大家都知道地球的外表是起伏變化的，因為地（dì）球上有高山、平原、峽穀（gǔ）等。

　　我們的地球

　　地表約（yuē）71%的麵積是海洋（yáng），29%的麵積是陸地，陸地幾乎（hū）是被海洋包圍和分割。

　　如果將平均海水麵延伸到大陸（lù）及島嶼內部（bù），構成閉（bì）合曲（qǔ）麵，這個閉合（hé）曲麵稱為大地水準麵。

　　那麽大地水準麵是球麵嗎？

　　顯然不是（shì）的！

　　早在17世（shì）紀，牛頓在研究地球自轉的離心力（lì）對地球形態的影響時，推斷地球形狀不是標準球體（tǐ），而是一個赤道處略為隆起兩極略為（wéi）扁平的橢球體。

　　同時代的法（fǎ）國（guó）天文學家卡西尼也認為地球是一個橢球體，但是他認為是赤道扁平兩（liǎng）極隆起。

牛頓

卡西尼

　　18世紀，法國科學院派（pài）出的（de）測量隊到北歐和南美洲等（děng）地進行弧度測量，證（zhèng）實地球確實為橢球體，赤道隆起兩極扁平。證明牛頓是對（duì）的！

　　既然這樣，那麽大地（dì）水準麵就是光（guāng）滑橢（tuǒ）球麵？

　　也不是！

　　經過長時間的觀測（cè）發現，大地水準麵實際上是這樣的。

　　地球的大地（dì）水準麵

　　大地水準麵是一個不（bú）規則的曲麵。

　　下圖是大（dà）地水準（zhǔn）麵到參考（kǎo）橢球麵法線方向距離的全球高程異常圖（基於EGM96模型）。

　　正值表（biǎo）示當地大地水（shuǐ）準麵在橢球麵之上，負值表示當地大地水準麵在橢球麵（miàn）之下。

　　造成大地（dì）水準麵（miàn）起伏變化的原因是地球內部（bù）物質密度分布的不均勻性。

　　地球內部物質（zhì）分（fèn）布的（de）不均勻性，引起重力大小（xiǎo）和方向產生不規（guī）則的變化，導致處（chù）處與重力方向正交的大（dà）地水準麵也（yě）會有微小的起伏變（biàn）化。

　　大地水準麵是一個不規則的曲麵，不能直（zhí）接用（yòng）數學公式表述。這怎麽進行大地測量？

　　既然大地水準麵近似一個橢球麵，那就構建一個橢球體，去擬合不（bú）規（guī）則的大地水準麵。

　　早期科學家主要（yào）是基於本國水準麵（miàn）數（shù）據去創建（jiàn）橢球體模型，使其與本國的大地水準（zhǔn）麵擬合的（de）誤差最小。

　　下表是曆史（shǐ）上主要（yào）的橢球體模型：

　　在1952年以前，中國使用的是美國的海福特（Hayford）橢球體。

　　北京54坐標係

　　1952年後，中（zhōng）國向蘇（sū）聯“老大哥”學習，采用（yòng）蘇聯的克拉索夫斯基橢球體建立大地坐（zuò）標係，這個參考橢球（qiú）體的坐標原點在（zài）前蘇聯玻爾可夫天文台（tái），中國於1954年在國內測定了由玻爾可夫天文台延伸到（dào）北京的大地原點（diǎn），完成橢球體的定位。因此叫1954年北京坐標係，簡稱北京54（BJ-54）。

　　采用（yòng）青島驗潮站1950-1956年（nián）驗潮資料確定的黃海平均（jun1）海水麵為“全國統一高程（chéng）基準麵”，這就是所說（shuō）的1956年黃海（hǎi）高程。

青島的黃海邊的水準零點

　　40年前的（de）地（dì）學圖件基本上用的是北京54坐標係。

　　西安（ān）80坐標係（xì）

　　北京54坐標係在建國初期的（de）經濟建設中發揮重要（yào）作（zuò）用，但是北京（jīng）54坐標係本身存在缺陷。首先因為其采用的克拉索夫斯基橢球體主要是基（jī）於蘇聯境內大地（dì）水準麵數據建立的，而蘇聯地處（chù）靠近極（jí）地的高（gāo）緯度地區。沒有采用中國的數據，該坐標（biāo）係統在中國範圍內（nèi）擬合得不好，誤差較大，在中國（guó）部分地區的高程異常（cháng）誤差達到60米以上。還有就是該大地（dì）坐標係的坐（zuò）標原點（diǎn）不在國內，北京大（dà）地原點是由蘇聯（lián）境內的坐標原點推算得到的。另外就是（shì）克拉索夫斯（sī）基橢球體由於建立時間早，精（jīng）度低，越來越不能滿（mǎn）足（zú）社會主義建設的需求。

