如何确定地球上的一点的精确位置？这是地理坐标系统要回答的问题。由于地球是一个球体，把地球上的一点转换到二维的平面地图上，依赖用户选择的投影坐标系统。因此，将地球上的一点转换到平面地图上有两个阶段，即确定某点在地球上的唯一标识坐标和将唯一标识坐标进行投影平面化。这就必须对在 ArcGIS 中经常使用的两种坐标系统——地理坐标系统和投影坐标系统——进行认识。
地理坐标系统（Geographic coordinate system），也可称为真实世界的坐标系，是确定地物在地球上位置的坐标系。它是以经纬度为地图的存储单位的，而经纬度是角度。要确定地球上一点的坐标必须对地球进行数字模拟，要求抽象出一个与地球相似的椭球体，并且这个椭球体拥有一下特点：可以进行量化计算的，具有长半轴、短半轴、偏心率。由于推求椭球体的年代、使用的方法以及测定的地区不同，其结果往往并不一致，因此地球椭球体的参数值有很多种，如海福特（Hayford）、克拉索夫斯基（Krasovsky）、I．U．G．G 等。中国在 1952 年以前采用海福特（Hayford）椭球体，从 1953-1980 年采用克拉索夫斯基椭球体。随着人造地球卫星的发射，有了更精密的测算地球形体的条件。1975 年第 16 届国际大地测量及地球物理联合会上通过国际大地测量协会第一号决议中公布的地球椭球体，称为 GRS（1975），中国自 1980 年开始采用 GRS（1975）新参考椭球体系。由于地球椭球长半径与短半径的差值很小，所以当制作小比例尺地图时，往往把它当作球体看待，这个球体的半径为 6371 公里。以下几行便是 GRS_1980 椭球及其相应参数：
Spheroid: GRS_1980
Semimajor Axis: 6378137.000000000000000000
Semiminor Axis: 6356752.314140356100000000
Inverse Flattening: 298.257222101000020000
然而有了这个椭球体以后还不够，地理坐标系统还需要一个大地基准面将这个椭球定位，这个基准面将定位地球上点的参照系统，定义经纬线的起点合方向。基准面的建立需要选择一个椭球，然后在地球上选择一个点作为“原点”，椭球上所有其它的点都相对于这个原点进行位置定义：
大地基准面除了全球基准面 WGS84，WGS72 外，不同的地方还可以使用自己的本地基准面，如中国常常使用的北京 1954，西安 80，欧洲基准面 ED50 等，这些基准面之间是可以互相转化的。在坐标系统描述中，常常可以看到这么一行：
Datum: D_Beijing_1954
这表示大地基准面是 D_Beijing_1954，即北京 1954 基准面。有了 Spheroid（椭球体）和 Datum（基准面）两个基本条件，地理坐标系统便可以使用。
下面是一个地理坐标系的完整参数：
Alias:
Abbreviation:
Remarks:
Angular Unit: Degree (0.017453292519943299)
Prime Meridian: Greenwich (0.000000000000000000)
Datum: D_Beijing_1954
Spheroid: Krasovsky_1940
Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000
Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000
Inverse Flattening: 298.300000000000010000
地理坐标系统是最常用的坐标系对象，它所以经纬度来描述地面位置。经度通常用字母λ表示。国际规定通过英国格林尼治天文台的子午线为本初子午线，作为计算经度的起点，该线的经度为 0 度，向东 0-180 度叫东经，向西 0-180 度叫西经。纬度通常以字母φ表示。纬度从赤道起算，在赤道上纬度为 0 度，纬线离赤道愈
远，纬度愈大，至极点纬度为 90 度。赤道以北叫北纬、以南叫南纬。地面上任一点的位置，通常用经度和纬度来决定。经线和纬线是地球表面上两组正交（相交为 90 度）的曲线，这两组正交的曲线构成的坐标，称为地理坐标系。地表面某两点经度值之差称为经差，某两点纬度值之差称为纬差。例如北京在地球上的位置可
由北纬 39°56'和东经 116°24'来确定。 经纬度在度量上是不均匀的，比如经度在赤道上 1 度是 111km，而在北纬 60 度是55.8km，在南北极点处则是 0km。
投影坐标系统（Projection coordinate system）是将三维地理坐标系统上的经纬网投影到二维平面地图上使用的坐标系统，这是非常必要的。因此地理信息系统必然要考虑到地图投影，地图投影的使用保证了空间信息在地域上的联系和完整性，在各类地理信息系统的建立过程中，选择适当的地图投影系统是首先要考虑的问题。由于地球椭球体表面是曲面，而地图通常是要绘制在平面图纸上，因此制图时首先要把曲面展为平面，但是球面是个不可展的曲面，即把它直接展为平面时，不可能不发生破裂或褶皱。为了防止这种情况的发生，地图学家采用了各种特殊的方式来展开这个球面，这些方法都是在保证某一特性不变的情况下牺牲其它的属性，如等角投影、等积投影和正形投影等。
在大比例地图的选用中，中国一般使用高斯-克吕格，在欧美这种投影方法称为投影横轴墨卡托投影。下面是一个高斯-克吕格投影坐标系统中的一些参数：Projection: Gauss_Kruger
Parameters:
False_Easting: 500000.000000
False_Northing: 0.000000
Central_Meridian: 117.000000
Scale_Factor: 1.000000
Latitude_Of_Origin: 0.000000
Linear Unit: Meter (1.000000)
Geographic Coordinate System:
Name: GCS_Beijing_1954
Alias:
Abbreviation:
Remarks:
Angular Unit: Degree (0.017453292519943299)
Prime Meridian: Greenwich (0.000000000000000000)
Datum: D_Beijing_1954
Spheroid: Krasovsky_1940
Semimajor Axis: 6378245.000000000000000000
Semiminor Axis: 6356863.018773047300000000
Inverse Flattening: 298.300000000000010000
从参数中可以看出，每一个投影坐标系统都必定会有地理坐标系统。投影坐标系统，实质上就是平面坐标系统，其地图单位通常为米。投影坐标系使用 x,y 坐标来描述地面上的位置，它用地球椭圆球体 spheroid 来模拟地球，它使用 projection 表示投影计算方法，使用 unit 表示单位，用 geocoordsys 表示投影坐标系来源。也就是说，要得到投影坐标就必须得有一个用于投影的球面坐标，然后才能使用投影算法去进行投影，即每一个投影坐标系统都必须要求有地理坐标系统参数。