越来越多的空间数据是三维的：我们的GPS轨迹包括高度；我们使用激光雷达建立建筑物和城市的三维模型；我们有数字高程模型（DEM），可以捕捉地形的丘陵、山脉和山谷。主题坐标系和制图中的关键概念描述坐标系如何将数据绑定到地球上的物理位置，从而允许在上下文中组合和查看数据。这个过程可以完全在2D中工作（例如，导致lat/long或x/y坐标），但是当扩展到三维时，它特别有趣。获得正确的额外细节——主要是了解垂直基准面和使用的单位——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。
在地图中处理高度有（至少）三个重要选项：
- 潮汐：海平面可以用来推导基线高度，然后水平仪可以用来将高度测量从水中延伸出去。通常使用平均海平面，但变异的数量惊人。这些方法对于海岸应用最为有用（例如，绘制与陆地/水界面相关的边界）。
- 椭球体（大地测量）：GPS位置最初计算为地心坐标-距WGS84椭球体中心的线性X、Y和Z偏移。然后将其转换为纬度、经度和椭球高度。在这种情况下，高度是指从一个点到用于模拟地球形状的椭球体（扁平球体）的垂直距离。虽然很方便，但椭球体的高度并没有直观的高度特性：它们与海平面无关，也不能捕捉重力把东西拉下山的方向。
- 正交（重量法）：正高是由椭球体高度和大地水准面模型导出的。它们测量在等电位面之上的高度，选择以匹配全球平均海平面或现有的垂直基准面。
潮汐高度和正射高度的主要区别在于，当地的平均海平面在任何地方都不相同（在势能意义上）。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，相对于海岸线和当地海平面而言，潮汐基准在测量上更为优越，而大地水准面垂直基准在测量高度上也更为优越，在包括海洋和陆地在内的大面积区域都是如此。
可以根据不同的高度在垂直基准之间进行转换。这样可以覆盖相应的数据或利用所需高度系统的属性。大地水准面模型可以直接用于椭球体高度和正射高度之间的转换，但仍有许多细节需要解决。最简单的方法是确定源和目标垂直基准，然后应用建议的网格偏移或过程进行转换。例如：
- EGM96大地水准面网格可用于在世界任何地方转换WGS84椭球高度和无潮汐EGM96/WGS84正交高度。
- GEOID96/99/03网格在美国NAD83椭球高度和NAVD88正射高度之间转换。
- VERTCON在NGVD29（传统垂直基准）和NAVD88正射高度之间转换，同样在美国。
坐标系和相关的元数据在使地图有用方面发挥着巨大的作用，跟踪这些细节很重要。在处理包含高度的数据时，请确保您知道它在哪个坐标系中，包括水平和垂直方向，并注意可以选择转换数据以进行分析或与其他类型的数据组合。