一種等距離正圓柱投影海圖量讀方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種等距離正圓柱投影海圖量讀方法，涉及海圖制圖相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。解決了等距離正圓柱投影海圖圖上方位和距離量讀，包括：從等角航線方向的一側(cè)作出等角航線起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的經(jīng)線弧長(zhǎng)和緯線弧長(zhǎng)，兩線垂直正交于第一交點(diǎn)；根據(jù)所述緯線弧長(zhǎng)的距離以及確定的長(zhǎng)度變形比，確定所述緯線弧長(zhǎng)的實(shí)際距離，將所述第一交點(diǎn)確定為起點(diǎn)，按照確定的所述緯線弧長(zhǎng)的實(shí)際距離在所述緯線方向上確定出第二交點(diǎn)，所述第二交點(diǎn)和所述第一交點(diǎn)的距離為所述緯線弧長(zhǎng)的實(shí)際距離；連接等角航線的終點(diǎn)和所述第二交點(diǎn)，其連線的距離即為等角航線的距離，其連線與所述經(jīng)線弧長(zhǎng)所成夾角即為等角航線的方位角。
【專利說(shuō)明】
一種等距離正圓柱投影海圖量讀方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及海圖制圖理論與方法研究領(lǐng)域，更具體的涉及一種等距離正圓柱投影 海圖量讀方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，隨著我國(guó)在極區(qū)的科學(xué)考查、資源開(kāi)發(fā)以及航運(yùn)和捕魚(yú)等活動(dòng)的增多，艦 船在極區(qū)海上航行的安全越來(lái)越受到高度重視。極區(qū)艦船航行離不開(kāi)極區(qū)海圖的信息支 撐，但是由于極區(qū)所處煒度較高且其地理環(huán)境十分特殊，使得一些適用于中低煒度海區(qū)的 海圖制圖方法與手段不再完全適用。
[0003] 目前國(guó)外所繪制的極區(qū)海圖，大多采用兩種投影:一是在兩極煒度70°至80°海區(qū)， 普遍采用墨卡托投影;二是在兩極煒度80°至90°海區(qū)，采用日晷投影。另外，正軸等角圓錐 投影、正軸等角方位投影、正軸等距方位投影、橫墨卡托投影、等角斜軸圓柱投影等有時(shí)也 在極區(qū)海圖中采用。但研究表明，現(xiàn)有的極區(qū)投影方式仍然不能完全適用于極區(qū)海圖的編 制及使用，其原因主要為:一是墨卡托投影海圖在極區(qū)長(zhǎng)度變形和面積變形較大，已無(wú)法使 用，即使通過(guò)調(diào)整基準(zhǔn)煒度等方式，也無(wú)法覆蓋南、北煒85°至90°的海區(qū)，并且單幅規(guī)格海 圖上的煒差范圍較小，不利于海圖應(yīng)用；二是日晷投影、正軸等角圓錐投影、正軸等角方位 投影、正軸等距方位投影、橫墨卡托投影、等角斜軸圓柱投影等投影的公式復(fù)雜，公式反解 困難，投影變形較為復(fù)雜，十分不利于極區(qū)海圖編制與應(yīng)用，另外這些投影的經(jīng)煒線網(wǎng)形狀 與樣式也不利于海圖分幅設(shè)計(jì)、圖上經(jīng)煒度劃分及后期海圖應(yīng)用。
[0004] 基于這些原因，綜合考慮現(xiàn)有海圖編制與應(yīng)用各方面的要求，提出選用與墨卡托 投影較為相似的等距離正圓柱投影作為極區(qū)海圖投影。等距離正圓柱投影的優(yōu)勢(shì)主要為： 一是在極區(qū)海圖編制方面，其與墨卡托投影較為相似，具有經(jīng)煒線為直線且相互正交，投影 公式正反解簡(jiǎn)便，可覆蓋整個(gè)極區(qū)且單幅規(guī)格海圖圖幅煒差適中，極區(qū)在投影平面上顯示 清晰，投影變形適中且規(guī)律性較強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，便于海圖編制，另外可借鑒當(dāng)前墨卡托投影 海圖編制的主要方法，對(duì)極區(qū)等距離正圓柱投影海圖進(jìn)行編制;二是在極區(qū)海圖應(yīng)用方面， 其與現(xiàn)有海圖所采用的墨卡托投影較為相似，現(xiàn)有海圖部分應(yīng)用方法可直接或經(jīng)改進(jìn)后用 于此投影海圖，便于航海人員的實(shí)際應(yīng)用。
