物理大地測量學

• 國際地球參考系統
• 空間參考系統標識符 (SRID)
• Universal Transverse Mercator (UTM)

物理大地測量學是研究地球引力及其勢場（位勢）的物理性質，以期在大地測量學中應用的學科。

諸如經緯儀之類的傳統大地測量儀器依靠重力場在水平儀的幫助下沿當地鉛垂線或當地垂直方向定向其垂直軸。 之后，獲得相對于該局部垂直線的垂直角（天頂角或仰角），以及垂直于垂直線的局部地平線平面中的水平角。

水準儀再次用于獲取地球表面各點之間的位勢差。 這些可以通過轉換為公制單位表示為高度差。

重力通常以 m·s?2（米每秒平方）為單位測量。 這也可以表示為（乘以重力常數 G 以更改單位）每千克被吸引質量的牛頓數。

勢能表示為重力乘以距離，m2·s?2。 沿強度為 1 m·s?2 的重力矢量方向行進一米將使您的潛力增加 1 m2·s?2。 再次使用 G 作為乘數，單位可以更改為焦耳每千克被吸引的質量。

更方便的單位是 GPU，或位勢單位：它等于 10 m2·s?2。 這意味著在垂直方向（即 9.8 m·s?2 環境重力的方向）上行駛一米，大約會使您的潛能改變 1 GPU。 這再次意味著，在 GPU 中，一個點與海平面的位勢差可以用作以米為單位的海拔高度的粗略測量。

地球的重力，用 g 表示，是由于重力（來自地球內部的質量分布）和離心力（來自地球的自轉）的綜合作用而賦予物體的凈加速度。它是一個矢量 數量，其方向與鉛錘重合，強度或幅度由范數 g = ‖ g ‖ {\displaystyle g=\|{\mathit {\mathbf {g} }}\|} 給出。

在 SI 單位中，該加速度表示為米每秒平方（符號為 m/s2 或 m·s?2）或等效的牛頓每千克（N/kg 或 N·kg?1）。 在地球表面附近，重力加速度約為 9.81 m/s2（32.2 ft/s2），這意味著，忽略空氣阻力的影響，物體自由下落的速度將增加約 9.81 米（32.2 ft） ) 每秒每秒。 這個量有時被非正式地稱為小 g（相比之下，引力常數 G 被稱為大 G）。

地球引力的精確強度因位置而異。 根據定義，地球表面的標稱平均值（稱為標準重力）為 9.80665 米/秒（32.1740 英尺/秒）。 這個量以不同的方式表示為 gn、ge（雖然這有時表示地球上的正常赤道值，9.78033 m/s2 (32.0877 ft/s2)）、g0、gee 或簡稱為 g（也用于變量本地值 ).

地球表面上物體的重量是該物體上的向下力，由牛頓第二運動定律或 F = m(a)（力 = 質量 × 加速度）給出。 重力加速度對總重力加速度有貢獻，但其他因素（例如地球自轉）也有貢獻，因此會影響物體的重量。 重力通常不包括月球和太陽的引力，這在潮汐效應中得到了解釋。

位勢是地球重力場的勢能。 為方便起見，它通常被定義為每單位質量勢能的負數，因此重力矢量是作為該勢能的梯度獲得的，沒有取反。 除了實際電位（位勢）之外，還可以定義假設的正常電位及其差值，即干擾電位。

由于地球真實重力場的不規則性，海水的平衡圖或大地水準面也會呈不規則形式。 在某些地方，例如愛爾蘭西部，大地水準面（數學平均海平面）比 GRS80 的常規旋轉對稱參考橢球高出 100 米； 在其他地方，例如斯里蘭卡附近，它在橢圓體下方的下潛幅度幾乎相同。 大地水準面和參考橢球之間的分離稱為大地水準面的起伏，符號 N {\displaystyle N} 。

大地水準面，或數學平均海面，不僅在海洋上定義，而且在陸地下定義； 如果允許海水移動，就會產生平衡水面。