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2.1.1 地球体

一、地球体的基本特征

（一）地球体的量度

        地球的自然表面并不光滑平顺，珠穆朗玛峰（8 844.43 m）与马里亚纳海沟（11 034 m）之间的高差约达20 km。极不规则 、 凸凹不平、 极其复杂、难于描述。

        凸凹不平，形态极为复杂，难以成为测量与制图的基准面。应寻求一种与地球自然表面非常接近的规则曲面，来代替这种不规则的曲面

（二）地球体的物理表面

大地水准面：以理想水准面作为基准面向大陆延伸，穿过陆地、岛屿，最终形成的封闭曲面。

                    它实际上是一个起伏不平的重力等位面，是逼近于地球本身形状的一种形体，称大地体。

       

大地水准面的意义：  地球形体的一级逼近；

                                可用重力学理论进行研究

                                 可使用仪器测得海拔

因地球内部物质分布不均匀，引起重力变化，使大地水准面产生起伏，偏离平均地球椭球面。整体看，大地水准面仍然是不规则复杂曲面，难以进行简洁的数学计算。

经夸张之后的地球重力分布

（三）地球体的数学表面

        地球椭球体：假想将大地体绕短轴(地轴)飞速旋转，以形成一个表面光滑的球体表面。

         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。

对 a, b, α的具体测定就是近代大地测量学的一项重要工作。

参考椭球体：在实际应用中，往往采用收集到的测量数据和接近本国的定位、定向参数进行推算，得出一组参考椭球体数据，用于天文大地测量、全球定位系统等的演算。地球表面的三级逼近。

        19世纪以来，各国学者推求了多个参考椭球体参数。

常见的地球椭球体几何参数值

椭球名称	年代	长半径（m）	短半径（m）	扁率	采用国家
白塞尔(Bessel)	1841	6377397	6356079	1:299.15	德国、瑞士、日本等
克拉克(Clarke Ⅰ)	1866	6378206	6356584	1:295.0	北美、中美洲等
克拉克(Clarke  Ⅱ)	1880	6378249	6356515	1:293.5	非洲、以色列、伊朗等
海福特(Hayford)	1909	6378388	6356912	1:297.0	欧洲、南美、中国等
克拉索夫斯基(Krassovsky)	1948	6378245	6356863	1:298.3	苏联、中国、朝鲜等
1975 IUGG椭球体	1975	6378140	6 356 755	1/298.257	IAG第四个推荐，国际椭球
WGS84	1984	6378137	6356755	1:298.257223563	GPS定位系统
CGCS2000椭球 （ITRF 97 参考框架为基准）	2008	6378137	6356752	1/298.257222101	中国

二、地理坐标

地理坐标，就是用经线（子午线）、纬线、经度、纬度表示地面点位的球面坐标。

大地经纬度：以椭球面为参考面，以法线为依据，表示地面点在参考椭球面上的位置。

大地纬度φ（B）：参考椭球面上某点的法线与赤道平面的夹角。北正南负。

大地经度 λ（L）：参考椭球面上某点的大地子午面与本初子午面间的两面角。东正西负。

大地高 H ： 指某点沿法线方向到参考椭球面的距离。

2.1.2 坐标系统

一、大地坐标系统

        大地坐标（Geodetic coordinate）是大地测量中以参考椭球面为基准面的坐标，地面点P的位置用大地经度L、大地纬度B和大地高H表示。大地坐标多应用于大地测量学，测绘学等。

        测量成果需借助一个与地球形状大小相似的、表面光滑的参考椭球面向外推算，原点的建立，就是解决参考椭球的定位、定向问题，即在领土范围内，使地球大地水准面与参考椭球体面基本吻合

        大地原点，亦称大地基准点，即国家水平控制网中推算大地坐标的起标点。

1954北京坐标系        参考椭球体：克拉索夫斯基1940椭球体；

1980西安坐标系        参考椭球体： GRS（1975 IUGG）

2000国家大地坐标系        参考椭球体：CGCS2000椭球体

二、大地控制网

（一）平面控制网

以大地原点为基础，在地面上选择一系列控制点，并建立起一系列三角形，组成三角锁和三角网。

（二）高程控制网

海拔（绝对高程）：地面点对似大地水准面（海平面）的垂距H。

1956年黄海高程系

1985年国家高程基准

我国高程基准

三、全球导航卫星系统（GNSS）

1、卫星定位优势：

         无需通视及觇标  

         提供3维坐标 

         定位精度高 

         观测时间短 

         全天候作业 

         操作简便

    2、目前的卫星定位系统 

        美国： GPS、GPS-IIF、GPS-III

        俄罗斯： GLONASS （格鲁纳斯） 

        欧盟： GALILEO（加利略）

        中国：北斗导航卫星系统  (BeiDou、COMPASS) 

        2018年12月27日，北斗系统服务范围由区域扩展为全球，北斗系统正式迈入全球时代。