座標系はGISを理解するための最重要ポイントです。座標系がわからないと、自分が作ったデータがどうしても画面に出てこない！といったことが起こります。
地理座標系と投影座標系
丸い地球上の位置は、緯度と経度という二つの角度で特定できることは皆さんご存じですね？これが地理座標系（GCS; Geographic Coordinate System）です。
一方、丸い地球上の地物を紙の地図やPCの画面などの平面上に描くためには、なんらかの方法で平面上の距離で表現されたX,Y座標に変換（投影）しなければなりません。これが投影座標系（PCS; Projected Coordinate System）です。
両者を合わせて座標参照系（CRS; Coordinate Reference System）といいます。
ここまでは簡単ですよね？
たくさんの地理座標系が存在するわけ
みなさん、地球は一つ、その緯度経度は１つなのだから、地理座標系は１つだと思いますよね。でも違うんです。地球は完全な球体や楕円体ではありません。わずかに歪んでいるんです。昔の人は、自分たちの国の正確な地図を作るために、自分たちの国の周辺で最も良く地球の形を再現できる楕円体をそれぞれ定義して緯度経度を測定しました。（このような楕円体と緯度経度の原点が定義されたものを測地系といいます。）このため、各国の測地系で同じ場所の緯度経度を測定すると、それぞれ少しずれてしまったのです。
GPSの出現で、全世界共通の地理座標系が必要になりました。GPSのために開発された地理座標系はWGS84またはWGS1984と呼ばれています。それまで日本で使用されていたTokyo座標系とWGS84を比べると、同じ緯度経度の地点が400m以上ずれています。地球スケールではほとんど同じかもしれませんが、市町スケールではとんでもない誤差になります。
たくさんの投影座標系が存在するわけ
地図は、丸い地球を平面に投影したものですから、どうしても歪みが生じるのは避けられません。例えば小学校で見た世界地図はグリーンランドなどの極地が大変大きく描かれていましたよね。
ですから、地図の上で方角を正しく知りたい、距離を正しく測りたい、世界中の国の形をおおよそ正しく描きたい、県や市レベルの狭い範囲を距離も形も方角も正しく描きたい、など、地図の利用目的に応じて異なる投影方法がたくさん開発されたのです。特に、距離も形も方向も正しく描きたいとなると、描ける範囲が小さくなります。すると必然的に、同じ投影法でも原点の異なる座標系がたくさん必要になるのです。もともとたくさんの地理座標系があり、それを投影する方法も原点もたくさんあるわけですから、世の中には地理座標系×投影方法×原点だけの投影座標系が存在することになります。
GISの座標系がそれ以上にややこしいわけ
GISソフトでは、画面に表示されている地図の座標系と、その元となっているGISデータそのものの座標系の両方を意識する必要があります。
その上、GISデータファイルに格納されているデータそのものにも、地理座標系で作られたものと、投影座標系で作られたものがあります。そしてその違いは、Windows ExplorerやGISソフトのブラウザで眺めたデータファイルの外見からは判別できないのです。さらにその上、実際にファイルに記録されているデータの座標系と、そのファイルに埋め込まれた座標系を表すプロパティが一致しているとは限らない（通常一致しているはずですが、不適切な方法で投影変換しようとして、中身のデータは変更されていないのにプロパティのみ変更してしまうことがある）のです。もうこうなるとお手上げです。
根本的に、地理座標系は「角度」、投影座標系は多くの場合「距離」ですから、そのままでは同じ土俵で表示できません。その上、前述のように地理座標系・投影座標系共に少しずつ違う多くの種類があるのです。いろいろな座標系を持つ複数のGISデータファイルを１つの座標系を用いて画面上の正しい位置に表示するには、結構大変な変換計算がGISソフトの内部で行われていることは想像できますよね。ですので、GISソフトを使用する時、一つ一つのデータについて、座標系の定義をはっきりとGISソフトに伝える必要があります。特に、元データが測定された際の測地系が異なる場合には、明示的に変換方法を指定することを求めるダイアログが突然表示されたりして、使用者を戸惑わせることになります。また、座標系定義は、通常GISデータファイルに埋め込まれていますが、過去に作られたGISデータや、個人が作ったGISデータには、この座標系定義が埋め込まれていなかったり、誤った定義が埋め込まれていたりすることもあります。このようなデータは、とんでもない場所に表示されたり、そもそも表示されなかったりします。
実は、昔のGISソフトでは、異なる座標系のデータを同時に扱えなかったこともあるのです。現在のGISソフトの多くでは、一見いろいろな座標系のデータが同時に扱えているように見えますが、実は昔のプログラムが残っていて、そのプログラムが使われる特定の解析に失敗する、といった問題が発生することもあります。特に、地理座標系を用いたデータで面積を求める時、トラブルが発生しやすいです。
トラブルを避けるために、結局どうすればよいのか
一言でいうなら、自分の使用するデータすべてについて、最初に座標系を変換して統一してしまうことです。（変換方法は、それぞれのGISソフトの説明の中で述べます。）
県レベル以下のスケールなら、日本国内ではJGD2011を地理座標系とした平面直角座標系、外国ならWGS84を地理座標系としたUTMをGISデータの座標系とし、表示のための座標系も同じにするのが良いです。いずれもメートル単位の投影座標系で、面積を求める際にもトラブルが生じにくいです。上記のリンクを見れば、いずれも異なる原点を持つ複数の座標系の総称であることがわかります。
なお、JGD2000という地理座標系もあります。 JGD2000とWGS84 の測量結果はほとんど同じと考えても良いですが、JGD2011は東日本大震災の地殻変動の影響を考慮しています。JGD2000とJGD2011は北海道や西日本での違いはありませんが、東北地方を中心とした地域の測量結果が異なっています。WGS84でも東日本大震災前後で東北地方の同じ場所を測量すると最大5m程度のずれが生じますが、WGS84という測地系の名称だけでは震災の前後どちらで測量されたかわかりませんので注意が必要です。
全国～国際的な比較地図を作りたいなら、面積測定等で問題はあるかもしれませんが、GISデータは地理座標系のWGS84に統一し、表示のための座標系は高緯度地方でなければメルカトル法などの世界地図で使われる投影座標系にするのが良いでしょう。
補足：座標系の名称とEPSGコード
前節までにTokyo座標系、WGS84、UTM、平面直角座標系などの名前で個々の座標系を呼んできましたが、GISソフトや解説書によって表現が異なっている場合もあり、混乱していました。近年では、European Petroleum Survey Groupという団体が整理したEPSGコードが使用されるようになってきました。例えばWGS84はEPSG4326、Tokyo座標系はEPSG4301、JGD2011-平面直角座標系はEPSG6669～6686、WGS84-UTMはEPSG32601～32760です。
ここでは必要最小限の説明をしましたが、座標系はまだまだ奥が深いです。興味・疑問があれば自分で調べてみてください。Have fun!
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