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地球是不規(guī)則的球體，其表面凹凸不平，形態(tài)復(fù)雜，不能用簡單的數(shù)學(xué)公式來表達(dá)和計(jì)算，也不能直接作為測量與制圖的基準(zhǔn)面，因此，需要尋求一種與地球自然表面充分接近的規(guī)則曲面，來代替地球自然表面。假想海洋在無風(fēng)、無浪、無潮汐的靜止?fàn)顟B(tài)下穿透大陸，形成處處與鉛垂線相垂直的封閉曲面，這個(gè)曲面被稱為大地水準(zhǔn)面，它是一個(gè)沒有褶皺、沒有校角的連續(xù)封閉曲面。

大地水準(zhǔn)面是一個(gè)與重力線方向處處垂直的重力等位面。由于地球內(nèi)部質(zhì)量分布的不均勻性，導(dǎo)致重力場分布不規(guī)則，因此大地水準(zhǔn)面呈現(xiàn)為一個(gè)不規(guī)則的曲面。在實(shí)地測量工作中，大地水準(zhǔn)面被視為野外作業(yè)的基礎(chǔ)面，同時(shí)也是高程計(jì)算的起始面。然而，理想狀態(tài)的大地水準(zhǔn)面在現(xiàn)實(shí)中是無法精確獲得的，因此通常我們會采用平均海平面或似大地水準(zhǔn)面作為替代。似大地水準(zhǔn)面是通過從地面點(diǎn)沿正常重力線測量正常高，并將這些點(diǎn)連接成一個(gè)封閉的曲面而得到的。

在18世紀(jì)中葉之前，人們主要依賴弧度測量法來探索地球的形狀。1743年，法國的克萊洛提出了一種設(shè)想，認(rèn)為地球的外表面應(yīng)是一個(gè)水準(zhǔn)橢球體，即橢球表面上的所有點(diǎn)具有相等的重力位。到了1828年，德國的高斯進(jìn)一步定義了大地水準(zhǔn)面，將其描述為與全球平均海面最為接近的重力等位面。1873年，高斯的學(xué)生利斯廷引入了“大地水準(zhǔn)面”這一術(shù)語，用以具體描繪高斯所提出的數(shù)學(xué)模型。直至20世紀(jì)中葉，人們才開始嘗試通過重力測量方法來精確確定大地水準(zhǔn)面。然而，由于當(dāng)時(shí)全球重力數(shù)據(jù)的稀缺，主要依賴天文重力推算，所得結(jié)果的精度僅為米級。自20世紀(jì)80年代以來，隨著地面重力數(shù)據(jù)的日益豐富，衛(wèi)星跟蹤技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及衛(wèi)星測高技術(shù)的出現(xiàn)，全球及區(qū)域大地水準(zhǔn)面的精化工作在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的開展。

利用地球重力場模型可確定大地水準(zhǔn)面，所以有時(shí)也將重力場模型稱為大地水準(zhǔn)面模型。美國科學(xué)家?guī)炖?966年首次建立了8階地球重力場模型，美國先后研制了JGM、OSU系列模型、360階EGM96模型、2160階EGM2008模型。EGM2008模型空間分辨率為5’×5’，精度約20厘米。我國在20世紀(jì)50至70年代，形成了第一代似大地水準(zhǔn)面CQG60和CQG80，總體精度為3~10米；2000年推出我國首個(gè)陸海統(tǒng)一重力似大地水準(zhǔn)面CQG2000，空間分辨率為5’×5’，精度約0.4米；似大地水準(zhǔn)面CNGG2015的空間分辨率為2’×2’，精度達(dá)9.3厘米。最新的重力似大地水準(zhǔn)面精度有望達(dá)到5厘米，可大大拓展衛(wèi)星定位在精密高程測量中的應(yīng)用。