测绘工作的实质是确定地面点的空间位置，而空间点的位置是用它的坐标和高程来表示的。目前，测绘上常用的坐标系有地理坐标系和平面直角坐标系。
1.地理坐标系
按坐标系所依据的基本线和基本面的不同以及求取坐标方法的不同，地理坐标系又分为天文地理坐标系和大地地理坐标系两种。
（1）天文地理坐标系。天文地理坐标又称天文坐标，表示地面点在大地水准面上的位置，其基准是铅垂线和大地水准面，用天文经度λ和天文纬度φ两个参数来表示地面点在球面上的位置。
天文坐标系如图4.3所示，过地面上任一点P的铅垂线与地球旋转轴NS所组成的平面称为该点的天文子午面，天文子午面与大地水准面的交线称为天文子午线，也称经线。过英国格林尼治天文台G的天文子午面为首子午面。
图4.3 天文坐标系
P点天文经度λ定义为：过P点天文子午面与首子午面的两面角，从首子午面向东或向西计算，取值范围是0°～180°，在首子午线以东为东经，以西为西经；P点天文纬度φ定义为：P点铅垂线与赤道面的夹角，自赤道起向南或向北计算，取值范围为0°～90°，在赤道以北为北纬，以南为南纬。
（2）大地地理坐标系。大地地理坐标又称大地坐标，表示地面点在参考椭球面上的位置，基准是参考椭球面和法线，用大地经度L和大地纬度B表示。P点大地经度L定义为：过P点的大地子午面和首子午面所夹的两面角；P点大地纬度B定义为：过P点的法线与赤道面的夹角。大地经纬度是根据起始大地点的大地坐标，按大地测量所得数据推算而得。起始大地点又称大地原点，该点的大地经纬度与天文经纬度一致。我国以陕西省泾阳县永乐镇北洪流村大地原点建立的大地坐标系，即“1980年西安坐标系”，其地理坐标为东经108°55′，北纬34°32′。
2.平面直角坐标系
（1）高斯平面直角坐标系。球面坐标对局部测量工作很不方便，局部测量计算最好在平面上进行，但地球是一个不可展的曲面，须通过投影方法将地球表面上的点位化算到平面上。投影的方法有多种，我国采用的是高斯—克吕格正形投影，简称高斯投影。
高斯投影是德国科学家高斯在1820～1830年间提出的一种投影方法，从1912年起，德国学者克吕格将高斯投影公式加以整理和扩充并推导出了实用计算公式。
高斯投影与高斯平面直角坐标系如图4.4所示，高斯投影是将地球按经线划分成带，称投影带。投影时，设想用一个空心椭圆柱横套在参考椭球外面，使椭圆柱与某一中央子午线相切，将椭球面上的图形按保角投影的原理投影到圆柱体面上，将圆柱体沿过南北极的母线切开，展开成平面，并在该平面上定义平面直角坐标系。
图4.4 高斯投影与高斯平面直角坐标系
高斯投影是保角投影，球面上的角度投影到横椭圆柱面上后保持不变，而距离将变长，只有中央子午线和赤道投影后距离不变，并相互垂直，以此建立的直角坐标系称为高斯平面直角坐标系。
高斯平面直角坐标系与数学的笛卡儿坐标系比较，x轴与y轴互换了位置，其象限按顺时针方向编号，这样做是为了将数学上定义的各类三角函数在高斯平面直角坐标系中直接应用，不需作任何改变。(www.xing528.com)
我国位于北半球，x坐标值恒为正，y坐标值则有正有负，最大的y坐标负值约为－334km。为保证y坐标恒为正，统一规定将每带的坐标原点向西移500km，即给每个点的y坐标值加500km。为确定投影带的位置，还在y坐标前冠以带号。
高斯投影距离变形的规律是，离中央子午线越远，距离变形越大，减小距离变形的方法是缩小投影带的带宽。带宽用投影带两边缘子午线的经度差表示，常用带宽为6°、3°和1.5°，分别简称为6°带、3°带和1.5°带投影。国际上对6°带和3°带投影的中央子午线有统一规定，满足这一规定的投影称为统一6°带投影和统一3°带投影。统一6°带投影与3°带投影的关系如图4.5所示。
图4.5 统一6°带投影与3°带投影的关系图
1）统一6°带高斯投影。投影带从首子午线起，每隔经度6°划分为一带（称统一6°带），自西向东将整个地球划分为60个带，带号N从首子午线开始，用阿拉伯数字表示。位于各带中央的子午线称本带中央子午线。第一个6°带中央子午线的经度为3°，带号N与中央子午线经度L0的关系为：
反之，若已知地面任一点的经度L，则计算该点所在的统一6°带带号的公式为：
式中：Int为取整函数。
2）统一3°带高斯投影。统一3°带投影的中央子午线经度L′0与带号n的关系为：
反之，若已知地面任一点的经度L，则计算该点所在的统一3°带带号的公式为：
我国大陆所处的经度范围是东经73°27′～东经135°09′，统一6°带投影与统一3°带投影的带号范围分别为13～23和25～45，两种投影带的带号不重复，根据y坐标前的带号可以判断属于何种投影带。
（2）独立平面直角坐标系。当测区范围小，可选择任意原点和坐标轴建立平面直角坐标系。独立测量平面直角坐标系称为独立平面直角坐标系，如图4.6所示。
图4.6 独立测量平面直角坐标系
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