地理信息系統中的空間概念常用“地理空間（Geo-spatial）” 來表述。為了深入研究地理空間，有必要建立地球表面的幾何 模型。根據大地測童學的研究成果，地球表面的幾何模型可分述如下。
1.地球的自然表面
地球的自然表面是包括海洋底部、高山髙原在內的固體地球 表面。固體地球表面的形態是由多種成分的內、外地貌應力 在漫長的地質年代里綜合作用的結果，所以非常復雜，難以 用一個簡潔的數學表達式描述出來，所以不適合于數學建模，也無法進行運算。
2.地球的物理表面
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由于地球的自然表面不能作為測童與制圖的基準面，因此，應該尋求一種與地球自然表面非常接近的規則曲面，來代替 這種不規則的曲面。地球表面的72%被流體狀態的海水所覆蓋，可以假設一個當海水處于完全靜止的平衡狀態時，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、閉合的水準面，這就是大地水準面。由于海水溫度、鹽度差異、盛行風等原因，同時雷達衛星髙程測童事實也證明，大地水 準面仍然不是一個規則的曲面，因此，它也不能用一個簡單的 幾何形狀和數學公式來表達。
3.地球的數學表面
雖然大地水準面的形狀十分復雜，但從整體來看，其起伏是 微小的，它是?個很接近于繞自轉軸（短軸）旋轉的橢球體，所以在測置和制圖中，就用旋轉橢球來代替大地體（大地水準 面包圍的形體稱大地體），這個旋轉球體通常稱地球橢球體，簡稱橢球體。地球橢球體表面是個可以用數學模型定義和 表達的曲面，這就是所稱的地球數學表面。
數學模型表面是在解決其他一些大地測置學問題時提出來的，如類地形面、準大地水準面、靜態水平衡橢球體等，在此不予討論。
來源：開源地理空間基金會中文分會
來源鏈接：https://www.osgeo.cn/post/1d681
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