所有空间数据必须纳入到相同空间参考基准下才可以进行空间分析，因此坐标系和投影变换十分重要，这也是地理信息系统的基础。坐标系是数据或地图的属性，而投影是坐标系的属性。
一、地球形状（三级逼近）
地球表面→ 大地水准面(大地体)→ 地球椭球体(旋转椭球体)→ 参考椭球体
① 大地水准面（大地体）
假设海水处于完全静止的平衡状态，从海平面向所有大陆下部延伸，而与地球重力方向处处正交的一个平滑、连续、封闭的曲面。大地水准面包围的形体是一个水准椭球，成为大地体。大地水准面是海拔高程的起算面，某地到大地水准面的垂直高度，称为绝对高程，简称高程。大地水准面只是近似于椭球体，但无法用数学公式进行表达。

② 地球椭球体（旋转椭球体）
大地体绕短轴旋转，形成的一个表面光滑的球体，其表面是一个规则的数学曲面。
③ 参考椭球体
参考椭球体是与局部地区的大地水准面符合的最好的一个地球椭球体。当需要最大限度地贴合自己关心的区域表面时，就需要一个椭球曲面来描述这个最大贴合表面，这个表面就是大地基准面，大地基准面所在的椭球体就是参考椭球体。
常见椭球体：北京54、西安80、WGS84、CGCS2000

二、坐标系统
坐标系统包括地理坐标系和投影坐标系。地理坐标系是球面坐标，参考平面是椭球面，坐标单位是经纬度；投影坐标系是平面坐标系，参考平面是水平面，坐标单位是米、千米等；

三、投影
地理坐标系转换到投影坐标系的过程为投影，即将不规则的地球曲面转换为平面。投影坐标系 = 地理坐标系 + 投影。我国基本比例尺地形图除了1：100万采用兰伯特投影外，其它均采用高斯克吕格投影；1：2.5万至1：50万比例尺地形图采用经差6°分带，1：1万比例尺地形图采用经差3°分带。

①高斯克吕格投影
高斯投影为等角横轴切椭圆柱投影，高斯投影的中央经线和赤道为互相垂直的直线，其它经线均为凹向，对称于中央经线，其它纬线均凸向赤道，对称于赤道，经纬线呈直角相交。在同一条经线上，长度变形随纬度的降低而增大，在赤道处为最大，中央经线无变形；在同一条纬线上，长度变形随经差的增大而增大。高斯投影包括6°分带和3°分带，6°分带从零度子午线开始，自西向东每隔6°为一个投影带；3°分带从东经1.5°开始，自西向东每隔3°为一个投影带。

例如：CGCS2000—3—Degree—GK—CM—111E

② UTM投影
UTM投影是一种等角横轴割圆柱投影，又叫做通用横轴墨卡托投影。它采用在地球表面按经度每6°分带，其带号是自西经180°自西向东每隔6°为一带。
例如：WGS1984—UTM—zone—49N，表示为第49带，北半球是字母为”N“的带，带数 = （经度整数位 / 6）的整数部分 + 31；

四、ArcGIS中关于投影变换的工具
在ArcGIS数据管理工具的投影和变换工具中有很多关于投影的工具，易于混淆。

① 栅格→ 投影栅格，用于栅格数据的投影；
② 要素→ 批量投影，用于对矢量数据批量投影；
③ 要素→ 投影，用于对矢量数据进行投影；
④ 投影和变换→ 定义投影，定义投影是定义坐标系统的意思，而不是单指定义投影坐标系统；