怎样把精度和经纬度的精度表示在立体地球上

什么是经度纬度,地球仪上怎么识别-经度和纬度如何在地球仪上分辨?(当它没有标E,N,S,W) _汇潮装饰网
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什么是经度纬度,地球仪上怎么识别
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我一点都不知道
泰晤士河南岸的格林尼治皇家天文台(旧址)的一台主要子午仪十字丝的那条经线为起始经线。赤道是0°纬线。在赤道上度量,自本初子午线平面作为起点面,分别往东往西度量经度和纬度都是一种角度。经度是个两面角,是两个经线平面的夹角。本初子午线平面是起点面,往西量值称为西经度,终点面是本地经线平面。某一点的经度,因此不分东经或西经。所谓法线,即垂直于参考扁球体表面的线。某地的纬度就是该地的法线与赤道平面之间的夹角,就是该点所在的经线平面与本初子午线平面间的夹角,决定以通过英国伦敦近郊,线是本地的地面法线。由此可见,一地的经度是该地对于本初子午线的方向和角距离,而统称180°经线。本初子午线是0°经度,东经度的最大值为180°,西经度的最大值为180°,东、西经180°经线是同一根经线。 纬度是个线面角。起点面是赤道平面,称为本初子午线,一地的纬度是该地对于赤道的方向和角距离,北纬度的最大值为90°,即北极点;南纬度的最大值为90°,即南极点。因所有经线都是一样长,为了度量经度选取一个起点面,经1884年国际会议协商。纬度在本地经线上度量,由赤道向南、北度量,向北量值称为北纬度,向南量值称为南纬度。由此可见,往东量值称为东经度
这就是经纬度线,准备绘制一幅“世界地图”。他发现沿着亚历山大东征的路线,编写了8卷地理学著作。其中包括8000个地方的经纬度。为使地球上的经纬线能在平面上描绘出来,由西向东,无论季节变换与日照长短都很相仿。于是他做出了一个重要贡献——第一次在地球上划出了一条纬线。那么,最初的经纬度线是怎么产生。航海家亨利开始把“托勒密地图”付诸实践,连续制造了5台计时器,一台比一台精确、完美?又是如何测定的呢?
公元344年,亚历山大渡海南侵。但是,经过反复考察,测算出地球的圆周是46250千米,画了一张有7条经线和6条纬线的世界地图。
公元120年,一位青年到亚历山大图书馆研究天文学、地理学。他就是克罗狄斯·托勒密。托勒密综合前人的研究成果、实用得多。英国约克郡有位钟表匠哈里森,他用42年的时间,继而东征,随军地理学家尼尔库斯沿途搜索资料,这条线从直布罗陀海峡起。为此,托勒密测量了地中海一带重要城市和据点的经纬度,沿着托鲁斯和喜马拉雅山脉一直到太平洋。
后来,长期担任古埃及亚历山大城图书馆馆长的埃拉托斯,人们给地球表面假设了一个坐标系,提出地图上绘制经纬度线网的概念。制造准确的钟表在海上计时,显然比依靠天体计时要方便,竖线为经线。”
正确地测定经纬度,关键需要有“标准钟”,却发现这幅地图并不实用。亨利手下的一些船长遗憾地说:“尽管我们对有名的托勒密十分敬仰,但我们发现事实都与他说的相反,认为绘制地图应根据已知纬度的定点做根据为了精确地表明各地在地球上的位置,他设法将经纬线绘成简单的扇形,从而绘制出一幅著名的“托勒密地图”。
15世纪初,精确度也越来越高。第5台只有怀表那么大小,测定经度时误差只有三分之一英里。差不多与此同时,法国制钟匠皮埃尔·勒鲁瓦设计制造的一种海上计时器也投入使用。至此,横线为纬线
地球仪~顺着经度线切开,是两个半圆~
顺着纬度线切开,是一个一个半径不等的圆~初中时候的地理老师是这么说,加深我们的理解的~
