地球的形状和大小。地球表面是一个高低不平,极其复杂的自然表面。假想将静止的平均海水面，延伸到大陆内部，形成一个连续不断的，与地球比较接近的形状，其表面称之为大地水准面，由它包围的球体叫“大地体”。

大地水准面的特性：其表面处处和铅垂线正交。

由于地球内部物质分布不均匀和地面的高低起伏，使各处的重力方向发生局部变异，铅垂线成不规则的变化，使大地水准面仍有起伏，不可能是一个规则的表面，因此不能用简单的数学公式来表达。为了测量成果的计算和制图工作的需要，通常用地球椭球体来代替大地体。

地球椭球体：形状同大地体相近，并能用数学方法来表达的旋转椭球体。

地球自然表面，大地水准面及旋转椭球面的关系如图：

参考椭球

与局部地区（一个或几个国家）的大地水准面符合得最好的旋转椭球。它是许多旋转椭球体中的一个。

我国1953年以前采用美国海福特椭球，从1953年起改用克拉索夫斯基椭球，1978年我国决定采用国际大地测量协会所推荐的“1975年基本大地数据”中给定的椭球参数，即1975年国家椭球，并以此建立了我国新的，独立的大地坐标系。

地理坐标系

地球椭球体是长短半径为a和b的椭球绕短轴(地轴)PP’旋转而成。如图：

相关概念：

经线（子午线）

过旋转轴(地轴) 的平面与椭球面的截线。

首（零）子午线

国际上公认通过英国格林尼治天文台的经线。

经度的计算

过该点的子午圈截面与起始子午面之交角。 由首子午线起，向东为正，称东经。由0度到+180度。 由首子午线起，向西为负，称西经。由0度到-180度。

赤道平面

垂直于地轴并通过地心的平面。

赤道

赤道平面与椭球面相交的交线（大圆圈）。

纬线（平行圈）

过某一点与赤道面平行的平面,与椭球面的交线（截线）

纬度的计算

平行圈的法线与赤道面的交角。 从赤道起，向北为正，称“北纬”。纬度由0度到+90度； 从赤道起，向南为负，称“南纬”。纬度由0度到-90度。

总结：地面上任意点M的地理位置可由经度和纬度来决定，其地理坐标记成M（纬度，经度）。

地理坐标的获取方法

经纬度的测定主要有两种方法：天文测量和大地测量。

天文测量

以大地水准面和铅垂线为依据，用天文测量的方法，可获得地面点的天文经纬度。

大地测量

以旋转椭球体和法线为基准，用大地测量的方法，获得的大地经纬度称为大地坐标，它们构成的地理坐标系称为大地坐标系。

54北京坐标系和80国家坐标系

我国过去采用的大地坐标系，其原点在苏联西部的普尔科夫，采用克拉索夫斯基椭球元素，称1954年北京坐标系。

1980年新测定位于陕西省的坐标原点，采用1975年国家椭球元素，取代“1954年北京坐标系”，称1980年国家坐标系。