位置の考え方（座標の考え方、高さの考え方）

基本的な定義

地球上の「位置」を表現するために一般的に用いられるのは「緯度、経度、高さ」です。

「緯度、経度、高さ」を定義するためには、「基準面」と基準となる「座標系」（Frame）を決めなくてはなりません。

地球の形を扁平な回転楕円体（球を南北方向に少し押しつぶした形）として近似して、中心を地球の重心に置き、短軸を自転軸と一致させたとき、長径方向の平面が「赤道面」で、楕円体表面と交差する線が「赤道」となります。ここが「緯度0度」、北極が「緯度＋90度（北緯90度）」南極が「緯度－90度（南緯90度）」になります。楕円体面に対して法線を立て、法線と赤道面の交差する角が「緯度」になります。地表から天の北極（北極星方向）を見て地平面となす角度も「緯度」に一致します。（図参照）

短軸を含む面で楕円体表面と一致する弧を「子午線」と呼びます。子午線のうち、「経度0度」の起点となる子午線を「本初子午線」と呼びます。「グリニッジ子午線」という呼び名の方が通りが良いかもしれません。ある地点を通る子午線と本初子午線のなす角度が「経度」になります。東回りに「東経０度」から「東経180度」まで、西回りに「西経0度」から「西経180度」まで測ります。(図参照)

「高さ」を定義する際は、楕円体面に法線を立てて、楕円体表面からの距離を「楕円体高」とすれば幾何学的には「緯度」「経度」「高さ」で3次元的な位置が決まります。

また、地球中心から「緯度0度」「経度0度」方向に座標軸（ｘ軸）を取り、地球中心から「緯度0度」「経度＋90度(東経90度)」方向に座標軸（ｙ軸）を取り、地球中心から北極方向に座標軸(z軸)を取る、「3次元直交座標系」（X,Y,Z）で位置の表現をすることもできます。「緯度」「経度」「楕円体高」と三次元直交座標（X,Y,Z）の間では数学的な関係式で相互に変換が可能です。

「高さ」として「楕円体高」を用いると、日常的な感覚である「高いところから低いところへ水が流れる」と一致しないことも生じます。海面を「高さ」の基準とする「標高」は、平均海水面と一致する「ジオイド」面から、そこに立てた法線（厳密には重力の方向）に沿って測った距離です。この定義に基づけば、水は「高いところから低いところ」に流れます。ある地点においての「楕円体面」から「ジオイド」までの距離を「ジオイド高」と言います。「標高」と「楕円体高」と「ジオイド高」の間には

「標高」＝「楕円体高」―「ジオイド高」という関係があります。