地面何两点的连线均具有方向性。明确直线方向的工作被称为直线定向。为了确定地面意两点的连线方向，必须有一个参照物，即实地存在的基准方向。众所周知，地球上我们可以找到的主要方向就是地球的自转轴，也就是地球的南北方向线。南北方向线成为我们在地球上确定直线方向的基准。这也是我们的先人发明司南和磁勺的原因。
定向基准方向线主要包括：
（一）正南北方向。某点的真子午面上，与真子午线相切向北的方向被称为真北方向，其相反方向称为真南方向。天文测量方法、陀螺经纬仪或GPS测定均可用于此。
（二）磁南北方向。在某点的磁子午面上，与磁子午线相切向北的方向是磁北方向，其反方向为磁南方向。磁南北方向可理解为正常地磁场中磁针水平静止时所指的方向线，即罗盘等带磁针的装置或仪器可用来测定此方向。在陆地上，磁南北方向的确定大多依赖于罗盘仪。
（三）坐标南北方向。在高斯投影带内，坐标纵轴的方向即为该投影带内的坐标南北方向。
由于地球的磁南极与真南极不重合，因此地面上某点的磁子午线方向与真子午线方向通常不重合。它们之间的夹角被称为磁偏角。真子午线方向与子午线之间的夹角称为子午线收敛角，而磁北与坐标北之间的夹角则称为磁坐偏角。
对于直线方向的表示方法，测量中常用方位角和象限角来表示。
方位角是从直线一端做一个定向基准方向，从该定向基准方向的北端起，沿顺时针方向到该直线的角度（水平角或球面角）。如果以真南北线为基准方向则称为真方位角，以磁南北线为基准方向则称为磁方位角，以高斯坐标纵轴为基准方向则称为坐标方位角。
象限角则是直线与定向基准方向线间所夹的小于或等于90°的角。如果以真南北线为基准方向则称为真象限角，依此类推，还有磁象限角和坐标象限角。
在测量坐标计算中，坐标方位角与坐标象限角的关系是基础和关键。通过实用的高斯平面直角坐标系，我们可以建立起具有重要实际意义和科学价值的象限坐标系（NSEW坐标系）。
对于方位角的测量方法，包括磁方位角的测量和正方位角的测量。磁方位角可通过罗盘仪进行测量，而真方位角的测量则通常借助天文观测法或陀螺经纬仪。其中，陀螺经纬仪有光学陀螺经纬仪和自动陀螺经纬仪两种。