【科普】测绘名词 | 什么是大地水准面？

大地水准面

geoid height

定义：一个与静止的平均海水面密合并延伸到大陆内部的封闭的重力等位面。

学科：测绘学_大地测量学与导航定位

相关名词：参考椭球面 高程 似大地水准面 地球重力场模型

片来源：视觉中国

地球是不规则的球体，其表面凹凸不平，形态复杂，不能用简单的数学公式来表达和计算，也不能直接作为测量与制图的基准面，因此，需要寻求一种与地球自然表面充分接近的规则曲面，来代替地球自然表面。假想海洋在无风、无浪、无潮汐的静止状态下穿透大陆，形成处处与铅垂线相垂直的封闭曲面，这个曲面被称为大地水准面，它是一个没有褶皱、没有校角的连续封闭曲面。

大地水准面处处与重力线方向正交，是一个重力等位面。由于地球内部质量分布不均匀造成重力场的不规则分布，大地水准面仍然是一个不规则的曲面。在测量实施中，大地水准面是野外作业的基础面，也是高程的起算面，但理想的大地水准面事实上是不可获得的，通常以平均海平面或似大地水准面来代替。似大地水准面是从地面点沿正常重力线量取正常高所得端点构成的封闭曲面。

18世纪中叶以前，人们单纯采用弧度测量方法测定地球形状。1743年，法国的克莱洛认为地球的外表面应是一个水准椭球，即椭球表面上各点的重力位相等。1828年，德国的高斯将大地水准面定义为与全球平均海面最为接近的重力等位面。1873年，高斯的学生利斯廷创造出了大地水准面一词，用以描述高斯提出的数学表面。直到20世纪中叶，才开始利用重力方法确定大地水准面，由于当时全球重力数据的缺乏，主要依靠天文重力推算，精度为米级。20世纪80年代以来，随着地面重力数据增多，卫星跟踪技术的发展和卫星测高技术的出现，精化全球和区域大地水准面工作在世界范围内陆续开展。

利用地球重力场模型可确定大地水准面，所以有时也将重力场模型称为大地水准面模型。美国科学家库拉于1966年首次建立了8阶地球重力场模型，美国先后研制了JGM、OSU系列模型、360阶EGM96模型、2160阶EGM2008模型。EGM2008模型空间分辨率为5’×5’，精度约20厘米。我国在20世纪50至70年代，形成了第一代似大地水准面CQG60和CQG80，总体精度为3~10米；2000年推出我国首个陆海统一重力似大地水准面CQG2000，空间分辨率为5’×5’，精度约0.4米；似大地水准面CNGG2015的空间分辨率为2’×2’，精度达9.3厘米。最新的重力似大地水准面精度有望达到5厘米，可大大拓展卫星定位在精密高程测量中的应用。

（延伸阅读作者：中国铁路设计集团有限公司正高级工程师、注册测绘师 张冠军）

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来源：学习强国每日科技名词，全国科学技术名词审定委员会 转自：铁路测绘