另一点（如卫星） 的距离为r 方位角为A 测站P至另一点（如卫星）S的距离为r、方位角为A、高度 角为h 构成站心地平极坐标系 站心地平极坐标系。 角为h，构成站心地平极坐标系。
X γ O α
P r δ
Y
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第二节 常用大地测量坐标系统
二、地球坐标系
（一）天文坐标系 地面点在大地水准面上的位置用天文经度λ和天文纬 地面点在大地水准面上的位置用天文经度 大地水准面上的位置用天文经度λ 表示。若地面点不在大地水准面上， 度φ表示。若地面点不在大地水准面上，它沿铅垂线到大 地水准面的距离称为正高H 地水准面的距离称为正高H正。
大地测量学基础
第一节 大地测量的基准面和基准线
四、总地球椭球
从全球着眼，必须寻求一个和整个大地体最为接近、 从全球着眼，必须寻求一个和整个大地体最为接近、 密合最好的椭球，这个椭球又称为总地球椭球或平均椭球。 密合最好的椭球，这个椭球又称为总地球椭球或平均椭球。 总地球椭球满足以下条件 条件： 总地球椭球满足以下条件： 椭球质量等于地球质量，两者的旋转角速度相等。 1 、 椭球质量等于地球质量 ， 两者的旋转角速度相等 。 2、椭球体积与大地体体积相等，它的表面与大地水 椭球体积与大地体体积相等， 准面之间的差距平方和为最小。 准面之间的差距平方和为最小。 3、椭球中心与地心重合，椭球短轴与地球平自转轴 椭球中心与地心重合， 重合，大地起始子午面与天文起始子午面平行。 重合，大地起始子午面与天文起始子午面平行。
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8Leabharlann • 3、中国各种地图投影：
1）中国全国地图投影：斜轴等面积方位投影、斜轴等角方 位投影、伪方位投影、正轴等面积割圆锥投影、正轴等角割 圆锥投影。
• 2）中国分省（区）地图的投影：正轴等角割圆锥投影、正 轴等面积割圆锥投影、正轴等角圆柱投影、高斯-克吕格投 影（宽带）。
• 3）中国大比例尺地图的投影：多面体投影（北洋军阀时 期）、等角割圆锥投影（兰勃特投影）（解放前）、高斯克吕格投影（解放以后）。
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1).高斯投影的原理:
高斯投影采用分带投影。将椭球面按一定经差
分带，分别进行投影。
高斯投影平面
N
中
央
子
午 线
赤道
c
赤道
S
测绘学院《大地测量学基础》课件
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2)、高斯投影必须满足：
（1）高斯投影为正形投影， 即等角投影；
（2）中央子午线投影后为直 线，且为投影的对称轴；
（3）中央子午线投影后长度 不变。
测绘学院《大地测量学基础》课件
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3)、高斯投影的特点: x
（1）中央子午线投影后为直
线，且长度不变。
平行圈
（2） 除中央子午线外，其余
子午线的投影均为凹向中央
赤道
O
y
子午线的曲线，并以中央子 子午线
午线为对称轴。投影后有长
度变形。 （3） 赤道线投影后为直线，
但有长度变形。
中央子午线
测绘学院《大地测量学基础》课件
L。=3ºn （n为3º带的带号） 例：120带中央子午线的经度为
L。＝3º× 120＝360 º
测绘学院《大地测量学基础》课件
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若已知某点的经度为L，则该点的6º 带的带号N由下式计算：
大地测量学基础知识
第一章1.大地测量学的定义大地测量学是在一定的时间-空间参考系统中，测量和描绘地球及其他行星体的一门学科。
2.大地测量学的基本体系以三个基本分支为主所构成的基本体系。
