传统海洋测绘以深度基准为最基本的参考面，采用即建即用的基准服务模式。在现代大地测量技术与海洋测绘成果积累的支持下，有必要建构系统化的垂直基准与转换技术体系，形成海洋测绘垂直基准基础设施。

平均海面是理想化的海洋平衡面在实际观测数据支持下的近似，或者是可以直接观测和描述的客观实体。但由验潮站（包括海底水位计）所观测的平均水位仅是由多个独立垂直基准（水尺零点）表征的非统一基准下的离散平均海面高采样值。尽管根据前述，可以通过验潮站的基准确定信息，将水位表达在平均海面或其他基准面等参考面体系，但这种归算和转换的范围只限于验潮站（网）所控制的一定区域内（暴景阳，2001）。

卫星测高技术以及海面浮标观测技术能够在大地坐标系中测定海面相对地球椭球面的高度，进而通过平均，将全球或区域平均海面表征为相对地球椭球面的起伏。这样，地球椭球面就构成了更高一层级的基准面，即大地高系统的高程起算面，且具有光滑和可严密数学表达的特性。利用地球椭球面与海洋测绘有关垂直参考面的关系，对海洋测绘各垂直参考面就赋予了大地测量学含义。其中，卫星测高技术提供了平均海面高分辨率表示的基础观测信息，可构建平均海面高模型，它是与经纬度等二维坐标相联系的平均海面高度数据集，可记为hmsl（B，L）。而海上GNSS浮标观测的平均海面可作为平均海面高模型的外部精度检核、校准数据。

在以地球椭球面为底层参考面的表征体系（FIG，2006）下，同样存在着大地水准面的表达方式，将随地点变化的大地水准面高表示为N（B，L）。大地水准面高的确定通常是根据物理大地测量学的基本原理，以各种现场观测的或卫星测高数据反演的重力异常（或垂线偏差）为输入量，通过积分求解。当然大地水准面具有全球唯一性，但在应用中，总是通过地面观测数据的控制，建构起与国家高程基准相容的区域似大地水准面，作为局域高程基准的模型维持方式，且在海洋区域，这种区域大地水准面和似大地水准面可不作区分。因此，这种区域似大地水准面即是陆海统一的高程参考面（暴景阳，许军，崔杨，2013）。

在国家高程基准体系中，平均海面与大地水准面之间的差异即海面地形，因此，海面地形模型可表示为：

海面地形与海洋定常流系、海水温度、盐度分布的水平差异存在密切关系，因此，也可以通过海洋学方法计算确定，或者通过海洋学方法与大地测量方法联合确定。

在平均海面高模型的支持下，可将深度基准面表示在大地高程系统中，即

深度基准面所表达的相对椭球面起伏模型，称为深度基准面与地球椭球面的垂直偏差模型（分离模型）。

深度基准面作为与潮差密切相关的信息，可以根据全球或区域潮汐模型计算确定，而潮汐模型根据验潮站数据和卫星测高数据分析获得的调和常数，融合（同化）于海洋动力学方程的构建（暴景阳，许军，2013）。

将以平均海面为参考面的水位归算至国家高程基准，水位表示的基准差异为海面地形，即

相应地，海底地形点的垂直分量（属性值）由平均深度变换为高程：

(www.daowen.com)

在此，Hfloor（B，L）和分别表示海底地形点高程和平均深度。

当然，传统水深测量作业模式通常不以平均海面为水位归算和水深表示的基准，尽管这种表示在实践中具有更好的水深可显现性；而是以面向航海图为最终产品的策略，直接以深度基准面为参考面。于是，水深与海底地形点高程的转换关系为：

其中，ζ（B，L）-L（B，L）为高程基准和深度基准之间的转换量。

需要说明的是，因为大地水准面或似大地水准面决定于地球重力场属性，所以不区分陆地与海洋的垂直参考面。而海洋区域采用的常规深度基准决定于海洋动力学效应，仅应用于海洋区域，因此，所谓高程基准与深度基准转换、高程数据与深度数据转换均是深度基准向高程基准和深度数据向高程数据的单向转换。

在现代技术条件下，高精度GNSS三维精密定位信息和水深观测量的综合利用为海底地形点的大地高观测提供了现实可行性，并且正在成为海底地形测量的主流技术。在这类海底地形数据获取和管理模式下，可将海底地形信息转换为任一所需的垂直基准。

海底地形点的大地高转换为国家高程基准中的高程所需实施的变换为：

而将海底地形点的大地高转换为常规的海图水深，可按以下两种方式实施基准变换：

利用多种观测技术构建不同垂直基准间的转换模型，以验潮站形成控制框架，形成现代海洋测绘的垂直基准基础设施，对海底地形信息获取、表示和应用服务将发挥日益重要的作用（International Federation of Surveyors，2006）。与传统海道测量所描述的基准与相关归算问题的不同点主要表现在：综合应用地球形状的不同级别近似面，顾及海洋动态变化机理，以曲面形态扩展至更广阔的海洋范围，整体性表示不同参考面及相互联系。各种参考面与海底表面的关系如图2-16所示。

图2-16　海底地形表面与各种参考面关系示意图

在海洋垂直基准表示和变换中，平均海面发挥着重要作用。从物理意义上来看，它是现实的海洋界面；从测量技术角度来看，它可以高精度测定。而大地水准面、深度基准面以及海面地形确定都将受到其他更多的误差源干扰。