1．2．1 地球的形状和大小
地球的形状与大小，自古以来为人类所关注，对它的研究从来没有停止过。认识地球的形状和大小是通过测量工作进行的。
地球自然表面是极不规则的，有陆地、海洋、高山和平原。地球上最高的山是我国境内的珠穆朗玛峰，其高程为8 844．43 m，而在太平洋西部的马里亚纳海沟深达11 022 m，地形起伏很大，但这样的高低起伏相对于地球的平均半径6 371 km，是可以忽略不计的，仍可把地球看成圆滑的球体。
地心有引力，地球上每个质点都受到地心引力而不能脱离地球。地球的自转又使每个质点受到离心力的作用。因地球上每个质点都受到这两个力的作用，其合力称为重力，如图1．1所示。重力的方向线称为铅垂线，铅垂线是测量工作的基准线。
地球表面的海洋面积达到71%，陆地面积仅为29%。设想将静止的海水面向陆地延伸，形成一个封闭的曲面，称为水准面。水准面具有处处与铅垂线相垂直的特性。与水准面相切的平面称为水平面。由于海水有潮汐变化，时高时低，所以水准面有无限多个，其中通过平均海水面的水准面，称为大地水准面。大地水准面是测量工作的基准面。大地水准面所包围的地球形体称为大地体，它表示了地球的形状和大小。
图1．1 大地体、重力与铅垂线
由于地球内部的质量分布不均匀，引起地面上各点沿垂线方向产生不规则的变化，因而大地水准面成为一个有微小起伏的不规则曲面，大地体也并非是一个规则的几何球体，其表面也是一个不规则的数学曲面，测量数据在这个不规则的曲面上是无法运算的，因此，必须寻找一个与大地体十分接近的规则数学球体，才能解决地面点投影、计算的问题。
地球实际上是一个南北极略扁，非常接近数学上的旋转椭球的球体，如图1．2所示。旋转椭球的大小和形状由长半径a、短半径b及由长、短半径确定的扁率α＝
这3个参数来确定。几个世纪以来，许多学者曾利用局部资料分别推算出了表达椭球形状大小的参数，见表1．1。
图1．2 大地水准面与旋转椭球面
由于这些参数都具有一定的局限性，只能作为确定地球形状、大小的参考，故称参考椭球。在测量学中，将参考椭球面代替大地水准面作为测量计算和制图的基准面。
表1．1 各国学者推算的椭球参数
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