一.基準線和基準面
1.基準線
地球上的任何物體都受到地球自轉產生的離心力和地心吸引力的作用，這兩個力的合力稱爲重力。重力的作用線常稱爲鉛垂線。鉛垂線是測量工作的基準線。
2.基準面
測量上確定地面點的空間位置，是採用在基準面上建立座標系，通過對距離、角度、高差三個基本量的測量來實現的。測量工作是在地球表面上進行的。因此，選擇作爲測量數據處理、統一座標計算的基準面，必須具備兩個條件：這個面的形狀和大小要儘可能地接近地球總的形體；要能用簡單的幾何形體和數學式表達。
地球的自然表面高低起伏，有高山、丘陵、平原、江河、湖泊和海洋等，是一個凹凸不平的複雜曲面。地球表面海洋麪積約佔71%，陸地面積約佔29%。地球上自由靜止的水面稱爲水準面，它是一個處處與鉛垂線正交的曲面。與水準面相切的平面稱爲該切點處的水平面。水準面有無數個，其中一個與平均海水面重合並延伸到大陸內部包圍整個地球的水準面，稱爲大地水準面。大地水準面可作爲地面點計算高程的起算面，高程起算面也叫做高程基準面。由大地水準面所包圍的形體叫大地體，由於地球內部物質分佈不均勻，引起地面各點的鉛垂線方向不規則變化，所以大地水準面是一個有微小起伏的不規則曲面，不能用數學公式來表述。因此，測量上選用一個和大地水準面總形非常接近的，並能用數學公式表達的面作爲基準面。這個基準面是一個以橢圓繞其短軸旋轉的橢球面，稱爲參考橢球面，它包圍的形體稱爲參考橢球體或稱參考橢球。
我國目前採用的參考橢球體的參數值爲：
長半軸 a=6378140m
短半軸 b=6356755m
扁 率 α=(α-b)/α=1/298.257
由於參考橢球的扁率很小，所以當測區面積不大時，可把這個參考橢球近似看作半徑爲6371km的圓球。
測量工作就是以參考橢球面作爲計算的基準面，並在這個面上建立大地座標系，從而確定地面點的位置。
1.基準線
地球上的任何物體都受到地球自轉產生的離心力和地心吸引力的作用，這兩個力的合力稱爲重力。重力的作用線常稱爲鉛垂線。鉛垂線是測量工作的基準線。
2.基準面
測量上確定地面點的空間位置，是採用在基準面上建立座標系，通過對距離、角度、高差三個基本量的測量來實現的。測量工作是在地球表面上進行的。因此，選擇作爲測量數據處理、統一座標計算的基準面，必須具備兩個條件：這個面的形狀和大小要儘可能地接近地球總的形體；要能用簡單的幾何形體和數學式表達。
地球的自然表面高低起伏，有高山、丘陵、平原、江河、湖泊和海洋等，是一個凹凸不平的複雜曲面。地球表面海洋麪積約佔71%，陸地面積約佔29%。地球上自由靜止的水面稱爲水準面，它是一個處處與鉛垂線正交的曲面。與水準面相切的平面稱爲該切點處的水平面。水準面有無數個，其中一個與平均海水面重合並延伸到大陸內部包圍整個地球的水準面，稱爲大地水準面。大地水準面可作爲地面點計算高程的起算面，高程起算面也叫做高程基準面。由大地水準面所包圍的形體叫大地體，由於地球內部物質分佈不均勻，引起地面各點的鉛垂線方向不規則變化，所以大地水準面是一個有微小起伏的不規則曲面，不能用數學公式來表述。因此，測量上選用一個和大地水準面總形非常接近的，並能用數學公式表達的面作爲基準面。這個基準面是一個以橢圓繞其短軸旋轉的橢球面，稱爲參考橢球面，它包圍的形體稱爲參考橢球體或稱參考橢球。
我國目前採用的參考橢球體的參數值爲：
長半軸 a=6378140m
短半軸 b=6356755m
扁 率 α=(α-b)/α=1/298.257
由於參考橢球的扁率很小，所以當測區面積不大時，可把這個參考橢球近似看作半徑爲6371km的圓球。
測量工作就是以參考橢球面作爲計算的基準面，並在這個面上建立大地座標系，從而確定地面點的位置。
二.確定地面點位置的方法
確定地面點的位置是測量工作的基本任務。一點的位置，需要用三個量來確定。
其中兩個量用來確定點的平面位置，另一個量用來確定點的高程位置。
