座標系是GIS軟件學習的重點和難點，地理數據的使用和處理也離不開座標系，但是大部分有多年工作經驗的同行對於座標系的理解和使用仍存在很多問題，除座標系本身涵蓋的內容較爲廣泛，不易理解外，但同時大部分人自身也缺乏總結，現對座標系進行較爲全面地總結，對座標系的理解、使用和存在的問題進行詳細地講解。
座標系的相關概念
大家都知道，地球的自然表面是一個複雜而又不規則的曲面，在這樣一個曲面上，我們無法將地面上的各特徵地物的點位信息進行科學計算和轉換，爲解決這一難題，我們需要找到一個規則的模型，並且這一模型可以用數學公式表達出來，利用該模型對地球的形狀進行模擬。
一、大地水準面
我們可以把地球總得形狀看成是一個被海水包圍的形體，也就是設想一個靜止的海水面向大陸內部延伸，最後形成一個閉合的形體，我們將海水在靜止時的表面叫做水準面，水準面有無窮多個，其中一個與平均海水面重合的水準面叫做大地水準面，由大地水準面所包圍的形體叫做大地體。通常認爲大地體可以代表整個地球的形狀，經過長期的研究發現大地體是十分接近於一個兩極稍扁的旋轉橢球體，與大地體形狀接近的旋轉橢球體稱爲地球橢球體，他是一個可以用數學公式表達的規則曲面。
二、橢球定向（協議定向）
確定橢球旋轉軸的指向，不論是局部定位還是地心定位，都應滿足兩個平行條件：
橢球短軸平行於地球自轉軸；大地起始子午面平行於天文起始子午面。大地起始子午面指通過格林尼治天文臺的子午面。
三、橢球定位（座標原點定位）
確定橢球中心的位置，分爲一點定位和多點定位，一點定位即在選定的大地原點處使橢球的法線方向和鉛垂線方向重合，橢球面與大地水準面相切；多點定位是在一點定位的基礎上利用許多大地點，採用最先二乘法約束重新定位，在大地原點上橢球面不再同大地水準面相切，但在說使用的天文大地網範圍內，橢球面與大地水準面有最佳擬合。
四、幾種常見的座標系
（一）地理座標系
地理座標系屬於球面座標系，根據投影面的不同，主要分爲天文地理座標系和大地地理座標系，下面主要介紹大地地理座標系。
大地座標系用大地經度L和大地緯度B表示地面點在地球橢球面上的位置，是以參考橢球面爲基準建立起來的，。地面上一點的空間位置用大地緯度（B）、大地經度（L）、大地高（H）來表示。本初經線定義爲通過格林尼治天文臺的經線，即0度經線，也叫起始子午線，L爲地面點所在經線與本初經線的夾角，B爲地面點所在的法線與赤道面的夾角，大地高H表示地面點沿橢球面法線到橢球面的距離。地形圖上的經緯度一般都用大地座標表示。
（二）空間直角座標系
座標原點位於地心或者參考橢球的中心，Z軸指向參考橢球的北極，X軸指向起始子午面與赤道面的交點，Y軸位於赤道面上與X軸垂直。指向符合右手規則。
（三）高斯平面直角座標系
採用高斯-克呂格投影方式，將球面座標按照一定的規則投影到平面上，我國的基本比例尺採用高斯投影3°分帶和6°分帶，不論是3°分帶還是6°分帶，均以投影后的赤道線爲Y軸，以中央子午線爲X軸，所形成的座標系稱爲高斯平面直角座標系，高斯平面直角座標系的座標軸指向與平面幾何中的座標軸指向恰好相反。
（1）6°分帶
以本初子午線（起始子午線、0°經線）開始，以經差6°進行劃分，全球劃分爲60帶，編號依次爲1-60，我國共跨11帶（13帶到23帶）。
（2）3°分帶
以東經1.5°起算，經差爲3°進行劃分，全球劃分,120個帶，我國共跨22個帶（24帶到45帶）。
（3）帶號和中央經線之間的換算關係
已知帶號求中央經線：
6°分帶：L=6N-3 3°分帶：L=3N
其中L表示中央經線，N表示帶號。
已知經度求帶號：
6°分帶：N=int(L/6) 3°分帶：N=int[(L-1.5)/3]