1、现实世界和坐标空间的联系
任何空间特征都表示为地球表面的一个特定位置，而位置依赖于既定的坐标系来表示。
通过统一的坐标系和高程系，可以使不同源的GIS数据叠加在一起显示，以及执行空间分析。
2、地球空间模型描述
为了深入研究地理空间，需要建立地球表面的几何模型，这是进行大地测量的前提。根据大地测量学的成果，地球表面几何模型可以分为三类：
1) 第一类是地球的自然表面。
2) 第二类是相对抽象的面，即大地水准面，可用来代表地球的物理化形状。其中大地水准面包围的球体，叫大地球体，是对地球形体的一级逼近。
地球上有71%的海洋面积，因此可以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，这就是大地水准面。它是重力等位面。
3) 第三类是以大地水准面为基准建立起来的地球椭球体模型。
大地水准面虽然十分复杂，但从整体来看，起伏是微小的，且形状接近一个扁率极小的椭圆绕短轴旋转所形成的规则椭球体，这个椭球体称为地球椭球体。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。地球形体的二级逼近。
地球椭球体有长半径a（赤道半径）和短半径b（极半径）之分，f为椭圆的扁率。a、b、f是其三要素，决定地球椭球体的形状和大小。
各种地球椭球体模型（参考椭球体，下面会介绍）如下图所示。
我国1952年以前采用海福特椭球体，从1953年起采用克拉索夫斯基椭球体。 1978年我国决定采用新椭球体GRS（1975），并以此建立了我国新的、独立的大地坐标系，对应ArcGIS里面的Xian_1980椭球体。从1980年开始采用新椭球体GRS（1980），这个椭球体参数与ArcGIS中的CGCS2000椭球体相同。
地球椭球体视为球体：制作小比例尺地图时（小于1:500万），因缩小程度很大，可以把地球视为球体，忽略地球扁率。计算更简单，半径约为6371千米。
地球椭球体视为椭球体：制作大比例尺地图时（大于1:100万），为保证精度，必须将地球视为椭球体。