几何大地测量学物理大地测量学空间大地测量学3.大地测量学的基本任务精确确定地面点位及其变化研究地球重力场、地球形状和地球动力现象4.大地测量学的基本内容1、大地测量基础知识（基准面和基准线，坐标系统和时间系统，地球重力场等）；2、大地测量学的基本理论（地球椭球基本的理论,高斯投影的基本理论，大地坐标系统的建立与坐标系统的转换等）；3、大地测量基本技术与方法（经典的、现代的）4、大地控制网的建立（包括国家大地控制网、工程控制网。
形式有三角网、导线网、高程网、GPS网等）；5、大地测量数据处理（概算与平差计算）。
5.大地测量学的基本作用1、为地形测图与大型工程测量提供基本控制；2、为城建和矿山工程测量提供起始数据；3、为地球科学的研究提供信息；4、在防灾、减灾和救灾中的作用；5、发展空间技术和国防建设的重要保障。
第二章1.岁差章动极移由于日、月等天体的影响，类似于旋转陀螺，地球的旋转轴在空间围绕黄极发生ε=︒，旋转周期为26000缓慢旋转，形成一个倒圆锥体，其锥角等于黄赤交角23.5年，这种运动称为岁差。
月球绕地球旋转的轨道称为白道，由于白道对黄道有约5︒的倾斜，使得月球引力产生的大小和方向不断变化，从而导致地球旋转轴在岁差的基础上叠加18.6年的短周期运动，振幅为9.21''，这种现象称为章动。
地球自转轴存在相对于地球体自身内部结构的相对位置变化，从而导致极点在地球表面上的位置随时间而变化，这种现象称为极移。
2.恒星时太阳时原子时以春分点作为基本参考点，由春分点周日视运动确定的时间，称为恒星时。
以真太阳作为基本参考点，由其周日视运动确定的时间，称为真太阳时。
原子时是一种以原子谐振信号周期为标准，并对它进行连续计数的时标。
大地测量学基础
1.大地测量学的定义：是指在一定的时间与空间参考系中，测量和描绘地球形状及其重力场并监测其变化，为人类活动提供关于地球的空间信息的一门学科。
2.大地测量学的作用：（1）为人类活动提供地球信息。
（2）在防灾减灾和救援活动中发挥日益增强的作用。
（3）在环境监测和保护等领域中发挥重要作用。
（4）探索地球物理现象的力学机制，获取表征地球运动和形变的参数。
（5）为空间技术和国防现代化建设提供重要保障。
3.在测量工作中，为了不使误差积累，必须遵循“从整体到局部”，“先控制后碎部”的原则。
4.布设原则：从高级到低级逐级加密。
国家水准网遵循“从整体到局部、由高级到低级、逐级控制、逐级加密”的原则布设为一、二、三、四等。
5.大地测量学的基本任务：建立控制网，确定控制点的位置。
6.大地测量学的基准面和基准线：椭球面、参考椭球面、水准面、大地水准面、高斯面、地球自然表面、(似)大地水准面、首子午面、赤道；(铅)垂线、法线地球自转轴。
7.我国的参考椭球：1954北京坐标系、1980西安坐标系，“1980年国家大地坐标系”（简称80系）（大地原点位于陕西省泾阳县永乐镇）。
8.大地水准面的铅垂线与椭球面的法线必然不重合,两者之间的夹角u称为垂线偏差。
9.大地水准面与椭球面在某一点上的高差称为大地水准面差距，用N表示。
似大地水准面与椭球面在某一点上的高差称为高程异常，用 表示。
大地高——地面点沿法线至椭球面的距离，正高——地面点沿实际重力(垂)线至大地水准面的距离，正常高——地面点沿实际重力(垂)线至似大地水准面的距离。
10.经纬仪仪器误差：⑴视准轴误差⑵度盘偏心误差⑶横轴(水平轴)倾斜误差⑷竖轴倾斜误差11.度盘偏心误差：度盘中心与照准部旋转中心不重合，即度盘中心与地面点不在同一铅垂线上。
误差特点：在度盘的不同位置对读数的影响不同。
减弱或消除办法：(1)不同测回间配置度盘，使读数均匀分布在度盘上；(2)采用度盘对径分划取平均值的办法；(3)盘左盘右取平均值的办法。
大地测量学基础
2020年10月28日星期三12时57分11秒
（一）天球坐标系
1.天球的基本概念： 天球、天极、天球赤道、天球子午圈、 时圈、黄道、黄赤交角、春分点、黄极、 岁差与章动 2.天球坐标系的建立 1）天球空间直角坐标系 2）天球球面坐标系
