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UTM在中央子午线使用横向墨卡托投影,比例因子为0.9996。在Mercator中,距离比例因子是纬度的割线(一个来源:http : //en.wikipedia.org/wiki/Mercator_projection),因此面积比例因子是该比例因子的平方(因为它适用于所有方向,墨卡托都是保形的)。将纬度理解为到赤道的球面距离,并用球体近似椭球体,我们可以将此公式应用于墨卡托投影的任何方面。从而:
比例因子是0.9996到距中央子午线(角)距离的割线的倍数。面积比例因子是该数量的平方。
要找到该距离,请考虑沿测地线从任意点(lon,lat)=(lambda,phi)沿经度mu直向中心子午线,沿着该子午线到达最近的极点,然后形成一个球面三角形沿lambda子午线回到原始点。第一转为直角,第二转为λ-mu角。沿最后一部分行进的量为90 phi度。在锡尼什的球面法适用于该三角形的状态
sin(λ-mu)/ sin(距离)= sin(90度)/ sin(90-phi)
与解决方案
距离= ArcSin(sin(λ-mu)* cos(phi))。
该距离以角度给出,便于计算割线。
例
考虑UTM区域17,中央子午线为-183 + 17 * 6 = -81度。让外围位置位于经度-90度,纬度50度。然后
步骤1:从(-90,50)到-81度子午线的球面距离等于ArcSin(sin(9度)* cos(50度))= 0.1007244弧度。
步骤2:面积失真等于(0.9996 * sec(0.1007244弧度))^ 2 = 1.009406。
(使用GRS 80椭球的数值计算得出的值为1.009435,这表明我们计算出的答案太低了0.3%:这与椭球的平坦度相同,在数量级上,表明误差是由于球面近似引起的。)
近似值
为了了解面积的变化,我们可以使用一些三角身份来简化整体表达式,并将其扩展为以λ为单位的泰勒级数(点的经度和UTM中央子午线之间的位移)。它可以解决
面积比例因子〜0.9992 *(1 + cos(phi)^ 2 *(λ-mu)^ 2)。
与所有此类扩展一样,角度λ单位必须以弧度为单位。误差小于0.9992 * cos(phi)^ 4 *(lambda-mu)^ 4,它接近于近似值和1之差的平方-即小数点后的值的平方。
在phi = 50度(余弦为0.642788)和lambda-mu = -9度= -0.15708弧度的示例中,近似值为0.9992 *(1 + 0.642788 ^ 2 *(-0.15708)^ 2)= 1.009387。通过小数点后的平方并进行平方,我们推论(即使不知道正确的值)其误差也不能大于(0.009387)^ 2 =小于0.0001(实际上误差仅为该大小的五分之一)。
从该分析可以看出,在高纬度(cos(phi)小)的情况下,比例误差将始终很小;在较低的纬度下,面积比例误差的表现将类似于经度差的平方。
GeographicLib的工具GeoConvert
http://geographiclib.sf.net/html/GeoConvert.1.html
允许在UTM区域之间有足够的重叠(具体来说,如果最终的东移范围为[0km,1000km],则允许转换为相邻区域)。GeoConvert还可以报告子午线收敛和比例,并且,如其惯用说明所述,面积失真是比例的平方。
例如,您的“主要”区域为42,并为您指定了一个点
41N 755778 3503488
(坎大哈大学)在42区以西约29公里处。要将其转换为42区,请使用
回声41N 755778 3503488 | GeoConvert -u -z 42 ==> 42N 186710 3505069
要确定区域42中的子午线收敛和比例,请添加-c标志
回声41N 755778 3503488 | GeoConvert -u -z 42 -c ==> -1.73405 1.0008107
因此面积失真为1.0008107 ^ 2 = 1.0016221。