水准面，大地水准面和水平面的关系

水准面，大地水准面和水平面的关系

地球是一个南北极稍扁，赤道稍长，平均半径约为6371km的椭球。海洋面积约占71%，陆地面积约占29% 测量工作是在地球表面进行的，而地球自然表面很不规则，有高山、丘陵、平原和海洋。其中最高的珠穆朗玛蜂高出海水面达8846.27m±0.2～0.3m(我国1994年8月公布)，最低的马里亚纳海沟低于海水面达11022m。但是这样的高低起伏，相对于地球半径6371km来说还是很小的，再顾及到海洋约占整个地球表面的71％，因此，人们把海水面所包围的地球形体看作地球的形状。 铅垂线(plumb line)：由于地球的自转运动，地球上任一点都要受到离心力和地球引力的双重作用，这两个力的合力称为重力，重力的方向线称为铅垂线 铅垂线是测量工作的基准线。（参考椭球体作为测量计算工作的基准面） 水准面(level surface)：静止的水面。水准面是受地球重力影响而形成的，是一个处处与重力方向垂直的连续曲面，并且是一个重力场的等位面。（处处与铅垂线垂直的连续封闭曲面） 水平面：与水准面相切的平面称为水平面 大地水准面(geoid)：水面可高可低，因此符合上述特点的水准面有无数多个，其中与平均海水面吻合并向大陆、岛屿内延伸而形成的闭合曲面，称为大地水准面(geoid)。（与平均海水面相吻合的水准面称为大地水准面）水准面有无穷个，而大地水准面是唯一的。大地水准面是测量工作的基准面 大地体：由大地水准面所包围的地球形体，称为大地体。 地球自然表面、水准面、大地水准面、参考椭球面、铅垂线、法线间的关系图 用大地体表示地球体形是恰当的，但由于地球内部质量分布不均匀，引起铅垂线的方向产生不规则的变化，致使大地水准面成为一个复杂的曲面(图1—1)，无法在这个曲面上进行测量数据处理。 大地水准面是有微小起伏的、不规则的、很难用数学方程表示的复杂曲面。 将地球表面上的物体投影到大地水准面上，计算起来非常困难。 为了使用方便，通常用一个非常接近于大地水准面，并可用数学公式表示的几何形体(即地球椭球体)来代替地球的形状作为测量计算工作的基准面。地球椭球体是—个椭园绕其短轴(b)旋转而成的形体，故地球椭球体又称为旋转椭球体，旋转椭球体的大小及形状由长半径a (或短半径b )和扁率α所决定。我国目前采用的旋转椭球体元素值为： 长半径 a ＝6378140m 扁 率 α ＝1∶298.257 ( 式中 α= (a－b) / a ) 同时, 选择陕西省泾阳县永乐镇某点为大地原点(geodetic origin)（AVI文件），并进行了大地定位。从而建立起来全国统一的大地坐标系，这就是现在使用的“1980年国家大地坐标系”。 我国采用的椭球参数： 椭球参数 年代 长半径m 扁率 大地坐标系 克拉索夫斯基椭球 1940 6378245 1/298.3 1954年北京坐标系 IUGG 1975年大会推荐的参数 1975 6378140 1/298.257 1980年国家大地坐标系 IUGG第17届大会推荐的参数 1984 6378137 1/298.25722 WGS-84世界大地坐标系 由于地球椭球体的扁率很小，因此当测区范围不大时，可近似地把椭球体作为圆球看待，其半径取值为 6371 km。

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