2024年4月9日发(作者：虎翠桃)

一、水准面与大地水准面

1、水准面

我们把重力位相等的面称为重力等位面，也就是我们通常所说的水准面。水准面

有无数个。

1）水准面具有复杂的形状。

2）水准面相互既不能相交也不能相切。

3）每个水准面都对应着唯一的位能W=C=常数，在这个面上移动单位质量不做功，亦即所

做的功等于0，即dW=-gsds，可见水准面是均衡面。

4）在水准面上，所有点的重力均与水准面正交。于是水准面又可定义为所有点都

与铅垂线正交的面。

故设想与平均海水面相重合，不受潮汐、风浪及大气压变化影响，并延伸到大陆下面处处

与铅垂线相垂直的水准面称为大地水准面

大地水准面作为测量外业的基准面，而与其相垂直的铅垂线则是外业的基准线。

似大地水准面与大地水准面在海洋上完全重合，而在大陆上也几乎重合，在山区只有2-4m

的差异

我们选择参考椭球面作为测量内业计算的基准面，而与其相垂直的法线则是内业计算的基

准线。

1．参心坐标系

建立一个参心大地坐标系，必须解决以下问题：(1)确定椭球的形状和大小；(2)确定椭

球中心的位置，简称定位；(3)确定椭球中心为原点的空间直角坐标系坐标轴的方向，简称

定向；(4)确定大地原点。

我国几种常用参心坐标系：

BJZ54、GDZ80

2．地心坐标系

地心坐标系分为地心空间大地直角坐标系和地心大地坐标系等。地心空间大地直角坐

标系又可分为地心空间大地平面直角坐标系和空间大地舜时直角坐标系。

1）建立地心坐标系的意义：

2）建立地心坐标系的最理想方法是采用空间大地测量的方法。

3）地心坐标系的表述形式 (判断)

参心坐标系

地球坐标系

地心坐标系

天球空间直角坐标系

天球坐标系

天球球面坐标系

1）WGS一84大地坐标系

WGS-84坐标系统的全称是World Geodical System-84（世界大地坐标系-84），

它是一个地心地固坐标系统。WGS-84坐标系统由美国国防部制图局建立，于1987年取代

了当时GPS所采用的坐标系统―WGS-72坐标系统而成为GPS的所使用的坐标系统。

WGS一84坐标系的几何定义是：坐标系的原点是地球的质心，Z轴指向BIHl984．0定义

的协议地球极(CTP)方向，X轴指向BIHl984．0的零度子午面和CTP赤道的交点，y轴和

Z、X轴构成右手坐标系。

CGCS2000定义：是右手地固直角坐标系。原点在地心，Z轴为国际地球旋转局（IERS）

参考极（IRP）方向，X轴为IERS的参考子午面（IRM）与垂直于Z轴的赤道面的交线，

Y轴Z轴和X轴构成右手正交坐标系。

水准面的不平行性，对水准测量的影响：

⑴因为水准面不平行性，如果沿水准面观测高差不等于零（应该等于零），要加改

正数。

⑵用水准测量测得两点间的高差随路线不同而有差异，

⑶在闭合环形水准路线中，由于水准面不平行性所产生的闭合差，称为理论闭合

差。

正高高程系是以大地水准面为高程基准面，地面任一点的正高高程（简称正高），即该点沿

垂线至大地水准面的距离。

正常高高程是以似大地水准面为基准面的高程系，地面一点的正常高高程（简称正常高），

即该点到似大地水准面的距离，正常高可精确求得

我国规定采用正常高高程系统作为我国高程的统一系统。

1

A

力高系统的定义：

A

H

力

gdh



45

o

0



大地水准

HH

正

N

HH

正常





高程异常

2024年4月9日发(作者：虎翠桃)

一、水准面与大地水准面

1、水准面

我们把重力位相等的面称为重力等位面，也就是我们通常所说的水准面。水准面

有无数个。

1）水准面具有复杂的形状。

2）水准面相互既不能相交也不能相切。

3）每个水准面都对应着唯一的位能W=C=常数，在这个面上移动单位质量不做功，亦即所

做的功等于0，即dW=-gsds，可见水准面是均衡面。

4）在水准面上，所有点的重力均与水准面正交。于是水准面又可定义为所有点都

与铅垂线正交的面。

故设想与平均海水面相重合，不受潮汐、风浪及大气压变化影响，并延伸到大陆下面处处

与铅垂线相垂直的水准面称为大地水准面

大地水准面作为测量外业的基准面，而与其相垂直的铅垂线则是外业的基准线。

似大地水准面与大地水准面在海洋上完全重合，而在大陆上也几乎重合，在山区只有2-4m

的差异

我们选择参考椭球面作为测量内业计算的基准面，而与其相垂直的法线则是内业计算的基

准线。

1．参心坐标系

建立一个参心大地坐标系，必须解决以下问题：(1)确定椭球的形状和大小；(2)确定椭

球中心的位置，简称定位；(3)确定椭球中心为原点的空间直角坐标系坐标轴的方向，简称

定向；(4)确定大地原点。

我国几种常用参心坐标系：

BJZ54、GDZ80

2．地心坐标系

地心坐标系分为地心空间大地直角坐标系和地心大地坐标系等。地心空间大地直角坐

标系又可分为地心空间大地平面直角坐标系和空间大地舜时直角坐标系。

1）建立地心坐标系的意义：

2）建立地心坐标系的最理想方法是采用空间大地测量的方法。

3）地心坐标系的表述形式 (判断)

参心坐标系

地球坐标系

地心坐标系

天球空间直角坐标系

天球坐标系

天球球面坐标系

1）WGS一84大地坐标系

WGS-84坐标系统的全称是World Geodical System-84（世界大地坐标系-84），

它是一个地心地固坐标系统。WGS-84坐标系统由美国国防部制图局建立，于1987年取代

了当时GPS所采用的坐标系统―WGS-72坐标系统而成为GPS的所使用的坐标系统。

WGS一84坐标系的几何定义是：坐标系的原点是地球的质心，Z轴指向BIHl984．0定义

的协议地球极(CTP)方向，X轴指向BIHl984．0的零度子午面和CTP赤道的交点，y轴和

Z、X轴构成右手坐标系。

CGCS2000定义：是右手地固直角坐标系。原点在地心，Z轴为国际地球旋转局（IERS）

参考极（IRP）方向，X轴为IERS的参考子午面（IRM）与垂直于Z轴的赤道面的交线，

Y轴Z轴和X轴构成右手正交坐标系。

水准面的不平行性，对水准测量的影响：

⑴因为水准面不平行性，如果沿水准面观测高差不等于零（应该等于零），要加改

正数。

⑵用水准测量测得两点间的高差随路线不同而有差异，

⑶在闭合环形水准路线中，由于水准面不平行性所产生的闭合差，称为理论闭合

差。

正高高程系是以大地水准面为高程基准面，地面任一点的正高高程（简称正高），即该点沿

垂线至大地水准面的距离。

正常高高程是以似大地水准面为基准面的高程系，地面一点的正常高高程（简称正常高），

即该点到似大地水准面的距离，正常高可精确求得

我国规定采用正常高高程系统作为我国高程的统一系统。

1

A

力高系统的定义：

A

H

力

gdh



45

o

0



大地水准

HH

正

N

HH

正常





高程异常