大地水准面与地球形状

大地水准面示意图

前面已经说过，地球自然表面是极不规则的，有高山、深谷、江河湖海，不能用简单的数学关系来表达。因此，19世纪20年代前人们以椭球面作为地球模型。随着大地测量精度要求的提高，认识到椭球面是个纯数学表面，用来进行推算点位是非常方便的，但它与测量仪器观测数据很难联系。由于地壳质量分布不均衡，用经纬仪或水准仪在实地找不到与椭球面相垂直的法线，德国的大地测量学家利斯廷于1873年创立了大地水准面概念，定义是：假设海水面处于静止平衡状态下，将其延伸到大陆下面，构成一个遍及全球的闭会曲面，这个曲面就是大地水准面。如下图所示。

大地测量学中所研究的地球形状就是大地水准面的形状。理由是：大地水准面与占地球面积71％的平均海水面重合，与地球自然表面非常接近；大地水准面具有水准面特性，处处与铅垂线正交，而测量仪器是用水准器整平，用垂球对中的，所以，大地水准面是测量作业的基准面；海水面是实际存在的，与世界上沿海国家都发生联系，通过验潮取平均值就可获得平均海水面的位置。