测绘百科▏地球椭球

文/《中国海军百科全书（第二版）》编委会

diqiu tuoqiu

包含表征地球几何特征的椭球长半径（a）、扁率（α），以及表征地球物理特征的地球总质量（M）、椭球绕其短轴旋转的角速度（ω）等4个参数。地球椭球参数是测绘学、天文学和地球物理学的基本常数，椭球面是测绘计算的基准面。

人类对地球形状的认识经历了漫长的历程。古人认为宇宙是“天圆地方”的，以后人们又认为地球是个圆球。17世纪，牛顿等根据力学原理提出地球是扁球的理论，这一理论直到1739年才为南美和北欧的弧度测量所证实。其实，之前中国就曾进行了大规模的弧度测量，已发现纬度越高，每度子午线弧长越长的事实，这同地球两极略扁，赤道隆起的理论相符。

20世纪50年代以前，地球椭球的长轴半径(a)、扁率（α）是利用大陆上局部地区的天文、大地、重力测量资料推算的，精度较低，只能代表地球上局部地区的几何形状。60年代以来，利用全球的地面大地测量和卫星大地测量资料，推求地球椭球的4个几何和物理参数，精度比50年代前提高了两个数量级。如GRS 80椭球，a的误差小于2米，α(α=a−ba）和GM（G为引力常数，M为地球总质量）的相对中误差分别为±3×10^-6和±2×10^-7。中国1954北京坐标系采用克拉索夫斯基椭球，1980西安坐标系采用GRS 75椭球，2000国家大地坐标系（CGCS 2000）基本采用GRS 80椭球（对GRS 80椭球的GM值作了精化）。在中国应用的WGS 84和ITRF两个国际坐标系采用的椭球参数分别是WGS 84椭球和GRS 80椭球。下表是中国应用的椭球参数表。

中国应用的地球椭球参数表

椭球名称	年代	a（m）	α	GM	ω
				(×1014m3s-2)	(×10-5rad·s-1)
克拉索夫斯基	1940	6378245	1:298.3
GRS 75	1975	6378140	1:298.257	3.986005	7.292115
WGS 84	1996	6378137	1:298.257223563	3.986004418	7.292115
GRS 80	1980	6378137	1:298.257222101	3.986005	7.292115
CGCS 2000	2007	6378137	1:298.257222101	3.986004418	7.292115

在地球椭球面上，包含椭球旋转轴（短轴）的平面称为大地子午面，大地子午面与椭球面的截线称为大地子午圈（大地子午线）。通过椭球中心且垂直于旋转轴的平面称为大地赤道面，大地赤道面与椭球面的截线称为赤道。平行于赤道的平面与椭球面的截线称为平行圈（平行线），又称纬圈。椭球面上旋转轴的两端点N、S分别称为北极和南极。

把地球椭球与地球体的位置固定下来，称为椭球定位。具有确定参数和定位的地球椭球称为参考椭球，其表面称为参考椭球面是测绘计算的基准面。椭球定位的条件是使椭球的短轴与地球的平均自转轴平行、起始大地子午面与起始天文子午面平行、椭球面与大地水准面最为接近。

■致谢：本文来自中国大百科全书出版社出版的《中国海军百科全书（第二版）军事海洋环境门类分册》，刊发在《海洋测绘》2015年第4期内。由海司编研部主编，《海洋测绘》编辑部提供，在此万分感谢《海洋测绘》编辑部对我微信公众平台的支持与厚爱！其他公众平台如若想转发本文，请备注出处。