1.地面點的高程
（1）絕對高程
地面上任意一點到大地水準面的鉛垂距離，稱爲該點的絕對高程，簡稱高程，用字母H表示
我國在青島設立驗潮站，長期觀測黃海海水面的高低變化，取其平均值作爲大地水準面的位置（其高程爲零），並作爲全國高程的起算面。爲了建立全國統一的高程系統，在青島驗潮站附近的觀象山埋設固定標誌，用精密水準測量方法與驗潮站所求出的平均海水面進行聯測，測出其高程爲72.289m,它的高程作爲全國高程的起算點，稱爲水準原點。根據這個面起算的高程稱爲“1956年黃海高程系統”。
從1987年開始我國採用新的高程基準，採用青島驗潮站1952—1979年潮汐觀測資料計算的平均海水面爲國家高程起算面，稱爲“1985年國家高程基準”。根據新的高程基準推算的青島水準原點高程爲72.260m，
比“1956年黃海高程系統”的高程小0.029m。
（2）相對高程
局部地區採用絕對高程有困難或者爲了應用方便，也可不用絕對高程，而是假定某一水準面作爲高程的起算面。地面點到假定水準面的鉛垂距離稱爲該點的相對高程，如圖1.2中的HA′、HC′。
（3）建築標高
在建築設計中，每一個獨立的單項工程都有它自身的高程起算面，叫做±0.00。一般取建築物首層室內地坪標高爲±0.00，建築物各部位的高度都是以±0.00爲高程起算面的相對高程，稱爲建築標高。例如某建築物±0.00的絕對高程爲40.00m，一層窗臺比±0.00高0.90m，我們說窗臺標高是0.90m，而不再寫窗臺標高是40.90m 。
±0.00的絕對高程是施工放樣時測設±0.00位置的依據。
（4）高差
兩個地面點之間的高程之差稱爲高差，常用h表示。圖1.2中C點相對於A點的高差：
hAC＝HC－HA＝HC′－HA′ (1.1)
C點比A點高時，高差hAC爲正，反之爲負。
例如，已知A點高程HA＝27.236m，C點高程HC＝18.547m，則C點相對於A點的高差hAC＝18.547－27.236＝－8.689m；C點低於A點；而A點相對於C點的高差應爲hCA=27.236－18.547=8.689m；A點低於與C點。
由此可見:
hAC＝－hCA (1.2)
2.地面點的座標
（1）地理座標
當研究整個地球的形狀或進行大區域範圍的測量工作時，可採用球面座標系統來確定點的位
確定地面點的位置是測量工作的基本任務。一點的位置，需要用三個量來確定。
其中兩個量用來確定點的平面位置，另一個量用來確定點的高程位置。
1.地面點的高程
（1）絕對高程
地面上任意一點到大地水準面的鉛垂距離，稱爲該點的絕對高程，簡稱高程，用字母H表示
我國在青島設立驗潮站，長期觀測黃海海水面的高低變化，取其平均值作爲大地水準面的位置（其高程爲零），並作爲全國高程的起算面。爲了建立全國統一的高程系統，在青島驗潮站附近的觀象山埋設固定標誌，用精密水準測量方法與驗潮站所求出的平均海水面進行聯測，測出其高程爲72.289m,它的高程作爲全國高程的起算點，稱爲水準原點。根據這個面起算的高程稱爲“1956年黃海高程系統”。
從1987年開始我國採用新的高程基準，採用青島驗潮站1952—1979年潮汐觀測資料計算的平均海水面爲國家高程起算面，稱爲“1985年國家高程基準”。根據新的高程基準推算的青島水準原點高程爲72.260m，
比“1956年黃海高程系統”的高程小0.029m。
（2）相對高程
局部地區採用絕對高程有困難或者爲了應用方便，也可不用絕對高程，而是假定某一水準面作爲高程的起算面。地面點到假定水準面的鉛垂距離稱爲該點的相對高程，如圖1.2中的HA′、HC′。
（3）建築標高
在建築設計中，每一個獨立的單項工程都有它自身的高程起算面，叫做±0.00。一般取建築物首層室內地坪標高爲±0.00，建築物各部位的高度都是以±0.00爲高程起算面的相對高程，稱爲建築標高。例如某建築物±0.00的絕對高程爲40.00m，一層窗臺比±0.00高0.90m，我們說窗臺標高是0.90m，而不再寫窗臺標高是40.90m 。