第二章 大地测量基础知识
§2-1 大地测量的基准面和基准线 一、水准面与大地水准面
1、水准面 我们把重力位相等的面称为重力等位面，也就 是我们通常所说的水准面。水准面有无数个。 1）水准面具有复杂的形状。 2）水准面相互既不能相交也不能相切。
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3）每个水准面都对应着唯一的位能W=C=常 数，在这个面上移动单位质量不做功，亦即所做 的功等于0，即dW=-gsds，可见水准面是均衡面。
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天球基本概念（1）
天球：我们 把以地球M 为中心，以 无穷远的距 离为半径所 形成的球称 作天球。
天极：地球自
转的中心轴线 简称地轴，将 其延伸就是天 轴，天轴与天 球的交点称为 天极，Pn在北 称作北天极， PS，在南称作
南天极。
天球赤道：
通过地球质心 M与地轴垂直 的平面称为天 球赤道面，天 球赤道面与天 球相交的大圆 就称为天球赤 道。
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4、但对于天文大地测量及大地点坐标的推算， 对于国家测图及区域绘图来说，往往采用其大小 及定位定向最接近于本国或本地区的地球椭球。 这种最接近，表现在两个面最接近即同点的法线 和垂线最接近。所有地面测量都依法线投影在这 个椭球面上，我们把这样的椭球叫参考椭球。
大地测量学基础
大地测量学基础:《大地测量学基础》是2010年5月1日武汉大学出版社出版的图书，作者是孔祥元。
图书简介:该书是“十一五”国家级规划教材，也是国家精品课程教材。
本教材严格按照教育部批准的“十一五”国家级规划教材立项要求和全国高等学校测绘学科教学指导委员会以及武汉大学的具体要求进行编写，是全国高等学校测绘工程专业本科教学用教材，也可供从事测绘工程专业及相关专业的科技人员、管理人员及研究生等参考。
图书目录:序第二版前言前言第1章绪论1.1 大地测量学的定义和作用1.1.1 大地测量学的定义1.1.2 大地测量学的地位和作用1.2 大地测量学的基本体系和内容1.2.1 大地测量学的基本体系1.2.2 大地测量学的基本内容1.2.3 大地测量学同其他学科的关系1.3 大地测量学的发展简史及展望1.3.1 大地测量学的发展简史1.3.2 大地测量的展望第2章坐标系统与时间系统2.1 地球的运转2.1.1 地球绕太阳公转2.1.2 地球的自转2.2 时间系统2.2.1 恒星时(ST)2.2.2 世界时(UT)2.2.3 历书时(ET)与力学时(DT)2.2.4 原子时(AT)2.2.5 协调世界时(UTC)2.2.6 卫星定位系统时间2.3 坐标系统2.3.1 基本概念2.3.2 惯性坐标系(ClS)与协议天球坐标系2.3.3 地固坐标系2.3.4 坐标系换算第3章地球重力场及地球形状的基本理论3.1 地球及其运动的基本概念3.1.1 地球概说3.1.2 地球运动概说3.1.3 地球基本参数：3.2 地球重力场的基本原理3.2.1 引力与离心力3.2.2 引力位和离心力位3.2.3 重力位3.2.4 地球的正常重力位和正常重力3.2.5 正常椭球和水准椭球，总的地球椭球和参考椭球3.3 高程系统3.3.1 一般说明3.3.2 正高系统3.3.3 正常高系统3.3.4 力高和地区力高高程系统3.3.5 国家高程基准3.4 关于测定垂线偏差和大地水准面差距的基本概念3.4.1 关于测定垂线偏差的基本概念3.4.2 关于测定大地水准面差距的基本概念3.5 关于确定地球形状的基本概念3.5.1 天文大地测量方法3.5.2 重力测量方法3.5.3 空间大地测量方法第4章地球椭球及其数学投影变换的基本理论4.1 地球椭球的基本几何参数及其相互关系4.1.1 地球椭球的基本几何参数4.1.2 地球椭球参数间的相互关系4.2 椭球面上的常用坐标系及其相互关系4.2.1 