越来越多的空间数据是3D的:我们的GPS轨迹包括高度;我们使用激光雷达创建建筑和城市的3D模型;我们有数字高程模型(dem)，可以捕捉地形的山丘、山脉和山谷。这个话题坐标系统和映射的关键概念描述坐标系统如何将数据与地球上的物理位置联系起来，从而允许在上下文中组合和查看数据。这个过程完全可以在2D中运行(例如，导致lat/long或x/y坐标)，但当扩展到第三维时，它特别有趣。正确获取额外的细节——主要是了解使用中的垂直基准面和单位——不仅对组合数据至关重要，而且对正确解释数据也至关重要。
在地图上有(至少)三个处理高度的重要选项:
- 潮汐:海平面可以用来推导一个基线高度，然后精神水平仪可以用来扩展距离水面的高度测量。通常情况下，使用的是平均海平面，但也有数量惊人的变异。这些方法对沿海应用最有用(例如，绘制相对于陆地/水界面的边界)。
- 椭球(大地):GPS位置最初计算为地心坐标-从WGS84椭球体中心的X、Y和Z线偏移量。然后将它们转换为纬度、经度和椭球高度。在这种情况下，高度是指从一点到椭球(扁平球体)的垂直距离，椭球是用来模拟地球形状的。虽然很方便，但椭球高度并不具有高度的直观属性:它们与海平面无关，也无法捕捉重力将物体向下拉的方向。
- 正交的(重量):直角高度是由椭球高度和大地水准面模型推导出来的。它们测量等势面以上的高度，选择这种等势面来匹配全球平均海平面或现有的垂直基准面。
潮汐高度和直角高度的主要区别是，当地的平均海平面不是各处相同的“高度”(在势能的意义上)。由于包括温度和洋流在内的局部因素，海洋的某些部分持续高于其他部分。因此，潮汐基准相对于海岸线和当地海平面的测量更有优势，基于大地水准面的垂直基准在测量包括海洋和陆地在内的大片区域的高度上更有优势。
可以根据不同的高度在垂直基准之间进行转换。这让您可以覆盖相应的数据或利用所需高度系统的属性。大地水准面的模型可以直接用于椭球面高度和直角高度之间的转换，但有许多细节需要得到正确的。最简单的方法是确定您的源和目标垂直基准，然后应用推荐的网格移动或程序进行转换。例如:
- EGM96大地水准面网格可在世界任何地方的WGS84椭球高度和EGM96/WGS84无潮汐直角高度之间进行转换。
- GEOID96/99/03网格在美国NAD83椭球高度和NAVD88直角高度之间转换。
- VERTCON在NGVD29(一种传统的垂直基准)和NAVD88垂直高度之间转换，也在美国。
坐标系统和相关的元数据在使地图有用方面发挥着巨大的作用，跟踪这些细节非常重要。当处理包括高度的数据时，确保您知道它在哪个坐标系中，包括水平和垂直方面，并且要意识到有一些选项可以转换您的数据进行分析或与其他类型的数据组合。