岁差现象
地球的物理表面。
物理表面准确来讲是将地球表面理想化为一个起伏不平的重力等位面，其对重力测量具有重要的参考价值。我们日常生活中所用到的地理海拔实际上就是以此来作为起算面进行测量的（即高程起算面），也是野外测量的基准面。这个物理表面实际上是地球的大地水准面（Geoid）——即假定地球海水静止平衡不动，将此时的海水面无限延伸，穿过各个大陆、岛屿等，将地球包裹起来，最终形成一个新的封闭曲面。大地水准面的引入，是对地球的一级逼近——大地体（大地水准面所包围的形体）很好地拟合了地球的自然形状，且解决了自然山川的高程测量的基准问题。但是，由于地球内部质量的分布不均匀以及地壳的高低起伏不定，使得大地水准面的重力方向发生局部变化，致使与重力方向处处垂直的大地水准面也就不规则。这就引起了大地水准面变得复杂多变，不能用简洁的数学模型进行定义和表达，也不能作为大地测量计算的基准面。
表面拟合
表面拟合
所以，为了能进行精确地量化和计算，于是人们假想，将大地体绕地轴旋转就形成了一个表面光滑的球体，称为旋转椭球体，简称椭球体。由于此椭球体是一个规则的椭球体，所以其所构成的表面是一个规则的数学表面。在大地体基础上进一步理想化得来的椭球体是对地球的二级逼近，可以用数学方法对其进行表征和度量。由于旋转椭球体表面是一个纯粹的数学表面，可以用数学方法很好地计算地球的椭球参数，比如半轴长、偏心率、扁率等等一些地球椭球的基本元素。
但是，经过两次理想化后的地球体在某些地区已经与自然表面相差过大，所以为了贴合实际的需要（如工程测量、地图制图等），人们在旋转椭球体基础上引入了参考椭球体——即确定与局部地区大地水准面符合最好的一个地球椭球体。因此，这个参考椭球体不仅要确定椭球参数，还要确定它与地球水准面贴合最好的位置。参考椭球体是我们进行实地测量和坐标系构建的基础。比如，我国的1954北京坐标系所使用的是苏联的克拉索夫斯基椭球，后来所建立的1980国家大地坐标系（即西安80坐标系）所应用的是1975国际椭球体，以及全球定位系统（GPS）所使用的是WGS-84椭球参数。而参考椭球体又被看作是对地球形状的第三级逼近，它以一种相对平衡的方式实现了从无法进行量算的自然表面到能进行量算的数学表面的跨越。
工程测量