各种坐标系的建立4.2.2 各坐标系间的关系4.2.3 站心地平坐标系4.3 椭球面上的几种曲率半径4.3.1 子午圈曲率半径4.3.2 卯酉圈曲率半径4.3.3 主曲率半径的计算4.3.4 任意法截弧的曲率半径4.3.5 平均曲率半径4.3.6 M，N，R的关系4.4 椭球面上的弧长计算4.4.1 子午线弧长计算公式4.4.2 由子午线弧长求大地纬度4.4.3 平行圈弧长公式4.4.4 子午线弧长和平行圈弧长变化的比较4.4.5 椭球面梯形图幅面积的计算4.5 大地线4.5.1 相对法截线4.5.2 大地线的定义和性质4.5.3 大地线的微分方程和克莱劳方程4.6 将地面观测值归算至椭球面4.6.1 将地面观测的水平方向归算至椭球面4.6.2 将地面观测的长度归算至椭球面4.7 大地测量主题解算概述4.7.1 大地主题解算的一般说明4.7.2 勒让德级数式4.7.3 高斯平均引数正算公式4.7.4 高斯平均引数反算公式4.7.5 白塞尔大地主题解算方法4.8 地图数学投影变换的基本概念4.8.1 地图数学投影变换的意义和投影方程4.8.2 地图投影的变形4.8.3 地图投影的分类4.8.4 高斯投影简要说明4.9 高斯平面直角坐标系4.9.1 高斯投影概述4.9.2 正形投影的一般条件4.9.3 高斯投影坐标正反算公式4.9.4 高斯投影坐标计算的实用公式及算例4.9.5 平面子午线收敛角公式4.9.6 方向改化公式4.9.7 距离改化公式4.9.8 高斯投影的邻带坐标换算4.10通用横轴墨卡托投影和高斯投影族的概念4.10.1 通用横轴墨卡托投影概念4.10.2 高斯投影族的概念4.11兰勃脱投影概述4.11.1 兰勃脱投影基本概念4.11.2 兰勃脱投影坐标正、反算公式4.11.3 兰勃脱投影长度比、投影带划分及应用第5章大地测量基本技术与方法5.1 国家平面大地控制网建立的基本原理5.1.1 建立国家平面大地控制网的方法5.1.2 建立国家平面大地控制网的基本原则5.1.3 国家平面大地控制网的布设方案5.1.4 大地控制网优化设计简介5.2 国家高程控制网建立的基本原理5.2.1 国家高程控制网的布设原则5.2.2 国家水准网的布设方案及精度要求5.2.3 水准路线的设计、选点和埋石5.2.4 水准路线上的重力测量5.2.5 我国国家水准网的布设概况5.3 工程测量控制网建立的基本原理5.3.1 工程泓量控制网的分类5.3.2 工程平面控制网的布设原则5.3.3 工程平面控制网的布设方案5.3.4 工程高程控制网的布设5.4 大地测量仪器5.4.1 精密测角仪器——经纬仪5.4.2 电磁波测距仪5.4.3 全站仪5.4.4 GPS接收机5.4.5 TPS和GPS的集成——徕卡系统1200-超站仪(system1200-SmartStation5.4.6 精密水准测量的仪器——水准仪5.5 电磁波在大气中的传播5.5.1 一般概念5.5.2 电磁波在大气中的衰减5.5.3 电磁波的传播速度5.5.4 电磁波的波道弯曲5.6 精密角度测量方法5.6.1 精密测角的误差来源及影响5.6.2 精密测角的一般原则5.6.3 方向观测法5.6.4 分组方向观测法5.6.5 归心改正5.7 精密的电磁波测距方法5.7.1 电磁波测距基本原理5.7.2 N值解算的一般原理5.7.3 距离观测值的改正……第6章深空在地测量简介主要参考文献。
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大地测量学基础一、大地测量的基本概念1、大地测量学的定义它是一门量测和描绘地球表面的科学。
它也包括确定地球重力场和海底地形。
也就是研究和测定地球形状、大小和地球重力场，以及测定地面点几何位置的学科。
测绘学的一个分支。
主要任务是测量和描绘地球并监测其变化,为人类活动提供关于地球的空间信息。
是一门地球信息学科。
是一切测绘科学技术的基础.测绘学的一个分支。
