坐标系Coordinate System/空间参考Spatial Reference
在GIS中，我们遇到的坐标系一般有两种：
1）地理坐标系GCS（Geographic Coordinate System）；
2）投影坐标系PCS（Projected Coordinate System）。
地理坐标系进行地图投影后就变成了投影坐标系。
地理坐标系GCS
一般是指由经度、纬度和高度组成的坐标系，能够标示地球上的任何一个位置。
根据大地测量系统确定，如北京54，西安80，WGS_84（最流行）等。
地理坐标系由三个参数来定义：角度单位（Angular Unit）、本初子午线（Prime Meridian）和基准面（Datum）。
如：使用的 GPS 的坐标参考系统“GCS_WGS_1984”或 "WGS_84"或“EPSG:4326 ”:
GCS_WGS_1984
WKID: 4326 Authority: EPSG
Angular Unit: Degree (0.0174532925199433)
Prime Meridian: Greenwich (0.0)
Datum: D_WGS_1984
Spheroid: WGS_1984
Semimajor Axis: 6378137.0
Semiminor Axis: 6356752.314245179
Inverse Flattening: 298.257223563
使用的角度单位为“度（Degree）”，0.0174532925199433这个数字等于“π/180”，使用的本初子午线为“0.0度经线”，即格林威治皇家天文台（Greenwich）所在位置的经线，Datum基准面则为“D_WGS_1984”————是大地测量系统最重要的参数。
ESPG”是“European Petroleum Survey Group”的缩写，表示其由“欧洲石油调查组织”发布。
“WGS_1984”椭球的“长半轴（Semimajor Axis）”和“短半轴（Semiminor Axis）”分别为6378137.0和6356752.314245179，其“反扁率（Inverse Flattening）”为298.257223563，等于Semimajor Axis/( Semimajor Axis - Semiminor Axis)。
投影projection
地图投影（Map Projection）是按照一定的数学法则将地球椭球面上点的经维度坐标转换到平面上的直角坐标。
地理坐标系是三维的，我们要在地图或者屏幕上显示就需要转化为二维，这被称为投影。
坐标系是数据或地图的属性，而投影是投影坐标系的属性。
只能说“数据或地图的坐标系”和“坐标系的投影”，而不能说“数据或地图的投影”。
圆柱面投影（最简单）
正轴墨卡托投影
分为椭球模型、球形模型。
横轴墨卡托投影/高斯-克吕格投影/UTM
我国出版地图采用
伪墨卡托投影/web墨卡托投影
发明自自Google，实际名字Popular Visualization Pseudo Mercator，PVPM。
它将表示地球的参考椭球体近似的作为正球体处理（正球体半径 R = 椭球体半长轴 a）。
尽管由这个投影产生的web墨卡托投影坐标系由于精度问题一度不被GIS专业人士接受，但在 Web 地图领域被广泛使用。
投影坐标系PCS
由地理坐标系和投影方法决定。
所以有这么多种西安80投影坐标系：
介绍一个投影坐标系
WGS 1984 Web Mercator，由“Web Mercator”投影和“GCS_WGS_1984”地理坐标系组成。
WGS_1984_UTM_Zone_50N，由“Transverse_Mercator”投影和“GCS_WGS_1984”地理坐标系组成。
arcgis中的坐标系
实验一
水经注下载瓦片底图，选择地理坐标以及投影：
导入arcmap，属性查看：
即EPSG:4326 地理坐标系
实验二
选择WGS84 Web墨卡托投影
导入arcmap，属性查看：
显示是WGS_1984_Web_Mercator
WKID: 102113 权限: ESRI，有点差别
实验三
选择WGS84 Web墨卡托投影（EPSG:3857）
导入矢量数据到arcmap，属性查看：
投影坐标系: WGS_1984_Web_Mercator_Auxiliary_Sphere
投影: Mercator_Auxiliary_Sphere
False_Easting: 0.00000000
False_Northing: 0.00000000
Central_Meridian: 0.00000000
Standard_Parallel_1: 0.00000000
Auxiliary_Sphere_Type: 0.00000000
线性单位: Meter
地理坐标系: GCS_WGS_1984
基准面: D_WGS_1984
本初子午线: Greenwich
角度单位: Degree
在 ArcGIS 中web墨卡托投影坐标系叫 WGS 1984 Web Mercator Auxiliary Sphere，Auxiliary Sphere 就是在告知你，这个坐标在投影过程中，将椭球体近似为正球体做投影变换，虽然基准面是D_WGS_1984椭球面。
实验二中基准面尽管写的不同，实际上一样的。
WGS 1984 Web Mercator与 WGS 1984 Web Mercator Auxiliary Sphere还是有区别的
arcgis中的坐标系设置
参考
arcgis中坐标系有：数据的坐标系、数据框的坐标系、切片方案所使用的坐标系（瓦片图）
数据的坐标系
