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虽然大地水准面适合当测量外业的基准面，但控制测量的最终目标是精确确定控制点在地球表面的位置，这就要求我们必须清楚基准面的形状，而且这个形状得能用数学公式准确表达出来。可大地水准面能满足这个要求吗？很遗憾，不能。

大地水准面其实是个略有起伏的不规则表面，因为地表有高山、谷地，地层内部密度也不均匀，导致质量分布不均。就像有座高山，它右侧是谷地，山体下部还有重金属矿体，这就使得左右两侧局部质量差异很大，左侧引力增加，铅垂线向左偏斜，大地水准面就会稍微隆起，呈现出不规则的变化，根本没办法用数学公式精确表达它的形状。

随着科技的发展，人类发现地球的形状很接近一个两极略扁的旋转椭球，也就是一个椭圆绕着它的短轴旋转形成的形体。这个旋转椭球的表面能用简单的数学公式准确表达出来，所以世界各国通常都用它来代表地球。旋转椭球的形状和大小和它的长短半径有关，也可以用和这两个量有关的其他量来表示。

不过，选好了旋转椭球还不能直接用它来计算点位坐标。因为我们的测量成果是以大地水准面为基准的，得先把野外观测成果化算到旋转椭球表面上才行。这时候，光确定椭球面的形状和大小还不够，还得确定它和大地水准面的位置关系，这个确定位置关系的工作就叫椭球定位。

把形状和大小与大地体相近，并且和大地水准面相对位置确定好的旋转椭球，我们就叫做参考椭球。参考椭球面是测量计算的基准面。世界各国会根据本国的地面测量成果，选择适合本国需求的参考椭球，所以参考椭球有很多个。这样选出来的参考椭球和本国领域内的局部大地水准面最接近，对本国的常规测绘工作很方便。

但是，当我们要把各国的测量成果联系起来，进行国际间的合作时，不同的参考椭球又带来了麻烦。所以，从全球的角度出发，得找一个和整个大地体最为接近的参考椭球，这就是总地球椭球。确定总地球椭球，需要全球范围的大地测量和重力测量资料。以前，因为海洋面积太大，只靠陆地测量成果根本推算不出总地球椭球。不过近年来，人造卫星大地测量技术发展起来了，已经能根据人造卫星和陆地大地测量的成果求出一些总地球椭球的近似数据供大家使用，相信以后我们会更多地使用总地球椭球。