0.地球
一個兩極稍扁、赤道略鼓的不規則球體。
地球真實不是一個正球體，而是一個極半徑略短、赤道半徑略長，北極略突出、南極略扁平，近於梨形的橢球體(https://zhuanlan.zhihu.com/p/47810895)。
1.大地水准面
（1）地球表面有高山、也有窪地，是崎嶇不平的。當我們想要使用數學法則來描述它，就必須找到一個相對規則的數學面。所以，人們就假設海水處於完全靜止的平衡狀態，那么從海平面延伸到所有大陸下部，而與地球重力方向處處正交的一個連續、閉合的曲面就是大地水准面(https://zhuanlan.zhihu.com/p/63776233)，大地水准面是對地球形狀的很好近似，其面上高出與面下缺少的相當，是對地球表面的第一級逼近。
（2）水准面：當海洋靜止時，自由水面與該面上各點的重力方向（鉛垂線）成正交，這個面則叫做水准面。
在眾多水准面中，有一個與靜止的平均海水面相重合，並遐想其穿過大陸、島嶼形成一個閉合曲面，這就是大地水准面。換一種說話，大地水准面是一個起伏不平的重力等位面即地球物理表面，它所包圍的形體稱之為大地體。
（3）大地水准面是海拔高程的起算面
可使用儀器測得海拔高程—某點到大地水准面的垂直高度，也叫絕對高程，簡稱高程。
在局部地區，無法知道絕對高程時，假定一個水准面作為高程起算面，地面點到該假定水准面的垂直距離稱為相對高程。
大地水准面忽略了地面上的凸凹不平，但由於地球內物質分布的不均勻，重力方向處處不一致，大地水准面仍是起伏不平，它雖然非常接近一個規則橢球體，但並不是完全規則，沒有辦法用數學表達。用橢圓繞短軸旋轉可生成一個橢球體，所以為了定量描述地球的形狀而不受起伏的影響，測量上把與大地水准面符合得最理想的旋轉橢球體叫做地球橢球體，地球橢球體是地球的第二級逼近。
橢球體是一個規則的數學表面，所以被視為地球體的數學表面，也是地球形體的第二級逼近，用於測量計算的基准面。
決定地球橢球體形狀和大小的參數：長軸 a（赤道半徑）、短軸 b（極半徑）和橢球的扁率 f。
3.參考橢球體
對地球形狀 a，b，f 測定后，還必須確定大地水准面與地球橢球體面的相對關系，即確定與局部地區大地水准面符合最好的一個地球橢球體—參考橢球體，這項工作就是參考橢球體定位。
通過數學方法將地球橢球體擺到與大地水准面最貼近的位置上，並求出兩者各點間的偏差，從數學上給出對地球形狀的第三級逼近。
4.大地基准面(Geodetic Datum)
地球橢球體表面和地球表面肯定不是完全貼合，因而即使使用同一個橢球面，不同的地區由於關心的位置不同，當需要最大限度的貼合自己關心得區域表面時，就需要一個橢球曲面來描述這個最大貼合表面，這個表面就是大地基准面，而這個大地基准面所在的橢球體就是「參考橢球體」，參考橢球體可以當做是根據大地基准面的位置偏移、偏轉而來。
地球橢球體與大地基准面是一對多的關系，也就是說基准面是在地球橢球體基礎上建立的，但橢球體不能代表基准面，同樣的橢球體可以定義多個基准面。為了讓大地基准面與當地更匹配，測量和定位更精確，很多國家都開發自己的大地基准面(https://zhuanlan.zhihu.com/p/63776233)。
確定了一個規則的橢球表面以后，我們會發現還有一個問題，參考橢球體是對地球的抽象，因此其並不能去地球表面完全重合，在設置參考橢球體的時候必然會出現有的地方貼近的好（參考橢球體與地球表面位置接近），有地地方貼近的不好的問題，因此這里還需要一個大地基准面來控制參考橢球和地球的相對位置。 大地基准面是地球表面的第三級逼近。
大地基准面（Geodetic datum），設計用為最密合部份或全部大地水准面的數學模式。它由橢球體本身及橢球體和地表上一點視為原點間之關系來定義。此關系能以 6個量來定義，通常（但非必然）是大地緯度、大地經度、原點高度、原點垂線偏差之兩分量及原點至某點的大地方位角。
有以下兩類基准面：
區域基准面：特定區域內與地球表面吻合，大地原點是參考橢球與大地水准面相切的點，例如Beijing54、Xian80。我們通常稱謂的Beijing54、Xian80坐標系實際上指的是我國的兩個大地基准面。
地心基准面：由衛星數據得到，使用地球的質心作為原點，使用最廣泛的是WGS1984。
我們通常說的參心大地坐標系和地心大地坐標系的區別就在於此。
參心大地坐標系：指經過定位與定向后，地球橢球的中心不與地球質心重合而是接近地球質心。區域性大地坐標系。是我國基本測圖和常規大地測量的基礎。如Beijing54、Xian80。
地心大地坐標系：指經過定位與定向后，地球橢球的中心與地球質心重合。如CGCS2000、WGS84。