大地水準面示意圖

　　地球自然表面是極不規則的，有高山、深谷、江河湖海，不能用簡單的數學關系來表達。因此，19世紀20年代前人們以橢球面作為地球模型。隨著大地測量精度要求的提高，認識到橢球面是個純數學表面，用來進行推算點位是非常方便的，但它與測量儀器觀測數據很難聯系。由于地殼質量分布不均衡，用經緯儀或水準儀在實地找不到與橢球面相垂直的法線，德國的大地測量學家利斯廷于1873年創立了大地水準面概念，定義是：假設海水面處于靜止平衡狀態下，將其延伸到大陸下面，構成一個遍及全球的閉會曲面，這個曲面就是大地水準面。如下圖所示。

　　大地測量學中所研究的地球形狀就是大地水準面的形狀。理由是：大地水準面與占地球面積71％的平均海水面重合，與地球自然表面非常接近；大地水準面具有水準面特性，處處與鉛垂線正交，而測量儀器是用水準器整平，用垂球對中的，所以，大地水準面是測量作業的基準面；海水面是實際存在的，與世界上沿海國家都發生聯系，通過驗潮取平均值就可獲得平均海水面的位置。