为了精确地表明各地在地球上的位置,人们给地球表面假设了一个坐标系,这就是经纬度线。那么,最初的经纬度线是怎么产生?又是如何测定的呢?公元344年,亚历山大渡海南侵,继而东征,随军地理学家尼尔库斯沿途搜索资料,准备绘一幅“世界地图”。他发现沿着亚历山大东征的路线,由西向东,无论季节变换与日照长短都很相仿。于是做出了一个重要贡献——第一次在地球上划出了一条纬线,这条线从直布罗陀海峡起,沿着托鲁斯和喜马拉雅山脉一直到太平洋。亚历山大帝国昙花一现,不久就瓦解了。但以亚历山大为名的那座埃及城里,出现了一个著名图书馆,多年担任馆长的埃拉托斯特尼博学多才,精通数学、天文、地理。他计算出地球的圆周是46 250千米,画了一张有7条经线和6条纬线的世界地图。公元120年,一位青年也在这座古老的图书馆里研究天文学、地理学。他就是克罗狄斯·托勒密。托勒密综合前人的研究成果,认为绘制地图应根据已知经纬度的定点做根据,提出地图上绘制经纬度线网的概念。为此,托勒密测量了地中海一带重要城市和据点的经纬度,编写了8卷地理学著作。其中包括8000个地方的经纬度。为使地球上的经纬线能在平面上描绘出来,他设法把经纬线绘成简单的扇形,从而绘制出一幅著名的“托勒密地图”。15世纪初,航海家亨利开始把“托勒密地图”付诸实践。但是,经过反复考察,却发现这幅地图并不实用。亨利手下的一些船长遗憾地说:“尽管我们对有名的托勒密十分敬仰,但我们发现事实都与他说的相反。”正确地测定经纬度,关键需要有“标准钟”。制造准确的钟表在海上计时,显然比依靠天体计时要方便,实用得多。18世纪机械工艺的进步,终于为解决这个长久的难题创造了条件。英国约克郡有位钟表匠哈里森,他用42年的时间,连续制造了5台计时器,一台比一台精确、完美,精确度也越来越高。第五台只有怀表那么大小,测定经度时引起的误差只有1/3英里。差不多同时,法国制钟匠皮埃尔·勒鲁瓦设计制造的一种海上计时器也投入了使用。至此,海上测定经度的问题,终于初步得到了解决。地球仪上,横着的是纬度,竖着的是经度参考资料:地球仪上,横着的是纬度,竖着的是经度
经度和纬度都是一种角度横纬竖经扫二维码下载作业帮
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怎样确定一个用经纬度表达的位置在地球上有几个?例如:纬度40°,经度100°的地方有( )个?
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因为可以是北纬和南纬,东经和西经所以两两搭配,就有4个点但是如果纬度是90或者0,或者经度是180或0,就只有2个点纬度如果是90,也是两个经度如果是180,而纬度不是90,也是两个
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最近自己做的一个小东西要用到经纬度方面的计算,查遍中文网页见到的要么基本上是一帮惜字如金装大爷的&砖家&,要么就是像贴膏药一样,啪,一大堆代码往上一贴,一点说明都没有,让人看不懂,有的看了半天看懂了,结果他用的公式要么有使用局限(但没有半点声明)要么根本就是个错的。所以现在将自己几天学习来的在这里总结一下,方便后来人少走弯路。
这里主要解决四个问题:
1、已知两点经纬度,求一点相对于另一点方位角;
2、已知两点经纬度,求两点间距离;
3、已知一点经纬度及与另一点距离和方位角,求另一点经纬度;
4、问题1与问题2的简化算法。
注:简化算法的运算量和对系统的运算精度要求都大大降低,但只在短距离内(高纬地区建议10km以下)可以保证精度,除简化算法之外的算法可适用于地球上任意两点。这里只是出于便于理解的目的来解释&原理&,具体到不同的编程环境还要自己做化简和注意单位。
在求算前我们先对符号及单位进行约定:
此处设定求B相对于A的方位角,即A为当前位置,B为目标位置
Aj:A点经度
Aw:A点纬度
Bj:B点经度
Bw:B点纬度
北纬为正,南纬为负;东经为正,西经为负
经纬度使用度,DDD.DDDDDD&,非度分或度分秒。
度数未加说明均采用角度制
R:地球平均半径
Azimuth:方位角,以真北为0度起点,由东向南向西顺时针旋转360度
A,B,C表示球面上的三个点及球面上&弧线&在该点处所夹的角
a,b,c表示A,B,C三点的对&弧&两端点与地心连线所夹的角(其实这里解释成ABC三点对弧的弧度更方便)
L为AB两点间球面距离
(注:因我考虑欠缺,没有注意字母C大小写较难分辨,所以此处提醒读者在后面的公式中注意C的大小写。)
一、方位角的求算
已知A、B两点经纬度,如何求出B相对于A的方位角?
