计算UTM区域外的面畸变?


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我的一位同事正在处理分布在两个UTM区域中的数据。大部分数据位于一个区域中,而一些异常值位于另一个区域中。他想知道如果这些离群值位于主UTM区域中,那么它们的区域失真会是什么。

是否知道已知特征在另一个UTM区域内的距离,可以使用公式来计算面畸变?

Answers:


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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。

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。


我总能指望您提供一个经过深思熟虑的答案
kenbuja 2012年

+1拥有真正的肉真是太好了。我的数学能力受到挑战的大脑想要一个伴随的视觉来帮助解释定量结果,这就是天梭(Tissot Indicatrix)的东西。(我要添加“但这是一个新问题”,但事实并非如此:gis.stackexchange.com/questions/31651/…:-)
马特·威尔基

TI不会显示太多,直到您远离该区域为止,@ Matt:它看起来与Mercator投影的TI完全一样(如您的问题所示),但旋转了90度。(我想回答您引用的其他TI问题,但这需要进行详细的计算,而我现在没有时间提出该问题。)
whuber

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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。

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