高程系统是指相对于不同性质的起算面（大地水准面、似大地水准面、椭球面等）所定义的高程体系。

正高系统以大地水准面为高程基准面，地面上任一点的正高系指该点沿垂线方向至大地水准面的距离。如图《大地水准面》所示，设地面点B的正高为HB，则

式中，CB为从C到B的积分区间。

正高是不以水准路线而异的，因此正高是一种唯一确定的数值，可以用来表示地面点高程，但由于决定正高大小的、任一点垂线方向上相应于dH处的重力gBm随着深入地下深度不同而不同，并与地球内部质量有关，而内部质量分布及密度是难以知道的，所以gBm不能精确测定，正高也不能精确求得。

1945年前苏联的M.C.莫洛坚斯基提出了“正常高”的概念，即将正高系统中不能精确测定的 改用平均正常重力值 来代替,用公式表达为

由地面点沿正常重力线向下截取各点的正常高，所得到的点构成的曲面，称为似大地水准面，它是正常高的基准面。似大地水准面很接近于大地水准面，在海洋上两者是重合的，在平原地区两者相差不过几厘米，在高山地区两者最多相差2米。

似大地水准面不是等位面，没有明确的物理意义。它是由各地面点按公式计算的正常高来定义的，这是正常高系统的缺陷，其优点是可以精确计算，不必引入人为的假定。因此，中国《大地测量法式》规定采用正常高系统作为我国高程的统一系统。

地面点在三维大地坐标系中的几何位置，是以大地经度、大地纬度和大地高程表示的。大地高程以椭球面为基准面，是由地面点沿其法线到椭球面的距离。大地高程可直接由卫星大地测量方法测定，也可由几何和物理大地测量相结合来测定。采用前一种方法时，直接由卫星定位技术测定地面点在地心坐标系中的大地高程；采用后一种方法时，大地高程分为两段来测定，其中由地面点至大地水准面或似大地水准面的一段由水准测量结果加上重力改正而得，由大地水准面或似大地水准面至椭球面的一段由物理大地测量方法求得。

当以大地水准面为过渡面时，则 ，式中N为大地水准面至椭球面的差距，即大地水准面起伏；如以似大地水准面为过渡面，则 ，式中ζ为似大地水准面至椭球面的距离，即高程异常。由于正高是由地面点沿垂线至大地水准面的距离, 而正常高是由地面点沿正常重力线至似大地水准面的距离，所以由上述两种方法计算得出的大地高程有差异，约为微米级。

由于同一水准面上的各点在正高或正常高系统中的高程值不同，因而对于大规模的水利工程来说，使用很不方便。为了使同一水准面上各点有相同的高程值，可以采用力高系统。地面点的力高定义为通过该点的水准面上纬度嗘0处的正高，即一个水准面上各点的力高都等于该面上纬度τ0处的正高。力高一般不作为国家的高程系统，只用于解决局部地区有关水利建设的问题。

地面点的高低也可以用地球位数表示。它定义为大地水准面的位与通过地面点的水准面的位之差。地球位数也是以大地水准面为基准面，但它不以米制表示高程，而是以位差表示。同一水准面上所有各点的地球位数相同。地球位数之差，可由每一水准测量线段观测的高差乘以该线段适当的平均重力观测值而得。若重力值以千伽为单位，观测高差以米为单位，则以地球位数表示的两地面点间的位差比以米表示的高差约小2%。用地球位数表示的水准测量结果，换算为正高、正常高或力高系统时都比较方便，这是地球位数的优点。因此，有些国家同时采用地球位数、正高和力高系统计算一、二等水准网，如欧洲统一水准测量系统甚至采用位于阿姆斯特丹的一个水准点的地球位数作为高程起算基准。

以上4种高程系统和地球位数都需要知道水准点上的重力值，因此，沿精密水准测量路线要以适当方式实施重力测量，供处理水准测量数据之用。

我国历史上形成了多个高程系统，不同部门不同时期往往都有所区别。

（1）黄海高程系

黄海高程系以青岛验潮站1950至1956年验潮资料算得的平均海面为高程系统零点。原点设在青岛市观象山。该原点以“1956年黄海高程系”计算的高程为72.289米。

（2）1985国家高程基准

由于计算这个基面所依据的青岛验潮站的资料系列（1950年至1956年）较短等原因，中国测绘主管部门决定重新计算黄海平均海面，以青岛验潮站1952年至1979年的潮汐观测资料为计算依据，并用精密水准测量监测位于青岛的中华人民共和国水准原点，得出1985年国家高程基准高程和1956年黄海高程的关系：1985年国家高程基准高程=1956年黄海高程-0.029m。

（3）广州高程

广州高程 = 1985国家高程系 + 4.26（米）

广州高程 = 黄海高程系 + 4.41（米）

（4）大连零点

日军入侵中国东北期间在大连港码头仓库区内设立验潮站，并以多年验潮资料求得的平均海面为零起算，称为“大连零点”。该高程系的基点设在辽宁省大连市的大连港原一号码头东转角处，高程为3.765米。其原点设在吉林省长春市的人民广场内，现已被毁坏。该系统于1959年以前在中国东北地区广泛使用。1959年中国东北地区精密水准网在山海关与中国东南部水准网连接平差后，改用1956年黄海高程系统。大连基点高程在1956年黄海高程系的高程为3.790米。

（5）废黄河零点

江淮水利测量局以民国元年11月11日下午5时废黄河口的潮水位作为起算高程，称“废黄河口零点”。后该局又用多年潮位观测的平均潮水位确定新零点，其大多数高程测量均以新零点起算。“废黄河口零点”高程系的原点，已湮没无存，原点处新旧零点的高差和换用时间尚无资料查考。

（6）坎门零点 　民国期间，军令部陆地测量局根据浙江玉环县坎门验潮站多年验潮资料，以该站高潮位的平均值为零起算，称“坎门零点”。在坎门验潮站设有基点252号，其高程为6.959米。该高程系曾接测到浙江杭州市、苏南、皖北等地，在军事测绘方面应用较广。