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测量学的主要研究对象是地球自然表面，地球自然表面有着众多的高山、丘陵、平原、湖泊、海洋等起伏形态，是一个形状极为复杂的曲面。地球上海洋面积约占总面积的71%，可以说海水的形状表现了地球的基本形状，而且大陆的最高山峰（我国珠穆朗玛峰）高出海水面8844米，最深的海沟（太平洋西部的马里亚纳海沟南端）低于海水面11034米，它们与地球半径6300多公里相比，分别相当于地球半径的1.5‰和1.8‰，所以能够简单地定义地球的形状，建立起测量的基准面。在测量学中，设想完全处于静止状态的平均海水面，向大陆下延伸所形成的一个封闭曲面，称为大地水准面，它所围成的形体称为大地体，用来近似表示地球的形状。
由于地球外壳物质分布不均匀以及地面起伏等因素的影响，重力方向常发生局部性的变化，大地水准面也随之产生微小的起伏，成为一个不规则的曲面，如果将地球表面上的点投影到这样的不规则曲面上，计算起来仍然非常困难。因此必须用一个与大地水准面极为近似、并可以用数学公式表示的规则球面来代替，这个规则球面的球体称为地球椭球体（图2.1）。椭球体是围绕椭圆的短轴NS旋转而成的（图2.2），经过旋转轴NS的平面与椭球面相截的曲线是一个椭圆，垂直于旋转轴的平面与椭球面相截的曲线是一个圆。决定地球椭球体的形状和大小的参数为长半轴 a 和短半轴 b， 以及由此计算出的另一参数：
图2.1 地球表面与大地水准面
图2.2 地球椭球体
由于参考椭球体的扁率很小，当测区面积较小时，在一些测量工作的计算中可以把地球当作圆球看待，其半径为：
公里。
我国目前所采用的参考椭球体为1980年国家大地测量参考系，其中长半轴 a = 6378140米，短半轴 b = 6356755.3米，扁率 f =1∶298.257。