垂直基准
大地坐标系统表示了参考椭球面上的位置基准，垂直基准是表达地面高度的参考系统。
垂直基准在陆地上与海洋上有所差异，陆地上称为高程基准，海洋上采用深度基准。
高程系统
为了解决水准面不平行和多值性问题，便于高程框架建立，必须设定统一高程基准，选定一个固定的高程测量起算面。
高程系统主要有正高系统、正常高系统、力高系统等。
深度基准
在海洋上，主要考虑到航道航行安全，需要深度基准面要低于平均海平面，即深度基准面在大地水准面之下。
深度基准面有最低潮面，略低潮面，理论低潮面等。
深度基准面与高程基准面的异同
- 两者都是以海洋验潮确定的平均海面为基准。
- 深度基准基于当地海平面确定，没有全国统一标准；高程基准以青岛验潮站平均海平面作为国家的高程基准面，通过水准原点传递到全国。
几何水准测量
要进行高程测量，主要是采用几何水准测量方法传测高差，即传测重力等位面之间的距离。
如图所示，A、B两点间的高差由n个水准测站高差累计求得，在极小距离内每一个测站的视线（水平线）都是一个水准面，即几何水准测量的基础建立在相邻水准测站水准视线平行的前提下。
由于架设测站是以铅垂线（重力的方向线）为基线，并保证铅垂线和仪器视线正交，即水准野外测量视线与水准面相切，假设各个水准面之间平行，即可传测两点间的高差，继而可以通过已知点求得未知点的高程。
- 测站传递的基础是水准面，但水准面并非平面。
- 水准面之间不平行。
这会导致以下两个问题。
几何水准测量理论闭合差
水准测量是以水准面（铅垂线）为测量基础的，传算的差值应该为相对于重力位差的距离，但实际测量中却是用水平面代替了水准面，求得的是水平面之间的距离，从小区域来说，由于重力差很小，这个差距可以忽略，但实际上并不一致。即由于相邻水准面之间不平行，故几何水准严格意义上不能测量重力等位面之间的距离。
排除测量误差影响，由于水准面不平行导致因测量经过的路线不同使水准测量环线闭合差依然不等于0，称作水准测量环线理论闭合差，这个差值需要在数据处理阶段改正。
几何水准测量多值性
由于两点间水准测量路线不同，所经过的水准面也不同，获得的高差会有所差异，这导致每次水准测量的值因测量路线不同而不同。
解决水准测量多值性的办法
设定一个水准测量基准面，建立基于物理量的高程系统，通过求改正数来把几何高差观测值转换成重力位之间实际高差。
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