研究和测定地球形状、大小和地球重力场,以及测定地面点几何位置的学科.大地测量学中测定地球的大小，是指测定地球椭球的大小；研究地球形状，是指研究大地水准面的形状;测定地面点的几何位置，是指测定以地球椭球面为参考的地面点的位置。
将地面点沿法线方向投影于地球椭球面上，用投影点在椭球面上的大地纬度和大地经度表示该点的水平位置，用地面点至投影点的法线距离表示该点的大地高程。
这点的几何位置也可以用一个以地球质心为原点的空间直角坐标系中的三维坐标来表示。
大地测量工作为大规模测制地形图提供地面的水平位置控制网和高程控制网,为用重力勘探地下矿藏提供重力控制点，同时也为发射人造地球卫星、导弹和各种航天器提供地面站的精确坐标和地球重力场资料. 内容和分支学科解决大地测量学所提出的任务，传统上有两种方法:几何法和物理法。
随着20世纪50年代末人造地球卫星的出现，又产生了卫星法。
所以现代大地测量学包括几何大地测量学、物理大地测量学和卫星大地测量学3个主要部分。
几何法是用一个同地球外形最为接近的几何体（即旋转椭球，称为参考椭球）代表地球形状，用天文大地测量方法测定这个椭球的形状和大小，并以它的表面为基础推算地面点的几何位置。
物理法是从物理学观点出发研究地球形状的理论。
用一个同全球平均海水面位能相等的重力等位面（大地水准面)代表地球的实际形状,用地面重力测量数据研究大地水准面相对于地球椭球面的起伏。
卫星法是利用卫星在地球引力场中的轨道运动，从尽可能均匀分布在整个地球表面上的十几个至几十个跟踪站,观测至卫星瞬间位置的方向、距离或距离差。
积累对不同高度和不同倾角的卫星的长期（数年）观测资料,可以综合解算地球的几何参数和物理参数，以及地面跟踪站相对于地球质心的几何位置。
2、大地测量学的任务·确定地球形状及其外部重力场及其随时间的变化，建立统一的大地测量坐标系，研究地壳形变（包括地壳垂直升降及水平位移），测定极移以及海洋水面地形及其变化等。
·研究月球及太阳系行星的形状及其重力场。
·建立和维持具有高科技水平的国家和全球的天文大地水平控制网和精密水准网以及海洋大地控制网,以满足国民经济和国防建设的需要。
·研究为获得高精度测量成果的仪器和方法等。
·研究地球表面向椭球面或平面的投影数学变换及有关的大地测量计算。
·研究大规模、高精度和多类别的地面网、空间网及其联合网的数学处理的理论和方法,测量数据库建立及应用等.3、大地测量学的基本分支a 几何大地测量学：基本任务是确定地球的形状和大小及确定地面点的几何位置。
b 物理大地测量学:基本任务是用物理方法（重力测量）确定地球形状及其外部重力场.C 空间大地测量学:以人造地球卫星及格其他空间探测器为代表的空间大地测量的理论、技术与方法.几何大地测量学研究用几何方法测定地球形状和大小以及地面点几何位置的学科，亦称天文大地测量学几何大地测量采用一个旋转椭球代表地球形状，用几何方法测定它的形状和大小，并以该椭球面为参考研究和测定大地水准面，以及建立大地坐标系。
地球椭球的形状和大小以其扁率和长半轴表示.地面点的几何位置以其在大地坐标系中的大地经度、纬度和大地高程表示。
测定地球形状,是指测定大地水准面形状，也就是测定大地水准面对于椭球面的差距。
4、大地测量学的基本体系a 应用大地测量学：以研究建立国家大地测量控制网为中心内容.b 椭球大地测量学：研究坐标系建立及地球椭球性质以及投影数学变换为主要内容.c 大地天文测量学：以研究测量天文经度、纬度及天文方位角为中心内容.d 大地重力测量学:以研究重力场及重力测量方法为中心内容。
e 测量平差:以研究大地测量控制网平差计算为主要内容。
5、水准面、大地水准面、似大地水准面的概念、高程系统a. 水准面: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：图2-1 大地水准面图2-2 参考椭球体具有确定参数（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：X2/a2+y2/a2+z2/b2=1 (2—1)α=(a—b)/a图2-3 参考椭球体几何参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H 。
