为栅格数据正确地定义空间参考系统是很重要的。ArcGIS 应用程序（例如 ArcMap）或数据集（例如镶嵌数据集）可动态重新投影。这十分有用；然而，只要变换栅格数据集，像元就会发生变化，因为在此过程中单元会被重采样。您最好尽可能地减少此操作，以保持最佳的图像和数据质量。
当为栅格数据集定义空间参考系统时，同时也会对存储数据所使用的投影进行定义。这对像元有直接的影响，因为为了符合这种投影，这些像元会被永久重采样。当为栅格目录或镶嵌数据集定义空间参考系统时，通常都不会定义存储栅格数据所使用的投影，但却会定义管理数据和创建轮廓线、边界或其他要素所使用的投影。
空间参考是指定给任何地理数据（包括栅格数据集、栅格目录和镶嵌数据集）的地理配准和坐标系。坐标系和空间参考系统这两个术语可以互换使用。通常，在 ArcGIS 中，当使用空间参考系统时，这会既包含地理坐标系又包含投影坐标系。坐标系共有许多种。但每种坐标系都由以下项来定义：
- 测量框架，可以是地理框架，也可以是平面框架
- 测量单位（通常对于投影坐标系为英尺或米，对于经纬度为十进制度数）
- 投影坐标系的地图投影定义
- 其他测量系统属性，例如参照椭球体、基准面以及一条或多条标准纬线、中央子午线和在 x 与 y 方向的可能位移之类的投影参数。
GIS 中使用两种常用的坐标系类型：
- 地理坐标系使用三维球面来定义地球上的位置（从地心开始测量坐标）。全局坐标系或球面坐标系使用纬度和经度来定义。
- 投影坐标系在二维平面（如，打印或显示的地图）上进行定义，因此通常也称为地图投影。地图投影使用数学公式将地球上的球面坐标与平面坐标关联起来。
除水平地理坐标系或投影坐标系之外，一些栅格数据可以具有垂直坐标系（或 z 坐标系）。垂直坐标系可与其对应的水平坐标系采用不同的基准面。其垂直测量由椭圆体或基于重力的球体定义，有时称为正高或大地水准面高度。通常，垂直坐标系还定义了所定义地球表面的线性单位、方向和垂直位移。
与地理坐标系不同，在二维空间范围内，投影坐标系的长度、角度和面积恒定。但是，在使用地图投影来以平面地图的形式来表示地球表面时，总会在距离、面积、形状或方向中的某些方面出现变形情况，这是将三维数据放置在二维平面中所不可避免的。当选择空间参考来存储和重采样栅格数据时，需要选择在您最关心的方面变形程度最小的投影。
不同的投影会导致不同的变形；因此，为不同目的设计了不同的投影。一种地图投影可能适合用于某一限定区域的大比例数据，而另一种地图投影则适合用于小比例的世界地图。有些投影旨在最大限度地降低一种或两种数据特性（距离、面积、形状或方向）的变形。投影可保持要素面积不变，但会改变其形状。例如墨卡托投影，它是一种圆柱投影，其投影的数据在中央经线（赤道）上最为精确。但是，越向南或向北移动，变形就越严重（大约在北纬或南纬 80°以上时更加明显）。因此，如果需要投影全世界的数据，则可使用罗宾森投影或十进制度。如果正在创建全球范围的或者与 web 服务混合搭建的镶嵌数据集，可能需要使用 WGS 1984 Web 墨卡托辅助投影。
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可通过使用适合所需用途、地理位置和范围的地图投影来解决上述限制。
当为栅格数据定义空间参考系统时，应定义一个旨在覆盖全部数据内容的空间参考系统。例如，可使用墨卡托世界地图来表示镶嵌数据集。对于不在较高南北纬度的小型区域，使用墨卡托投影作为默认投影方式是合理的。但是，根据数据的具体位置的不同，可能会有更好的投影。例如，当对美国本土进行制图时，使用亚尔伯斯等积圆锥投影则可获得更好的结果。很多国家/地区具有自己的投影，甚至可能还具有精度更高的各个领土或州的具体投影。例如，美国的每个州通常会有多个投影，至少会有一个，具体取决于该州的大小。
当计划从多个栅格数据集创建一个栅格数据集时，可能会出现栅格数据集中存在多种投影的情况。例如，这些数据集可能位于多个 UTM 带。最好使用可覆盖多个 UTM 带的空间参考系统来定义新数据集（栅格数据集、镶嵌数据集或栅格目录），而不是使用像中间带这样的唯一 UTM 带，因为离该 UTM 带的中央纬度距离越远，变形程度就越大。
如果要使用正射影像或 USGS 地形图这样的分块栅格数据来创建镶嵌数据集或栅格目录，则推荐对该镶嵌数据集或栅格目录使用与存储的数据相同的投影方式。如有由于投影种类不同而无法实现这一点，则可尝试使用基于同样基准的投影。例如，USGS 地形图最初就是使用 NAD27 创建的。当使用基于此基准的投影，各切片会沿着边排列成行，各个角则相交。但是，如果使用基于 NAD83 的投影，您将发现角和边的排列就不那么有序了。
栅格数据集、镶嵌数据集或栅格目录各自属性对话框中的空间参考部分，都会显示相应数据集的地图投影，而且会列出该投影的参数。
如果栅格数据集并没有坐标系，则可为其指定一个，方法是在栅格数据集属性对话框中单击编辑按钮。如果在坐标系已定义的情况下想查看现有坐标系的更多详细信息，则也可单击编辑按钮。
在不同的投影方式之间变换也会改变像元在地球表面上所表示的形状和面积。不同的投影会采用不同的方式处理三维世界和二维世界之间的关系。在进行选择之前，应该了解每种投影的属性和假设条件。
栅格目录或镶嵌数据集的投影在创建时即会定义，而且无法更改。如果需要更改投影，则必须重新创建镶嵌数据集或栅格目录。