【测绘学报】| 同一个世界，地图有这么多不同的表达，科普( 二 ) 《测绘学报》构建与学术的桥梁拉近与权

通常，经度和纬度值以十进制度为单位或以度、分和秒(DMS)为单位进行测量。纬度值相对于赤道进行测量，其范围是-90°（南极点）到+90°（北极点）。经度值相对于本初子午线进行测量。其范围是-180°（向西行进时）到180°（向东行进时）。如果本初子午线是格林尼治子午线，则对于位于赤道北部和格林尼治东部的中国，其经度和纬度都为正值。

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图2-3格林尼治本初子午线
（3）大地水准面、参考椭球体、大地基准面的三级逼近
到目前为止，我们认为地球是一个完美的球体，但事实并非如此。地球不仅在两极处变得扁平，而且其表面也是不规则的，因此我们采用大地水准面（Geoid）来描述地球真实轮廓，它是一个假想的由地球自由静止的海水平面扩展延伸而形成的闭合曲面，也是海拔高程系统的起算面。
大地水准面是真实地球表面的第一级逼近，这种方法的优点是非常接近自然地球的形状和大小，并且位置比较稳定。然而同样，大地水准面很难通过数学公式进行表达，为了计算与研究的方便，我们采用一个规则的参考椭球体来实现对大地水准面的数学逼近，如图2-4所示。

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图2-4参考椭球体与大地水准面
椭圆形状由两个半径定义。较长的半径称为长半轴，而较短的半径称为短半轴。将椭圆绕短半轴旋转即生成参考椭球体。图2-5显示了旋转椭球体的长半轴和短半轴。

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图2-5椭圆与参考椭球体
其中扁率

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。当短半轴b减小时，扁率

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增大，参考椭球体越扁，特殊情况

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时变为二维平面，

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时变为球体。
参考椭球体是真实地球表面的第二级逼近，为了以尽可能小的失真来表示大地水准面，我们尝试将其投影到参考椭球体上，包括适合世界特定地区的参考椭球体以及最适合全球大地水准面的参考椭球体。对于较小区域的高精度地图，其椭球体形状不容忽视。对于每个映射区域，可以仔细选择不同的参考椭球，以便最佳匹配大地水准面，从而匹配地形特征。图2-6表现出参考椭球在某些区域拟合大地水准面的效果最好，而在另外某些区域拟合效果最差。

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图2-6旋转椭球面在不同区域拟合大地水准面
大地基准面是真实地球表面的第三级逼近，其通过控制参考椭球和地球的相对位置，从而尽可能与某一区域的大地水准面密合的一个椭球曲面。大地基准面是人为确定的，如图2-7所示。椭球面和水准面肯定不是完全贴合的，采用同一个椭球体，可以通过平移、旋转、缩放等操作去最大限度拟合不同的区域，因此同样的椭球体能定义不同的基准面，如前苏联的Pulkovo1942、非洲索马里的Afgooye基准面都采用了Krassovsky椭球体，但它们的大地基准面显然是不同的。