从公式中可以看出，计算平面直角坐标需要明确两个方面：地理坐标和投影函数F。地理坐标由大地测量坐标系决定，对于同一地理位置，在不同的地理坐标系中它的经纬度坐标也是不同的，而函数关系由地图投影方式决定，一般是选择最贴合某一区域、扭曲变形最小的地图投影。
图2-1 三维地球表面投影到二维地图
1、地理坐标系的定义
地理坐标系 (Geographic coordinate system, GCS) 使用三维球面来定义地球上的位置。地理坐标系常常被误称为基准面，而基准面仅是地理坐标系的一部分。地理坐标系包括角度测量单位、本初子午线和基准面（基于旋转椭球体）。
（1）角度测量单位
角度测量单位通常使用度或者百分度，如图2-2左图所示，每一个点的坐标值由其经度和纬度值确定。图2-2右图将地球显示为具有经度和纬度值的地球，红色的水平线（或东西线）是等纬度线或纬线，蓝色的垂直线（或南北线）是等经度线或经线。这些线包络着地球，构成了一个称为经纬网的格网化网络。
图2-2 地理坐标系与经纬网
（2）本初子午线
本初子午线又称为零经度线，对于绝大多数地理坐标系，本初子午线是指通过英国格林尼治的经线，如图2-3所示。其他国家/地区使用通过伯尔尼、波哥大和巴黎的经线作为本初子午线。位于两极点中间的纬线称为赤道。经纬网的原点 (0,0) 定义在赤道和本初子午线的交点处。这样，地球就被分为了四个地理象限，它们均基于与原点所成的罗盘方位角。赤道的下方和上方分别为南半球和北半球，而本初子午线的左侧和右侧分别为西半球和东半球。
通常，经度和纬度值以十进制度为单位或以度、分和秒 (DMS) 为单位进行测量。纬度值相对于赤道进行测量，其范围是 -90°（南极点）到 90°（北极点）。经度值相对于本初子午线进行测量。其范围是 -180°（向西行进时）到 180°（向东行进时）。如果本初子午线是格林尼治子午线，则对于位于赤道北部和格林尼治东部的中国，其经度和纬度都为正值。
图2-3 格林尼治本初子午线
（3）大地水准面、参考椭球体、大地基准面的三级逼近
到目前为止，我们认为地球是一个完美的球体，但事实并非如此。地球不仅在两极处变得扁平，而且其表面也是不规则的，因此我们采用大地水准面（Geoid）来描述地球真实轮廓，它是一个假想的由地球自由静止的海水平面扩展延伸而形成的闭合曲面，也是海拔高程系统的起算面。
大地水准面是真实地球表面的第一级逼近，这种方法的优点是非常接近自然地球的形状和大小，并且位置比较稳定。然而同样，大地水准面很难通过数学公式进行表达，为了计算与研究的方便，我们采用一个规则的参考椭球体来实现对大地水准面的数学逼近，如图2-4所示。