即数据的真实坐标系，是指数据记录本身所对应的坐标系。假如用一个Point Shapefile数据来记录A位置。如果使用经纬坐标（116.679267，40.408265）来记录此位置，那么数据的真实坐标系就是地理坐标系GCS_WGS_1984，如果使用平面坐标（472786.066803，4473121.59882）来记录此位置，那么数据的真实坐标系就是投影坐标系WGS_1984_UTM_Zone_50N。
看矢量数据的坐标系
使用“Calculate Geometry”检查Point Shapefile 数据的“真实坐标系”：
在ArcMap中加载这个Shapefile数据，打开其属性表（Attribute Table），右击任意已有或新建的数值类型为Double（或Float）的Filed进行“Calculate Geometry”运算，如果计算的“X Coordinate of Point”就为116.679267（明显是经度），那么数据的真实坐标系为地理坐标系GCS_WGS_1984；如果X坐标值就为472786.066803（明显是米为单位的数值），那么数据的真实坐标系为投影坐标系WGS_1984_UTM_Zone_50N。
分辨率（Cell Size）是判断栅格数据的坐标系是地理坐标系还是投影坐标系的重要依据。
通常，栅格分辨率数值很小的是地理坐标系，栅格分辨率的数值很大则为投影坐标系。
当然，大尺度的全球栅格数据在地理坐标系下其分辨率数值可以很大，比如1度，而小区域的栅格数据在投影坐标系其分辨率数值也可以很小，比如1米。
看这个也可以：
数值那么大（十万多的数量级），则数据的真实坐标系是用的投影坐标系。
属性坐标系
指数据文件的属性所标称的坐标系。
可以在Shapefile Properties（在“目录”中的shp文件上右键打开） 和Layer Properties（在图层上中右键打开） 中查看数据的“属性坐标系”。
这里要特别强调的是：数据的真实坐标系和属性坐标系可以不同，当二者不同时就出现错误。只要二者不统一，就是错误的。在数据处理过程中，误将属性坐标系改动，造成属性坐标系与真实坐标系不符合，是ArcGIS操作的常见错误。使数据的属性坐标系和真实坐标系吻合，是进行所有数据处理和分析的必要前提。
举例：
如果Point Shapefile数据的真实坐标系为地理坐标系GCS_WGS_1984，而将属性坐标系设置为投影坐标系WGS_1984_UTM_Zone_50N，数据点就会跑到赤道附近的印度尼西亚去。此时，系统会认为此点在投影坐标系WGS_1984_UTM_Zone_50N中坐标值为（116.679267，40.408265），而在投影坐标系WGS_1984_UTM_Zone_50N中正确的坐标值应为（472786.066803，4473121.59882）。
相反，如果Point Shapefile数据的真实坐标系为投影坐标系WGS_1984_UTM_Zone_50N，而属性坐标系为地理坐标系GCS_WGS_1984，图书馆点则会“跑出地球”。因为系统会认为此点的经纬度为（472786.066803，4473121.59882），超过了地球上的点的经纬度范围。
在大多数时候，我们拿到的数据不但有属性坐标系并且还与真实坐标系是吻合的，以“数据坐标系”统称。一般来说，有两个明显的迹象可以判断数据的属性坐标系是不对的。一个是将数据加载到ArcMap里面后报错；另外一个是数据加载到ArcMap里面后尽管没报错，但是位置明显不对。
数据框坐标系
简称为“地图坐标系”，当我们把若干矢量数据或栅格数据加载进ArcMap里面组成数据框data frame的时候，这个数据框的坐标系，即可以是地理坐标系，也可以是投影坐标系。
右击数据框打开“Data Frame Properties”后在“Coordinate System”标签中查看或者修改。
一个数据框可以包括多个数据图层，这些图层的坐标系也可以各不相同。因此，数据框的地图坐标系可以不同于各图层的数据坐标系。可以选择数据框中的某一图层的数据坐标系作为地图坐标系，也可以选择其他任意坐标系，只要这个坐标系的覆盖范围能覆盖所有图层数据的范围。当在ArcMap中加载多个数据图层时，系统会自动将第一个加载进来的有坐标系的数据的坐标系作为Layers的地图坐标系。为了使所有具有不同坐标系的数据图层都在同一地图坐标系下进行显示等操作，当某个图层的数据坐标系与数据框的地图坐标系不同时，系统会自动用一定的算法将数据坐标系（的坐标值）临时转换为地图坐标系（的坐标值）。这种临时的坐标系转换，并不改变每个数据本身的坐标系。
当数据在与其坐标系不同的地图中显示时，会出现“变形”。这种变形是由“临时的坐标系转换”引起的。如果不希望某个图层出现变形，那么就使用该图层的数据坐标系作为数据框的地图坐标系。
地图坐标系的重要性还体现在：在地图中编辑要素时，如果需要输入坐标值，那么此坐标值是相对于地图坐标系的。例如，在坐标系为“Asia_Lambert_Conformal_Conic”的地图中编辑坐标系为“GCS_WGS_1984”的Point Shapefile，增加点所需输入的坐标值就不能再是该点的经纬度，而是该经纬度在坐标系“Asia_Lambert_Conformal_Conic”中对应的坐标值。
有时候发现地图坐标系是投影坐标系，但窗口右下角显示的坐标单位是度而不是米。类似的，地图坐标系是地理坐标系，但窗口右下角显示的坐标单位是米而不是度。地图显示单位可以在数据框的Properties中的“General”标签中进行设置。地图单位由地图坐标系决定，地图显示单位可以与地图单位相同，也可以与地图单位不同。
补充
火星坐标系GCJ-02也叫国家测绘局坐标系，国家规定国内出版的各种地图系统（包括电子形式），必须至少采用GCJ-02对地理位置进行首次加密。
国行移动设备中定位获取的坐标数据使用的是GCJ-02坐标系