二、大地测量常用坐标系一个完整的坐标系统是由坐标系和基准两方面要素所构成的。
坐标系指的是描述空间位置的表达形式，而基准指的是为描述空间位置而定义的一系列点、线、面。
在大地测量中的基准一般是指为确定点在空间中的位置，而采用的地球椭球或参考椭球的几何参数和物理参数，及其在空间的定位、定向方式，以及在描述空间位置时所采用的单位长度的定义。
1、空间大地坐标系空间大地坐标系是采用大地经度(L ）、纬度（B ）和大地高（H ）来描述空间位置的。
纬度是空间的点与参考椭球面的法线与赤道面的夹角，经度是空间中的点与参考椭球的自转轴所在的面与参考椭球的起始子午面的夹角，大地高是空间点沿参考椭球的法线方向到参考椭球面的距离。
2、空间直角坐标系：空间直角坐标系的坐标系原点位于参考椭球的中心，Z 轴指向参考椭球的北极，X 轴指向起始子午面与赤道的交点,Y 轴位于赤道面上，且按右手系与X 轴呈90°夹角.某点在空间中的坐标可用该点在此坐标系的各个坐标轴上的投影来表示。
3、平面直角坐标系平面直角坐标系是利用投影变换，将空间坐标（空间直角坐标或空间大地坐标)通过某种数学变换映射到平面上，这种变换又称为投影变换。
投影变换的方法有很多，如UTM 投影、Lambuda 投影等,在我国采用的是高斯—克吕格投影，也称为高斯投影。
4、高斯平面直角坐标系图2-5 空间直角坐系标图2-4 空间大地坐标系高斯投影基本概念：地图数学投影:将椭球面上元素（包括坐标、方位和距离）按一定的数学法则投影到平面上。
高斯投影对地图投影的要求：采用等角投影(又称正形投影）.在有限的范围内使地图上图形同椭球上原形保持相似，免除了大量投影计算工作。
在所采用的正形投影中，要求长度和面积变形不大。
投影后应该保证具有一个单一起算点的统一的坐标系。
高斯投影高斯投影是正形投影的一种.将一个横椭圆柱套在地球上。
椭图2-6 高斯投球体中心o在椭圆柱中心轴上，椭球体南北极与椭圆柱相切，并使某一子午线与圆柱相切.此子午线称为中央子午线。
然后将椭球体面上的点，线按正形投影条件投影投影到椭圆柱上,再沿椭圆柱n，s点母线割开,并展成平面，称为高斯投影平面。
高斯投影平面特点a。
中央子午线是直线，其长度不变，离开中央子午线的其它子午线是弧形,凹向中央子午线。
离开中央子午线越远，变形越大;b。
投影后赤道是一条直线，赤道与中央子午线保持正交；c. 离开赤道的纬线是弧线,凸向赤道。
高斯投影可以将椭球面变成平面，但是离开中央子午线越远变形越大。
实际中采用分带投影的方法.投影带宽度是以两相邻子午线的径差l来划分。
有6°带和3 °带等不同投影方法。
图2-7 6°带和3°带投影6°带投影是从英国格林威治子午线开始，自西向东,每隔6°投影一次,编号1~60带(n ）。
各带中央子午线经度。
已知某点大地经度L ，可按下式计算该点所属的带号:n ＝L/6(的整数商）＋1(有余数时）中国11个6°带，13～23带（中央子午线75 °~135 °）北京位于6°带的第20带，中央子午线的经度117度.根据高斯投影的特点，以赤道和中央子午线的交点为坐标原点o ，中央子午线方向为x 轴，北方向为正。
赤道投影线为y 轴，东方向为正。
国家统一坐标：在我国x 坐标都是正的,y 坐标的最大值（在赤道上）约为330为了避免出现负的横坐标，可在横坐标上加上500，000m 。
此外还应在坐标前面冠以带号。
例如,有一点Y=19 123456。
789m ，该点位在19带内，其相对于中央子午线而言的横坐标是：首先去掉带号，再减去500000m,最后得Y=—376543.211m.5、通用横轴墨卡托投影（UTM)通用横轴墨卡托投影（Universal Transverse Mercator Projection ）取其前面三个英文单词的大写字母而称UTM 投影。
从几何意义上讲，UTM 投影属于横轴等角割椭圆柱投影。