&&&&&&&&&&&&&&&&&&卖关子环节,可选择性跳过&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
说到这里,人们或许会首先想因为地球是个球体,如果AB两点足够近(如相距1Km)可以当做平面三角形已知两临边求夹角,把两点的经度、纬度各自做差,差值作为两边的长度,再用反正切函数一算就得到了角度,似乎很有道理,但是如果将计算结果与实际测量值做比较,就会发现比较大的误差,而这种误差在某些地区甚至能用普通的量角器测量出来,其实这已经不叫误差,而叫错误了。这种近似利用平面几何知识解决问题的算法只适合于低纬度地区(例如南北纬10度),如果在高纬度使用这种方法,偏差会比较大,并且这种偏差会随着纬度的升高而大幅变大。例如,在北纬10度,AB两点经纬差0.001时,近似算法与真实值之间的偏差为0.44度。当纬度改为北纬40度其他不变,这时的偏差就达到了7.55度。
为什么会这样呢?其实原因就在于经线、纬线划定不同。如果把地球简化成一个球体,每条经线的长度都等于球体周长的一半,每条经线均在两极相交。但是,纬线之间互不相交,纬线所围成的圆均为&同轴&圆,所以每条纬线的长度会因纬度的不同而不同,也就是,纬度不同,1经度差所对应的球面距离是不一样的,例如,在赤道处,1纬度的跨度约为111.3千米,1经度的跨度也是约为111.3千米;在北纬40附近,1纬度的跨度没有变,但1经度的跨度却变为85.3千米。(转不过弯来的可以去看地球仪,看看就了然了~)
&&&&&&&&&&&&&&&&&&卖关子环节结束,正文开启&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
那么,有没有一种对地球任何区域任意两点都普适的求方位角的方法?
答案是肯定的。
现在我们开始计算
第一步:在知道AB点经纬度后,要用到第一个公式,三面角余弦公式,
A~OC~B是面AOC与面BOC的二面角,为了方便,写成这个样子
这里我们将已知数据代入,公式便写成:
没错,二面角A~OC~B的度数就是两点经度之差
第二步:知道了角c的余弦值后我们要求得它的正弦值,所用的公式就是三角函数公式里最基本的&扣方加赛方等于1&的一个变形
第三步:求得正弦后,接下来我们要用一个不太常用的公式,球面正弦公式
将已知数据代入并稍微变形一下,公式写为:
用反正弦函数求角度,于是上式可直接写成
这里需要注意一点,我们一开始的假设便是求B点相对于A点的方位角,因此这里是Bj-Aj,不要写反,否则得不到正确结果。
算到这里,还没有完,得到的结果并不总符合我们对方位角的定义,因此要根据B相对于A的位置在四个象限两个轴上进行讨论,依据不同情况对计算结果进行不同处理。假设A点固定于原点,则:
B点在第一象限,Azimuth=A;
B在第二象限,Azimuth=360+A;
B在第三四象限,Azimuth=180-A。
这里只说了象限的讨论结果,因为轴上的讨论更复杂些,要结合程序运行环境一起考虑,考虑的主要因素是系统的计算精度。譬如,在三面角余弦公式中,当AB点纬度值相同时,对公式的值起决定作用的就是cos(Bj-Aj)这一项,当Bj-Aj的值比较小时,例如0.0001(这在赤道地区对应的长度为11米左右),用一般的计算器计算时值为1,这样,后面的计算便不可能完成。但是,如果用计算机计算则为0.476913&&&&。所以,基于以上原因,需要对轴的&范围进项扩充&,要用单片机、手机运算的尤其要注意。
经过一系列计算,最后,就得到了最终结果。
似乎有人注意到了,以上的计算都是把地球看成标准的球体,而事实是地球是个椭圆,其实,地球的偏心率极低,各位可以将此法得到的计算结果与谷歌地球(WGS84坐标系统,我说的不是谷歌地图)上的结果进行对比,偏差是非常小的(我测的几个值,最大偏差0.5度)。
二、距离的求算
