大地水准面 大地水准面德語Geoid是指地球重力场中与处于自由静止状态的平均海水面相重合或最为接近的重力等位面这一概念最早由德国大地测量学家卡爾弗里德里希高斯在年提出当时高斯以地球的数学表面来指称与重力方向相垂直且与静止的平均海水面相重合的几何表面并提出将其作为高程系统的基准面其后高斯的学生利斯廷于年创造出了Geoid一词用以描述高斯所提出的数学表面 在大地测量学中大地水准面被视作是地球的物理形状和数学形状由于自然的地形表面形态过于复杂大地测量学通常是将重力场中整体形状与地形表面最为接近的等位面作为地球的形状进行研究处于静力平衡状态下的平均海水面被视作是符合这一标准的重力等位面这一假想的海水面不受潮汐风浪及大气压的变化影响仅在地球引力和因地球自转产生的离心惯性力的作用下保持平衡将该平均海水面所处的重力等位面延伸到陆地内部形成的闭合曲面即为大地水准面其所包围的形体又被称为大地体 年英国物理学家斯托克斯提出了计算大地水准面的斯托克斯方法使大地水准面的形状能够通过其整个表面上的重力观测值确定但在传统的大地测量中通过大范围的重力观测以及对这些重力观测值进行积分而求得大地水准面的方式遇到了诸多困难随着世纪中后期卫星重力测量等技术逐渐发展成熟采用球谐级数表达的地球重力场模型逐渐成为了描述大地水准面的主要方式全球尺度下的大地水准面也得以以分米级的精度测定莫洛坚斯基布耶哈马等大地测量学家亦在斯托克斯方法的基础上提出了通过地面测量技术确定大地水准面的新方法 大地水准面是测量外业所依据的基准面在测量学中具有重要地位在各类高程系统中日常中称为海拔高程的正高系统是基于大地水准面建立的如何确定大地水准面的形状是物理大地测量学研究的关键问题之一