原理

 をその中心が地心と一致した楕円体に準拠したジオイドとする。

は正しいスケールを持った地心準拠枠での直交座標から計算した楕円体高である。

は地表の点より地中の曲がった鉛直線にそうて測った に対応した正標高である。

　すると

が成り立つ。 GPS により が、重力異常より計算して が分かれば、 が計算できる。こうして求めた の精度は 、 の精度に依存する。

　特別の水準原点に準拠したある点の正標高を とする。水準原点の高さは、局所的な平均海水面である基準面に立脚して決められたもので、 には、基準面がジオイドと一致していないことによる誤差 がある。正しい正標高を とすると

である。それで、

で が求められる。以下では、 を楕円体高ジオイド、 を重力ジオイドと言うことにする。この は数多くの水準点でのデータを使って最小二乗法により推定されるべきである。 またいろいろな国の水準原点の を推定すれば、世界的な高さ原点の統一が出来る。