地理坐標系統
地理坐標系統是地球表面空間要素的定位參照系統。地理坐標系統是由經度和維度定義的。經線和緯線的角度可以用度-分-秒（DMS）、十進制度數（DD）或者弧度（rad）的形式表示。
參考橢球體
與地球形狀比較接近的是一個以橢圓短軸旋轉而成的扁球，也叫橢球體。基於橢球體的地理坐標被稱為大地坐標，它是所有地圖制圖系統的基礎。
大地基准
大地基准是地球的一個數學模型，水平基准作為計算地理坐標、垂直基准作為計算海拔高程的參照或基礎。大地水平基准的定義包括大地原點的經緯度、用於計算的橢球參數、橢球體與地球在原點的分離。因此，大地基准和橢球體是密切相關的。基准轉換需要對從一個地理坐標系統到另一個地理坐標系統的經緯度值進行再計算。
- 20世紀80年代末以前，美國地圖繪制標准橢球體為“克拉克橢球1866”，1927年北美基准面（NAD27）建立在克拉克橢球1866的基礎上，其原點位於堪薩斯州。
- 1986年美國國家大地測量局（NGS）引入以GRS80為基礎的NAD83基准面。NAF27向NAD83的轉換，表示從位置向地心基准的轉換。大地基准轉換可能導致點位置的漂移，基於相同坐標系但不同基准的數字化圖層不能正確配准。
- WGS84（全球大地測量系統1984）是由國家地理空間情報局（NGA）制定的基准。WGS84定義的地球形狀和大小與GRS80一致，WGS的第二參數涉及用於不同國家的本地基准。
地圖投影
地圖投影將球形的球體地理坐標轉換到平面的地球表面轉換。
- 在平面上測量距離的公式：D=sqrt((x1-x2)2+(y1-y2)2)；
- 在球面上求兩點最短距離：cos(d)=sin(a)sin(b)+cos(a)cos(b)cos(c)，d是以度表示的A點和B點之間的角距離，a、b分別是A、B點的緯度，c是A、B點的經度差。
地圖投影類型
- 正形投影：任何一點的任何兩個方向線夾角與實地相應的角相等；
- 等積投影：以正確的相對大小顯示面積；
- 等距投影：沿特定方向的比例尺保持不變；
- 等方位投影：在投影平面上由投影中心向各方向的方位角與實地相等。
地圖投影參數
- 標准線指的是投影面與參考橢球的切線或割線。有一條或兩條，稱標准緯線或標准經線。標准線在投影過程中沒有形變，遠離標准線導致投影變形。
- 主比例尺或參照球體比例尺是指球體半徑和地球半徑的比值。主比例尺僅適用於地圖投影的標准線。
- 比例系數是標准局部比例尺，即局部比例尺與主比例尺的比值。
- 中心線（中央經線和中央緯線）定義了地圖投影的中心或原點。
- 橫坐標東移是賦予x坐標值。
- 縱坐標北移是賦予y坐標值。
常用地圖投影
橫軸墨卡托投影：切圓柱投影，又名高斯-克呂格投影。墨卡托投影用的是標准緯線，橫軸墨卡托投影用的是標准經線。兩種都是正形投影。
蘭伯特正形圓錐投影：適用於東西伸展大於南北伸展的中緯度地區。
阿伯斯等積圓錐投影：要求的參數與前者相同，不同之處在於使等積投影。
等距圓錐投影：又名簡單圓錐投影。該投影保留了所有經線和一條或兩條標准線上的距離性質。
網絡墨卡托：基於球體的墨卡托投影。Google地圖和微軟虛擬地球應用此投影簡化計算。
投影坐標系統
投影坐標系統是基於地圖投影建立的。投影坐標系統和地圖投影可以交替使用。
通用橫軸墨卡托格網系統（UTM格網系統）：將84N到80S的地球表面分成60個帶，每個帶覆蓋6個精度，從180W開始編為第一帶，依序編號。每個帶又分成南北兩個半球。每個UTM分帶名稱都帶有一個號碼和一個字母。每個分帶都用UTM投影制圖，中央經線比例系數0.9996，原點緯線是赤道。
- 例如UTM 10N代表北半球126W和120W之間的區域。
- 基於大地基准NAD83的完整表述是NAD 1983 UTM 10N分帶。
通用極射坐標格網系統（UPS格網系統）：覆蓋了極地地區，以極點為中心，將極地地區分成一系列100000m2的地區。
國家平面坐標系統（SPC系統）：每個SPC帶都有一個地圖投影，南北向適用UTM，東西向適用蘭伯特正形圓錐投影。SPC帶中點以該帶西南端的偽原點度量。
公用土地調查系統（PLSS）：是一個土地分區系統，采用鎮區和山脈相交線。
坐標系統應用
投影文件：是一個文本文件，儲存了數據集所基於的坐標系統的信息。
- 可用於該數據集的投影或重新投影；
- 可輸出到基於相同坐標系統的其他數據集。
預定義坐標系統：參數已知或已被軟件編碼，無需定義參數。如：NAD27，UTM等。
即時（on-the-fly）投影：根據不同坐標系統顯示其數據集，軟件使用現有投影文件自動將數據集轉換成通用坐標系統（顯示的第一個數據集的默認坐標系統）。
- 即時投影不會改變數據集本身的坐標系統。