第二节　地球的形状和大小

测量工作是在地球表面上进行的，其表面是一个高低不平、极其复杂的自然面，陆地最高的珠穆朗玛峰高达8844.43m，海底最低的马里亚纳海沟深达11022m，但这样的高低起伏相对于半径为6371km的地球而言是可以忽略不计的。由于海洋约占地球表面的71%，陆地仅占29%，因此，地球的形状可以认为是被海水包围的球体。可以假想将静止的海水面延伸到大地内部，形成一个封闭曲面，这个静止的海水面称为水准面。海水有潮汐变化，所以水准面有无数多个，其中通过平均海水面的一个水准面称为大地水准面，它所包围的形体称为大地体，如图1-1所示，它非常接近一个两极扁平、赤道隆起的椭球。大地水准面的特性是处处与铅垂线正交，然而，由于地球内部物质分布不均匀，引起重力方向发生变化，使大地水准面成为一个不规则的复杂曲面，且不能用数学公式来表达，因此，大地水准面还不能作为测量成果的基准面。为了便于测量、计算和绘图，选用一个椭圆绕它的短轴旋转而成的椭球体来表示地球形体，称为参考椭球体，如图1-2所示。

图1-1　地球的形状

图1-2　参考椭球定位

椭球体形状、大小与大地体非常接近，通常用这个椭球面作为测量与制图的基准面，并在这个椭球面上建立大地坐标系。

决定地球椭球体形状大小的参数为椭圆的长半径a和短半径b，扁率α。随着空间科学的进步，可以越来越精确地测定这些参数。目前使用的最新参数为

由于参考椭球体的扁率很小，当测区面积不大时，可以把地球视为圆球体，其半径

地球的形状确定后，还应进一步确定大地水准面与旋转椭球面的相对关系，才能把观测结果化算到椭球面上。如图1-2所示，在一个国家的适当地点，选择一点P，设想把椭球与大地体相切，切点P′点位于P点的铅垂线方向上，这时椭球面上P′的法线与大地水准面的铅垂线相重合，使椭球的短轴与地轴保持平行，且椭球面与这个国家范围内的大地水准面差距尽量的小，于是椭球与大地水准面的相对位置便固定下来，这就是参考椭球的定位工作，根据定位的结果确定大地原点的起算数据，并由此建立了国家大地坐标系。