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地理信息系统中的空间概念常用“地理空间（Geo-spatial）”
来表述。为了深入研究地理空间，有必要建立地球表面的几何
模型。根据大地测童学的研究成果，地球表面的几何模型可分述如下。
1.地球的自然表面
地球的自然表面是包括海洋底部、高山髙原在内的固体地球
表面。固体地球表面的形态是由多种成分的内、外地貌应力
在漫长的地质年代里综合作用的结果，所以非常复杂，难以
用一个简洁的数学表达式描述出来，所以不适合于数学建模，
也无法进行运算。
2.地球的物理表面
由于地球的自然表面不能作为测童与制图的基准面，因此，
应该寻求一种与地球自然表面非常接近的规则曲面，来代替
这种不规则的曲面。地球表面的72%被流体状态的海水所覆盖，
可以假设一个当海水处于完全静止的平衡状态时，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、
闭合的水准面，这就是大地水准面。由于海水温度、盐度差异、
盛行风等原因，同时雷达卫星髙程测童事实也证明，大地水
准面仍然不是一个规则的曲面，因此，它也不能用一个简单的
几何形状和数学公式来表达。
3.地球的數学表面
虽然大地水准面的形状十分复杂，但从整体来看，其起伏是
微小的，它是〜个很接近于绕自转轴（短轴）旋转的椭球体，
所以在测置和制图中，就用旋转椭球来代替大地体（大地水准
面包围的形体称大地体），这个旋转球体通常称地球椭球体，
简称椭球体。地球椭球体表面是个可以用数学模型定义和
表达的曲面，这就是所称的地球数学表面。
数学模型表面是在解决其他一些大地测置学问题时提出来的，
如类地形面、准大地水准面、静态水平衡椭球体等，在此不予讨论。