大地水准面

与平均海水面重合并延伸到大陆内部的水准面

大地水准面是指与平均海水面重合并延伸到大陆内部的水准面。是正高的基准面。在测量工作中，均以大地水准面为依据。因地球表面起伏不平和地球内部质量分布不匀，故大地水准面是一个略有起伏的不规则曲面。该面包围的形体近似于一个旋转椭球，称为“大地体”，常用来表示地球的物理形状。

形成

大地水准面是由静止海水面并向大陆延伸所形成的不规则的封闭曲面。大地水准面或似大地水准面是获取地理空间信息的高程基准面。它是重力等位面，即物体沿该面运动时，重力不做功（如水在这个面上是不会流动的）。大地水准面是描述地球形状的一个重要物理参考面，也是海拔高程系统的起算面。大地水准面的确定是通过确定它与参考椭球面的间距--大地水准面差距（对于似大地水准面而言，则称为高程异常）来实现的。大地水准面和海拔高程等参数和概念在客观世界中无处不在，在国民经济建设中起着重要的作用。

意义

大地水准面是大地测量基准之一，确定大地水准面是国家基础测绘中的一项重要工程。它将几何大地测量与物理大地测量科学地结合起来，使人们在确定空间几何位置的同时，还能获得海拔高度和地球引力场关系等重要信息。大地水准面的形状反映了地球内部物质结构、密度和分布等信息，对海洋学、地震学、地球物理学、地质勘探、石油勘探等相关地球科学领域研究和应用具有重要作用。

随着大地测量学科的发展,确定大地水准面的研究已经有一个多世纪,特别是近半个世纪来,随着卫星大地测量和相关地学学科的发展,这一领域的研究日趋活跃,确定一个高分辨率高精度的全球大地水准面已成为本世纪大地测量学科发展带有全局性的战略目标。

大地水准面是测绘工作中假想的包围全球的平静海洋面，与全球多年平均海水面重合，形状接近一个旋转椭球体，是地面高程的起算面。

一个假想的、与静止海水面相重合的重力等位面，以及这个面向大陆底部的延伸面。它是高程测量中正高系统的起算面。

大地水准面同平均地球椭球面或参考椭球面之间的距离（沿着椭球面的法线）都称为大地水准面差距。前者是绝对的，也是唯一的；后者则是相对的，随所采用的参考椭球面不同而异。

绝对大地水准面差距　大地水准面到平均地球椭球面间的距离。它的数值最大在 ±100米左右。绝对大地水准面差距可以利用全球重力异常按斯托克斯积分公式进行数值积分算得（见地球形状），也可以利用地球重力场模型的位系数按计算点坐标进行求和算得。原则上可以选取其中任一公式。前者虽然精度较高，但运算复杂；后者由于不能按无穷级数计算，精度受到限制，但运算方便。因此，在实践中总是根据不同的要求，采用其中的一种或综合两者优点采用一个混合公式计算。

绝对大地水准面差距除了用上述方法确定之外，还可以利用卫星测高仪方法确定（见卫星大地测量学）。

相对大地水准面差距　大地水准面到某一参考椭球的距离。因为参考椭球的大小、形状及在地球内部的位置不是唯一的，所以相对大地水准面差距具有相对意义。每一点的相对大地水准面差距,可以由大地原点开始,按天文水准或天文重力水准的方法计算出各点之间相对大地水准面差距之差，然后逐段递推出来。

方法

天文水准

一种只采用天文大地测量数据来计算相对大地水准面差距的方法。由于AB方向上的相对垂线偏差分量θ是表示大地水准面在AB方向上的倾斜。显然，只要相对垂线偏差分量在A、B之间成线性变化，那么将A、B两点上的相对垂线偏差θ的平均值乘以两点之间的距离S,就可以求得两点的大地水准面差距之差。

因为两点间的相对垂线偏差只有在短距离内才呈线性变化，所以天文水准要求有很密的天文点，在山区更是如此。

天文重力水准

一种综合利用天文大地测量和重力测量数据计算相对大地水准面差距的方法。它是在两已知天文大地点A、B相距较远(例如几十公里到百余公里)的情况下，利用此两点周围一定区域内的大地水准面上的重力异常数据，去改正天文水准中相对垂线偏差不成线性变化的影响。用公式表示为：

，

式中ΔNg是用重力异常计算的重力改正项。这样在计算相对大地水准面差距之差时，只要很稀疏的天文点就可以进行,因此可以只利用国家大地网中已有的天文点,减少了天文测量的工作量，而代之以一定范围内的重力测量工作。

1937年，M.C.莫洛坚斯基曾提出用椭圆双曲坐标系模板按点的重力异常计算天文重力水准中的重力改正项ΔNg。1958年，中国大地测量学者方俊提出用直角坐标系按平均重力异常计算这一重力改正项的模板。此项工作采用电子计算机进行计算。

从1958年开始，中国沿一等三角锁布设了天文水准和天文重力水准线路，组成了几个闭合环。为了避免误差积累，将它分为一等（高精度）和二等（低精度）两个等级。这样，从中国大地原点开始，沿天文水准和天文重力水准线路递推到最远点的高程异常误差将不超过±3米，以此满足天文大地网归算起始边长的要求。