1. 从大地水准面说起
大地水准面：地球是一个两极稍扁，赤道略鼓的不规则球体，其自然表面是崎岖不平的，上面有高山、丘陵、悬崖、盆地等地貌的存在，使得地球表面存在无数的凸起和凹陷，因此进行地理测绘时需要用到大地水准面，即一个连续、闭合的地球表面。其定义是：假设当海水处于完全静止的平衡状态时，从海平面延伸到所有大陆下部，而与地球重力方向处处正交的一个连续、闭合的曲面。其本质是重力等位面（处处与重力方向垂直的曲面）。它是高程测量中正高系统的起算面。这是对地球表面的第一层抽象。
参考椭球体：由于地球内部质量分布不匀，大地水准面也是一个不规则的曲面，无法用数学表达式的方式就行建模。故在大地水准面的基础上，用一个扁率极小的椭圆绕短轴旋转所形成的规则椭球体对其进行二次逼近，这个椭球体称为参考椭球体。其表面是一个规则数学表面，可用数学公式表达，所以在测量和制图中用它替代地球的自然表面。这是对地球表面的第二层抽象。1980年中国国家大地坐标系采用国际大地测量学与地球物理学联合会第十六届大会推荐的1975年椭球参考值：长半径a=6378140，扁率α=1:298257。
大地水准面与参考椭球体
大地基准面：用于尽可能与大地水准面密合的一个椭球曲面，是人为确定的。椭球面和地球肯定不是完全贴合的，因而，即使用同一个椭球面，不同的地区由于关心的位置不同，需要最大限度的贴合自己的那一部分，因而大地基准面就会不同。大地基准面是在椭球体的基础上建立的，同一个参考椭球体由于具体的贴合规则不同，可以建立多个大地基准面。
参考椭球体与大地基准面
2. 地理坐标系（GCS）
地理坐标系为球面坐标系，参考平面是椭球面，单位是经纬度。
地理坐标系又称大地坐标系，使用三维球面来定义地球上的位置。地理坐标系统中用经纬度来确定球面上的点位，经度和纬度是从大地基准面椭球体的中心到地球表面上某点的测量角。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。地理坐标系中经度和纬度值以十进制度为单位或以度、分和秒为单位。
根据原点位置的不同，地理坐标系可以分成地心坐标系和参心坐标系两种：
地心坐标系：使用地球的质心作为原点，是从拟合全球曲面的角度出发建立的坐标系，是全球性的地理坐标系。常见的有 WGS1984坐标系（参考椭球体为WGS1984椭球体）、CGCS2000坐标系（参考椭球体为CGCS 2000椭球体）。目前GPS测量数据多以WGS1984为基准。CGCS2000坐标系是我国最新建立的全国统一的大地坐标系统。
参心坐标系：特定区域内与地球表面贴合程度更好，大地原点是参考椭球与大地水准面相切的点，是从拟合局部地区曲面的角度出发建立的坐标系，是区域性的地理坐标系。在我们国家，曾经使用过的参心坐标系有：北京54坐标系（参考椭球体为克拉索夫斯基椭球体）、西安80坐标系（参考椭球体为IAG75地球椭球体）。
不同的地理坐标系之间，可以使用七参数转换法进行坐标转换。
3. 投影坐标系（PCS）
投影坐标系是平面坐标系，参考平面是水平面，单位是米、千米等。
由于地理坐标是球面坐标，为了方便进行距离、方位、面积等参数的量算和各种空间分析，基于特定的大地基准面，将地球球面坐标通过一定的投影算法转化为平面坐标，这一过程便是地理投影。由于地球椭球表面是一种不可展开的曲面，故投影过程中不可避免地会产生变形。
投影过程按变形性质分类，可分为等角投影（角度变形为零（Mercator））、等积投影（面积变形为零（Albers））和任意投影；按投影面类型划分，可分为圆柱投影、圆锥投影和方位投影；按投影面与地球位置关系划分，可分为正轴投影、斜轴投影、横轴投影、相切投影、相割投影。
不同投影方式示意图
经过投影后的平面坐标系就是投影坐标系，其单位一般为米、千米等长度单位。投影坐标系由地理坐标系和投影方法确定。常见的投影坐标系有：
高斯-克吕格（Gauss-Kruger）投影：是一种横轴等角切圆柱投影，也被称为横轴墨卡托投影。其特点为：离开中央子午线越远，变形越大；赤道是直线，离开赤道的纬线是弧线，凸向赤道；没有角度变形；长度和面积变形很小。使用分带方法控制变形，有6°分带和3°分带两种方法。
高斯-克吕格投影分带
阿尔伯斯（Albers）投影：是一种正轴等积割圆锥投影。有两条标准纬线，投影区域面积保持与实地相等。
兰伯特（Lambert）投影：是一种正轴等角割圆锥投影。有两条标准纬线，类似阿尔伯斯投影，但其描绘形状比描绘面积更准确。
正轴割圆锥投影
墨卡托（Mercator）投影：是一种正轴等角圆柱投影。角度不会发生变形，广泛应用于航海、航空。
概念关系
参考资料：
https://www.cnblogs.com/lishanyang/p/6008256.html
https://blog.csdn.net/kehongyong/article/details/16916825
https://blog.csdn.net/baidu_26646129/article/details/102912662
https://blog.csdn.net/qq_34149805/article/details/65634252
https://www.bilibili.com/read/cv4305716/
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