0.地球
一个两极稍扁、赤道略鼓的不规则球体。
地球真实不是一个正球体，而是一个极半径略短、赤道半径略长，北极略突出、南极略扁平，近于梨形的椭球体(https://zhuanlan.zhihu.com/p/47810895)。
1.大地水准面
（1）地球表面有高山、也有洼地，是崎岖不平的。当我们想要使用数学法则来描述它，就必须找到一个相对规则的数学面。所以，人们就假设海水处于完全静止的平衡状态，那么从海平面延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的曲面就是大地水准面(https://zhuanlan.zhihu.com/p/63776233)，大地水准面是对地球形状的很好近似，其面上高出与面下缺少的相当，是对地球表面的第一级逼近。
（2）水准面：当海洋静止时，自由水面与该面上各点的重力方向（铅垂线）成正交，这个面则叫做水准面。
在众多水准面中，有一个与静止的平均海水面相重合，并遐想其穿过大陆、岛屿形成一个闭合曲面，这就是大地水准面。换一种说话，大地水准面是一个起伏不平的重力等位面即地球物理表面，它所包围的形体称之为大地体。
（3）大地水准面是海拔高程的起算面
可使用仪器测得海拔高程—某点到大地水准面的垂直高度，也叫绝对高程，简称高程。
在局部地区，无法知道绝对高程时，假定一个水准面作为高程起算面，地面点到该假定水准面的垂直距离称为相对高程。
大地水准面忽略了地面上的凸凹不平，但由于地球内物质分布的不均匀，重力方向处处不一致，大地水准面仍是起伏不平，它虽然非常接近一个规则椭球体，但并不是完全规则，没有办法用数学表达。用椭圆绕短轴旋转可生成一个椭球体，所以为了定量描述地球的形状而不受起伏的影响，测量上把与大地水准面符合得最理想的旋转椭球体叫做地球椭球体，地球椭球体是地球的第二级逼近。
椭球体是一个规则的数学表面，所以被视为地球体的数学表面，也是地球形体的第二级逼近，用于测量计算的基准面。
决定地球椭球体形状和大小的参数：长轴 a（赤道半径）、短轴 b（极半径）和椭球的扁率 f。
3.参考椭球体
对地球形状 a，b，f 测定后，还必须确定大地水准面与地球椭球体面的相对关系，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—参考椭球体，这项工作就是参考椭球体定位。
通过数学方法将地球椭球体摆到与大地水准面最贴近的位置上，并求出两者各点间的偏差，从数学上给出对地球形状的第三级逼近。
4.大地基准面(Geodetic Datum)
地球椭球体表面和地球表面肯定不是完全贴合，因而即使使用同一个椭球面，不同的地区由于关心的位置不同，当需要最大限度的贴合自己关心得区域表面时，就需要一个椭球曲面来描述这个最大贴合表面，这个表面就是大地基准面，而这个大地基准面所在的椭球体就是「参考椭球体」，参考椭球体可以当做是根据大地基准面的位置偏移、偏转而来。
地球椭球体与大地基准面是一对多的关系，也就是说基准面是在地球椭球体基础上建立的，但椭球体不能代表基准面，同样的椭球体可以定义多个基准面。为了让大地基准面与当地更匹配，测量和定位更精确，很多国家都开发自己的大地基准面(https://zhuanlan.zhihu.com/p/63776233)。
确定了一个规则的椭球表面以后，我们会发现还有一个问题，参考椭球体是对地球的抽象，因此其并不能去地球表面完全重合，在设置参考椭球体的时候必然会出现有的地方贴近的好（参考椭球体与地球表面位置接近），有地地方贴近的不好的问题，因此这里还需要一个大地基准面来控制参考椭球和地球的相对位置。 大地基准面是地球表面的第三级逼近。
大地基准面（Geodetic datum），设计用为最密合部份或全部大地水准面的数学模式。它由椭球体本身及椭球体和地表上一点视为原点间之关系来定义。此关系能以 6个量来定义，通常（但非必然）是大地纬度、大地经度、原点高度、原点垂线偏差之两分量及原点至某点的大地方位角。
有以下两类基准面：
区域基准面：特定区域内与地球表面吻合，大地原点是参考椭球与大地水准面相切的点，例如Beijing54、Xian80。我们通常称谓的Beijing54、Xian80坐标系实际上指的是我国的两个大地基准面。
地心基准面：由卫星数据得到，使用地球的质心作为原点，使用最广泛的是WGS1984。
我们通常说的参心大地坐标系和地心大地坐标系的区别就在于此。
参心大地坐标系：指经过定位与定向后，地球椭球的中心不与地球质心重合而是接近地球质心。区域性大地坐标系。是我国基本测图和常规大地测量的基础。如Beijing54、Xian80。
地心大地坐标系：指经过定位与定向后，地球椭球的中心与地球质心重合。如CGCS2000、WGS84。