±0.00的絕對高程是施工放樣時測設±0.00位置的依據。
（4）高差
兩個地面點之間的高程之差稱爲高差，常用h表示。圖1.2中C點相對於A點的高差：
hAC＝HC－HA＝HC′－HA′ (1.1)
C點比A點高時，高差hAC爲正，反之爲負。
例如，已知A點高程HA＝27.236m，C點高程HC＝18.547m，則C點相對於A點的高差hAC＝18.547－27.236＝－8.689m；C點低於A點；而A點相對於C點的高差應爲hCA=27.236－18.547=8.689m；A點低於與C點。
由此可見:
hAC＝－hCA (1.2)
2.地面點的座標
（1）地理座標
當研究整個地球的形狀或進行大區域範圍的測量工作時，可採用球面座標系統來確定點的位
置，所示的球面座標系統來確定點的位置，例如P點的座標可用經度λ和緯度φ表示。經度λ和緯度φ稱爲點的地理座標。地理座標是用天文測量方法測定的。例如北京某點P的地理座標爲東經116°28′，北緯39°54′。
（2）平面直角座標
在小區域的範圍內，將大地水準面作水平面看待，由此而產生的誤差不大時，便可以用平面直角座標來代替球面座標。
根據研究分析，在以10km爲半徑的範圍內，可以用水平面代替水準面，由此產生的變形誤差對一般測量工作而言，可以忽略不計。因此，我們進行一般工程項目的測量工作時，可以採用平面直角座標系統，即將小塊區域直接投影
到平面上進行有關計算。在平面上進行計算要比曲面上計算簡單得多，且又不影響測量 工作的精度。 圖1.4所示爲一平面直角座標系統。 規定座標縱軸爲x軸且表示南北方向，向北爲正，向南
爲負；規定橫軸爲y軸、且表示東西方向，向東爲正，向西爲負。爲了避免測區內的座標出現負值，可將座標原點選擇在測區的西南角上。座標象限按順時針方向編號，其編號順序與數學上直角座標系的象限編號 順序相反，且x、y兩軸線與數學上直角座標系的x、Y軸互換，這是爲了使測量計算時可以將數學中的公式直接應用到測量中來，而無需作任何修改。
（3）高斯平面直角座標
如果測區範圍較大，就不能把水準面當作水平面。必須採用高斯投影的方法，建立高斯平面直角座標系。
如前所述，地面點的空間位置是以投影平面上的座標（x，y）和高程H決定的，而點的座標一般是通過水平角測量和水平距離測量來確定的，點的高程是通過測定高差來確定的。所以，測角、量距和測高差是測量的三項基本工作。
（2）平面直角座標
在小區域的範圍內，將大地水準面作水平面看待，由此而產生的誤差不大時，便可以用平面直角座標來代替球面座標。
根據研究分析，在以10km爲半徑的範圍內，可以用水平面代替水準面，由此產生的變形誤差對一般測量工作而言，可以忽略不計。因此，我們進行一般工程項目的測量工作時，可以採用平面直角座標系統，即將小塊區域直接投影
到平面上進行有關計算。在平面上進行計算要比曲面上計算簡單得多，且又不影響測量 工作的精度。 圖1.4所示爲一平面直角座標系統。 規定座標縱軸爲x軸且表示南北方向，向北爲正，向南
爲負；規定橫軸爲y軸、且表示東西方向，向東爲正，向西爲負。爲了避免測區內的座標出現負值，可將座標原點選擇在測區的西南角上。座標象限按順時針方向編號，其編號順序與數學上直角座標系的象限編號 順序相反，且x、y兩軸線與數學上直角座標系的x、Y軸互換，這是爲了使測量計算時可以將數學中的公式直接應用到測量中來，而無需作任何修改。
（3）高斯平面直角座標
如果測區範圍較大，就不能把水準面當作水平面。必須採用高斯投影的方法，建立高斯平面直角座標系。
如前所述，地面點的空間位置是以投影平面上的座標（x，y）和高程H決定的，而點的座標一般是通過水平角測量和水平距離測量來確定的，點的高程是通過測定高差來確定的。所以，測角、量距和測高差是測量的三項基本工作。