如何區分:大地水準面、似大地水準面、參考橢球面

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大地水準面(Geoid)是一個假想的由地球自由靜止的海水平面,擴展延伸而形成的閉合曲面。但是由于重力分布的不同,大地水準面和完美橢球體有一定出入。

大地水準面通常是被認為是地球真實輪廓,它所包圍的形體稱為大地體。因為大地體的形狀和大小非常接近自然地球的形狀和大小,并且位置比較穩定,因此,在大范圍的區域內,一般選取大地水準面作為外業測量成果的共同基準面。

如何區分:大地水準面、似大地水準面、參考橢球面

大地水準面這一概念最早在1873年由德國數學家利斯廷(Johann Benedict Listing)提出。
似大地水準面也稱準大地水準面,是為了研究地球形狀而引入的一個虛擬的輔助面。似大地水準面是由地面點沿正常重力線向下量取該點的正常高,其端點所構成的曲面。
似大地水準面是正常高的基準面,它與大地水準面之差等于正高與正常高之差。
如何區分:大地水準面、似大地水準面、參考橢球面
參考橢球面是處理大地測量成果而采用的與地球大小、形狀接近并進行定位的橢球體表面。
具體一點說就是因為大地水準面無法用做內業計算的基準面(不規則,無法用常規數學公式表示)。但是其大體形狀接近于橢球,所以人們為了解決投影計算問題,就建立起十分接近于大地水準面的橢球,并且能用數學方程表示的橢球面作為投影的基準面,這個基準面就稱為參考橢球面。
如何區分:大地水準面、似大地水準面、參考橢球面
正高,以大地水準面為基準面的高程系統。即地面點到大地水準面的鉛垂距離。又稱為絕對高程或者海拔,簡稱高程。
正常高,是以似大地水準面為基準的高程系統。地面點沿鉛垂線到似大地水準面的距離稱為正常高,以似大地水準面定義的高程系統成為正常高系統。我國目前采用的法定高程系統就是正常高系統。例如85高程(1985黃海高程)。
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大地高,是以參考橢球面為基準面的高程系統,也稱橢球高。例如我們RTK測出來的高程就是大地高。
我們看一下正高、正常高、大地高這三者的關系,也就能從側面反映出三種基準面的關系。
首先是大地高(參考橢球面)與正高(大地水準面)
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大地高H=正高H+N,N為大地水準面與參考橢球面之間的高程差,稱為大地水準面差距。
大地高(參考橢球面)與正常高(似大地水準面)
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大地高H=正常高H+ξ,ξ為似大地水準面和參考橢球面之間的高程差,稱為高程異常。
通過這些關系,三者之間可以互相換算,但是,因為正高的計算受地球重力的影響,無法精確獲取,所以嚴格的說,大地高只能通過正常高求得。
所以可以總結,因為正高無法精確獲得,可以說大地水準面是一個理想化的模型,無法在現實世界中精確表達。而正常高(似大地水準面)可以精確獲得。
而大地高僅是一個純粹的幾何概念,用來表示GPS中高程的數據量,同一個點在不同的橢球高基準下,橢球高不同。例如千尋CORS的兩個端口,WGS84和CGCS2000,使用不同的端口,即采用不同的橢球高基準,其測量的大地高都是不同的。
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