测量工作实际上是在地球的自然表面进行的，而地球自然表面是很不规则的，有陆地、海洋、高山和平原，通过长期的测绘工作和科学调查，了解到地球表面上的海洋面积约占 71%，陆地面积约占 29%，因此人们把地球总的形状看作是被海水包围的球体，也就是设想有一个静止的海水面，向陆地延伸而形成一个封闭的曲面，我们把这个假想的静止的海水面称为水准面。水准面是一个与重力方向垂直的连续曲面，如图 1.1（a）所示。

水准面在小范围内近似为一个平面，而完整的水准面是被海水包围的封闭曲面。因为符合上述特点的水准面有无数个，其中最接近地球形状和大小的是通过平均海水面的那个水准面，这个唯一而确定的水准面称为 大地水准面 。大地水准面就是测量的基准面，如图 1.1（b）所示。

由于地球内部质量分布不均匀，导致地面上各点的重力方向（即铅垂线方向）产生不规则的变化，因而大地水准面实际上是一个有微小起伏的不规则曲面。如果将地面上的图形投影到这个不规则的曲面上，将无法进行测量计算和绘图，为此必须用一个和大地水准面形状非常接近的可用数学式表达的几何形体来代替大地水准面。在测量学中选用椭圆绕其短轴旋转而成的参考旋转椭球体面作为测量计算的基准面，如图 1.1（c）所示。

图 1.1 测量的基准面