　　1975年前後（hòu），國家在（zài）陝西涇陽縣永樂鎮建立中國自己的大地（dì）原點，該地點位於中國大陸（lù）的中部，投影誤差較（jiào）小。

中國大地坐標原點

　　與（yǔ）此同時，國（guó）際上許多國（guó）家（jiā）合作，采用全球的大地（dì）水準（zhǔn）麵數據，建立起國（guó）際性的橢（tuǒ）球體模（mó）型（xíng），如1975年的國際橢球體等。

　　隨著中國（guó）與西方國家關係（xì）改善，1978年4月在西安召（zhào）開全國天文大地網平差會議，確定重新定位，建立我國新的坐標係，即1980年國家大地坐標係。該大地坐標係采（cǎi）用地球橢球基（jī）本參數為1975年國際大地測量（liàng）與地球物理（lǐ）聯合會（IUGG）第十六屆（jiè）大會（huì）推薦國際橢球體的數據，即IAG 75地（dì）球橢（tuǒ）球體。坐標原點為中國在涇陽縣（xiàn）永樂（lè）鎮建立的大地原點，因為距離西安市（shì）不遠，因此該坐標係統又稱為西安80坐標係，簡稱西安80。

　　基準麵采用青島大（dà）港驗潮站1952-1979年確定的黃海平均（jun1）海水麵（即1985國家高程基準）。

　　WGS-84坐標係

　　隨著經（jīng）濟的發展，對坐標（biāo）係的（de）精度要求越（yuè）來越高，同（tóng）時科技的進步為（wéi）建立精度更高的坐（zuò）標係統提供了條件。

　　20世紀80年代初，大（dà）地測量學界和美國國防部等機構基於衛星雷達測高等數據、結合地球重力異（yì）常、偏轉、多普（pǔ）勒效應等影響因（yīn）素建立一套新的坐（zuò）標係，該坐標係屬於地心坐標係，坐標原（yuán）點（diǎn）位於地心，不在地表（biǎo）。其地心空間直角坐標係的Z軸指向國際時間服務機構（BIH）1984.0定義的協（xié）議地球極（CTP）方向（xiàng），X軸指（zhǐ）向BIH 1984.0的零子午麵和CTP赤道的交點，X軸（zhóu）、Y軸與（yǔ）Z軸相互（hù）垂直構成右手正交坐標係。該坐標（biāo）係（xì）統（tǒng）稱為1984年世界大地坐標係（World Geodetic System一1984 Coordinate System），簡稱WGS-84坐（zuò）標係。WGS-84坐標係最初橢球體參數采用1980國際橢球體，後來進行了一些細微（wēi）改（gǎi）進。

　　GPS采用的是WGS-84坐標係，因此（cǐ）將GPS坐標數據（jù）導入到地質圖等（děng）國內圖件，需（xū）要進行坐標（biāo）係轉換，從WGS-84坐（zuò）標係轉換到1980西安（ān）等其他（tā）國內使用（yòng）的坐標係中。

　　2000國家大地坐標係

　　隨著衛星導航技術的廣泛使用，地心（xīn）坐標係成為趨勢（shì），生產生活中（zhōng）也對地心坐標係（xì）提（tí）出迫切（qiē）需求。而西安80坐標（biāo）係由於建立（lì）的時間較早，沒有采用地心坐標係，原點在地表，越來越（yuè）不能滿足要求。

　　2008年7月1日中國開始啟用2000國家大地坐標係（China Geodetic Coordinate System 2000，CGCS2000），該坐標係是我國自主建立、結合中國實際國情的地心坐標係。實現了（le）由地表原點到地心原點、由二維到三維、由低精（jīng）度到高精度的轉變，適應現代空間技術發展趨勢，滿足我國北鬥全球定位係統、全球航天遙感、海洋監測及地方性測繪服務等對確定（dìng）一（yī）個與國際（jì）銜接的全球性（xìng）三維大地坐標參考基準的迫切需求。

　　由於Z軸由原點指（zhǐ）向曆元2000.0的（de）地球極（CTP）方向，X軸由原點指向曆（lì）元（Terrestrial Time）2000.0的零子午（wǔ）麵（miàn）與地球赤（chì）道的交點，X軸、Y軸與Z軸相互垂（chuí）直（zhí）構成右手正交坐標係。該坐標係稱為2000國家大地坐標係。

　　2000國家大地坐標係啟用的過渡期為10年，過渡期結束（shù）後，西安80和北京54坐標係正式退出曆（lì）史舞台。

　　新時代，CGCS2000坐標係支撐了國家（jiā）北鬥衛星導航係統的建設與應用，成為（wéi）了國家經濟和社會發展的重要（yào）基石。

北鬥三號全球衛星導航係統

　　現在你明白了嗎？我國（guó）已經啟用了2000國家大地坐標係，在這（zhè）個地心坐標係上沒有地表原點，而根據之前的（de）坐標係確定，中國的大地原點還在陝西涇陽縣永樂鎮。