测绘工作是在地球的自然表面上进行的，而地球自然表面是极不平坦和不规则的，其中有高达8844.43m的珠穆朗玛峰，也有深至11033m的马里亚纳海沟，尽管它们高低起伏悬殊，但与半径为6371km的地球比较，还是可以忽略不计的。此外，地球表面海洋面积约占71%，陆地面积仅占29%。因此，人们设想以一个静止不动的水面延伸穿越陆地，形成一个闭合的曲面包围整个地球，这个闭合的曲面称为水准面。水准面可有无数个，其中通过平均海水面的一个水准面称为大地水准面，它是测量工作的基准面。由大地水准面所包围的地球形体，称为大地体，如图1-1（a）所示。
水准面是受地球重力影响而形成的，它的特点是水准面上任意一点的铅垂线（重力作用线）都垂直于该点的曲面。由于地球内部质量分布不均匀，引起地面上各点的铅垂线方向产生不规则的变化，致使大地水准面成为一个有微小起伏的复杂曲面，如图1-1（b）所示。如果将地球表面的图形投影到这个复杂曲面上，对于地形制图或测量计算工作都是非常困难的，为此，人们经过几个世纪的观测和推算，选用一个既非常接近大地体、又能用数学模型表示的规则几何形体来作为地球的参考形状和大小，这个几何形体是由一个椭圆NWSE绕其短轴NS旋转而成的形体，称为参考椭球体，如图1-1（c）所示。决定参考椭球体形状和大小的元素为椭圆的长半径a，短半径b及扁率α，其关系式为
建筑工程测量
图1-1 大地水准面与参考椭球体
我国目前采用的参考椭球体元素为：长半径a=6378140m，短半径b=6356755m，扁率α=1/298.257，并以陕西省泾阳县永乐镇某点为大地原点，进行了参考椭球体定位，由此建立了新的全国统一坐标系，即目前使用的“1980年国家大地测量坐标系”。
由于参考椭球体的扁率α很小，当测区面积不大时，可以把地球当作圆球来看待，其圆球半径R=
地球的形状和大小