通过天文大地测量、地球重力测量、卫星大地测量等精密测量，发现：
地球并不是一个正球体，而是一个极半径略短、赤道半径略长，北极略突出、南极略扁平，近于梨形的椭球体。
地球的自然表面并非光滑，珠穆朗玛与马里亚纳海沟之间的高差达近20km。
由于地球的自然表面凸凹不平，形态极为复杂，显然不能作为测量与制图的基准面，因为这样的地表是无法用数学公式表达的曲面。应该寻求一种与地球自然表面非常接近的规则曲面，来代替这种不规则的曲面