地球模型从大地水准面到椭球

真实地球表面崎岖且质量分布不均，无法用一个简单几何体完整表达。测绘和 GIS 根据任务使用不同参考面：地形表面描述实际起伏，大地水准面与重力方向相关，参考椭球提供可计算的数学表面，球体则用于允许较大近似的场景。

物理表面不是坐标计算面

山地、海底和建筑组成的地形表面随位置剧烈变化，也会因潮汐、沉降和工程活动改变。直接以它作为全球坐标计算基准非常困难。地图坐标需要一个规则、连续且可用公式描述的参考面。

空间数据中的高程可能指地形点相对于某个垂直参考面的距离，而平面位置则依赖参考椭球和大地基准。两者描述同一点的不同方面，不应把“海拔”和椭球参数混为一项。

大地水准面反映重力等位面

大地水准面可近似理解为与平均海平面相关并延伸到大陆下方的重力等位面。铅垂方向在该面上处处为法线方向。由于地球内部质量分布不均，它是起伏的不规则表面，不能用单一椭球精确表示。

不同地区的垂直基准可能通过潮位站和水准网实现，现代模型也结合重力观测。说高程“相对海平面”仍不够精确，需要说明采用哪个垂直基准及其实现时期。

参考椭球提供规则数学形状

旋转椭球用长半轴和扁率等参数描述，比球体更接近地球整体形状。经度和大地纬度定义在椭球上，测地线、投影和坐标转换也以椭球参数为基础。

不同参考椭球参数略有差异，但坐标实际落在地球上的方式还取决于大地基准或参考框架。只知道“使用某椭球”不能完整确定一个坐标参考系。

球面近似有明确适用范围

网络地图、全球概览和部分距离近似会使用球体，以降低计算复杂度。小比例尺显示时，误差可能小于像素或业务容差；精密测量、长距离、面积统计和高纬地区则可能受到明显影响。

近似是否可接受应由范围、位置和误差预算判断，而不是由软件是否能运行决定。同一算法在城市范围可用，扩展到大陆尺度后误差结构可能完全不同。

模型必须随 CRS 一起记录

WKT 等坐标参考系表达会记录椭球、基准、坐标轴和单位。导出数据时若只保留数值而丢失 CRS，接收方无法判断这些数值相对于哪个地球模型解释。

选择地球模型的目的不是找到唯一“最真实”的表面，而是在物理意义、计算能力和目标精度之间建立明确关系。任何距离、面积或高程结果都应能够追溯到所用参考面。

实际项目还应选取已知控制点或权威数据，比较近似模型产生的距离、方向和面积差异。误差若接近业务容差，就不能仅凭计算更方便继续使用简化模型。

资料依据

• EPSG：Guidance Notes，https://epsg.org/guidance-notes.html
• Open Geospatial Consortium：Well-known text representation of coordinate reference systems，https://www.ogc.org/standards/wkt-crs/