其实,&眼尖&的或许已经注意到了,第一步的余弦值结果就可以直接用来求算AB两点间的球面距离,用反余弦函数求得c的度数,再将度数转换为弧度,乘以地球半径就得到了两点间的球面距离。
这里要注意,L的单位与R的单位一致,单位不同的不要忘记换算
短距离(例如100米,30米)使用这个公式,计算出的结果与谷歌地球给出的距离偏差在0.5%以下,长距离计算时,偏差则可以降至0.01%以下。求算的距离越大,偏差越小,就是这个公式的特点,原因不说自明。
PS:对于一些GPS接收机,其数据格式为NMEA-0183,经纬度数据为DDDMM.MMMM,需要将它转换为度,公式为:
经纬度(度)=DDD+MM.MMMM/60
三、第二点经纬度的求算
最近在网上看到不少人在问第二点经纬度的求算,所以,这里也附加说一下求算方法。
都应该能想到一个最最最笨的方法,就是将前面两部分用的公式联立解方程。我想只有那些度娘知道里的专家会采用这种方法(因为这种方法费的唾沫最少)。
言归正传,解方程的方法可以,但是运算量极大,费时,对于一些系统不现实。
另一种方法,其实就是对方位角求算的再次运用。
已知Aj,Aw,L,R,Azimuth(这里的Azimuth依然定为B相对于A的方位角)。
首先求算c,
(注意此处L、R的单位要统一)之后求解a,将已知量代入,公式为:
求得a之后我们求解C,
写到这里应该都恍然大悟了吧,
PS:对于上面两个三角公式的理解,可以想成把A点作为北极点,相当于把方位角求算中的公式原封不动的再用一遍(其实就是再用了一遍)。
四、简化算法
上面讲的算法对于运算精度低的系统简直就像是噩梦。所以这里不得不讲讲简化算法。简化算法的结果在短距离内可以保证精确度,但是在长距离时,因为地球球面的特性,是万万不能用的。
简化算法的基本思路就是将以经纬度表示的球坐标转换成三维直角坐标,再利用平面几何知识去解决。
求算距离:
设:Xa、Ya、Za为三维直角坐标下A点的坐标,B点坐标同样式,
&&&&Ha为A点海拔高度,Hb为b点海拔高度
Xa=(R+Ha)&cos(Aw)&cos(Aj)
Ya=(R+Ha)&cos(AW)&sin(Aj)
Za=(R+Ha)&sin(Aw)
Xb=(R+Hb)&cos(Bw)&cos(Bj)
Yb=(R+Hb)&cos(Bw)&sin(Bj)
Zb=(R+Hb)&sin(Bw)
(注:此处坐标转换为诱导公式化简后的形式,关于球坐标转直角坐标的原公式可点此查看:)
&DX=Xa-Xb &&&&&&&DY=Ya-Yb&&&&&&&&DZ=Za-Zb
知道三个坐标轴方向上的差值后再用勾股定理就可以求出两点间距离了,即:
这里说明一下,海拔高度H可有可无,如果有的话,注意H与R单位要统一。普通GPS接收机给出的海拔一般很不准确,所以不推荐使用。另外NMEA规范报文中有两个量涉及到海拔,注意计算。
求算方位角
如果想直接由经纬度求算方位角,则可以避开上面的坐标转换,直接这样求:
上面这个式子的基本思路就是将经度和纬度差转化成地面距离再运用平面几何知识求解,化简之后即为上式(过程从略,可自行推导)
B点在第一象限及Y轴正半轴,Azimuth=A;
B在第二象限,Azimuth=360+A;
B在第三四象限及Y轴负半轴,Azimuth=180+A。
对于某些系统,再单独设定B位于X正负半轴上的值就可以了,有些系统可以返回arctan(X/0)=90。
这种求方位角的算法代入了几个坐标值与谷歌地球比对,短距离内偏差在0.1度以下。
最后,关于百度上很多人答的需要将WGS84坐标转换成什么北京54、西安80再计算的高深言论,我认为只要不是搞大地测量、土木工程、导弹发射根本就没有必要,理论分析与计算结果都说明WGS84坐标系统完全可直接用于民用领域。
(度娘知道装大爷的ctrl+c党copy的时候注明出处。All rights reserved.)
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