我们很容易想到用海平面作为高度的起点 ， 然后把这个基准高度延伸到整个地球 。 可以 ， 我国就是长期观察黄海的涨落 ， 算了一个海平面的平均值作为零海拔 ， 这是测高的起点 。
但地球不是一个正球 ， 它有点扁 ， 基准海平面应该按最贴近地球的形状去延伸 ， 而这个形状又必须能用数学来表达 。 思来想去 ， 人类选择了椭球体 。
大地水准面 ， 其包围形体可近似于一个椭球体
我国的北斗系统使用2000国家大地坐标系 ， 其中默认的地球椭球体长半轴为6378137米 ， 短半轴为6356752.31414米 。 那么 ， 现在确定经纬度也要改用这个椭球体 ， 它比正球体复杂一点点 ， 如下图所示 。
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制图：徐静中
好啦 ， 咱们只要把黄海高程延伸到整个椭球体 ， 然后 ， 你所在位置垂直到这个椭球面的距离就是高度 。 那运动手表里真是这样算的吗？还不是 ， 因为卫星定位系统不使用这个黄海高程延伸的椭球体 。
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海平面不平
请你想一想 ， 为什么要用海平面作为高度起点？因为水面能代表一个重力相等的面 。
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我们知道 ， 地球的重力分布并不均匀 ， 所以全球的海平面（学名：大地水准面）在重力影响下有高有低 ， 不是一个规则的球体 。 如果你要知道最正确的海拔高度 ， 就应该是该点垂直到海平面的距离 。 可是 ， 凹凸不平的大地水准面无法用数学表达 ， 卫星定位系统更不会采用 。
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【运动手表是怎么知道你的海拔高度的？】图片来源：《地图制图基础总结归纳——地图的控制基础》
那卫星定位系统用什么做高度起点呢？上文提到过北斗系统使用的2000国家大地坐标系 ， 里面具体设定的那个椭球体（学名：基准椭球体） ， 它就是全球算高度的起点 。
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制图：徐静中
之所以设定这样的椭球体 ， 是因为经过多年研究测算 ， 它与地球几何最吻合 ， 可以代表全球平均的水准面 。 很显然 ， 它不等于我国的黄海高程延伸面 。
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卫星定位系统测量与纯正的海拔高度区别对比 。 制图：徐静中
现在知道了 ， 我们通过卫星定位系统测量的高度 ， 比如运动手表上的读数 ， 是上图左侧的椭球高 。 至于上图右侧的正高 ， 也就是纯正的海拔高度 ， 你必须知道真实的大地水准面在哪里 ， 海面部分它与水面吻合 ， 但陆地部分（尤其在山地） ， 这个面既看不见又难以定位 ， 所以 ， 我国把黄海高程延伸到整个陆地 ， 当作高度0 ， 形成一个近似的大地水准面 ， 你日常看到的地图、地理标志上的高度都是以此为起点的近似海拔高度 。
参考文献：
[1
GPS原理与接收机设计 谢钢 电子工业出版社 2017.1
作者｜徐静中 范琪
审核｜刘松川 中国科学院空天信息创新研究院高级工程师
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