[0005] 但由于等距離正圓柱投影屬于任意投影，角度存在變形，長(zhǎng)度只有在經(jīng)線方向與 基準(zhǔn)煒度處無(wú)變形，在其他區(qū)域和其他方向均存在變形，這些變形使得實(shí)際角度、距離在圖 上無(wú)法直接表達(dá)出來(lái)，嚴(yán)重影響海圖使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題和不足，本發(fā)明實(shí)施例提供一種等距離正圓柱投影海 圖量讀方法。該方法計(jì)算量小、操作簡(jiǎn)單，可在等距離正圓柱投影紙質(zhì)海圖上快速將角度和 距離量讀出來(lái)，方便航海人員使用本海圖。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例的解決方案是：
[0008] 在等距離正圓柱投影平面內(nèi)，從等角航線方向的一側(cè)作出所述等角航線起點(diǎn)和終 點(diǎn)之間的經(jīng)線弧長(zhǎng)和煒線弧長(zhǎng)，所述經(jīng)線弧長(zhǎng)和所述煒線弧長(zhǎng)垂直正交于第一交點(diǎn)；
[0009] 確定所述煒線弧長(zhǎng)所處煒度的長(zhǎng)度變形比；
[0010]根據(jù)所述煒線弧長(zhǎng)的距離以及確定的長(zhǎng)度變形比，確定所述煒線弧長(zhǎng)的實(shí)際距 離，將所述第一交點(diǎn)確定為起點(diǎn)，按照確定的所述煒線弧長(zhǎng)的實(shí)際距離在所述煒線方向上 確定出第二交點(diǎn)，所述第二交點(diǎn)和所述第一交點(diǎn)的距離為所述煒線弧長(zhǎng)的實(shí)際距離；
[0011]連接等角航線的終點(diǎn)和所述第二交點(diǎn)，其連線的距離即為等角航線的距離，其連 線與所述經(jīng)線弧長(zhǎng)所成夾角即為等角航線的方位角。
[0012] 在本發(fā)明實(shí)施例中，結(jié)合等距離正圓柱投影的變形規(guī)律，通過(guò)構(gòu)造輔助線，將兩點(diǎn) 間經(jīng)線和煒線方向的實(shí)際距離在圖上展繪出來(lái)，再利用大地測(cè)量學(xué)中"小范圍內(nèi)的球面方 位角和球面距離可近似看作平面方位角和平面距離"這一特性，將實(shí)際角度和距離展現(xiàn)在 圖上，方便了圖上量讀。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0014] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種等距離正圓柱投影海圖的量讀方法流程示意圖；
[0015] 圖2A為本發(fā)明實(shí)施例提供的地球橢球面上等角航線微分三角形示意圖；
[0016]圖2B為本發(fā)明實(shí)施例提供的等距離正圓柱投影平面上等角航線微分三角形示意 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0018] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種等距離正圓柱投影海圖的量讀方法流程示意圖， 該方法可以應(yīng)用于海圖應(yīng)用方面。
[0019] 如圖1所示，本發(fā)實(shí)施例提供的一種等距離正圓柱投影海圖的量讀方法，包括以下 步驟：
[0020] 步驟101，在等距離正圓柱投影平面內(nèi)，從等角航線方向的一側(cè)作出所述等角航線 起訖點(diǎn)之間的經(jīng)線弧長(zhǎng)和煒線弧長(zhǎng)，所述經(jīng)線弧長(zhǎng)和所述煒線弧長(zhǎng)垂直正交于第一交點(diǎn)。
[0021] 步驟102,確定所述煒線弧長(zhǎng)所處煒度的長(zhǎng)度變形比。
[0022] 步驟103,根據(jù)所述煒線弧長(zhǎng)的距離以及確定的長(zhǎng)度變形比，確定所述煒線弧長(zhǎng)的 實(shí)際距離，將所述第一交點(diǎn)確定為起點(diǎn)，按照確定的所述煒線弧長(zhǎng)的實(shí)際距離在所述煒線 方向上確定出第二交點(diǎn)，所述第二交點(diǎn)和所述第一交點(diǎn)的距離為所述煒線弧長(zhǎng)的實(shí)際距 離。
[0023]步驟104,連接等角航線的終點(diǎn)和所述第二交點(diǎn)，其連線的距離即為等角航線的距 離，其連線與所述經(jīng)線弧長(zhǎng)所成夾角即為等角航線的方位角。
[0024]如圖2A所示，為本發(fā)明實(shí)施例提供的地球橢球面上等角航線微分三角形示意圖。 其中，E1E2和F1F2分別為地球橢球面上的兩條煒線，G1G2和H1H2分別為地球橢球面上的兩 條經(jīng)線，如圖所示，其分別相交于圖中的B、C、D和P點(diǎn)，其中DC為地球橢球面上的一條等角航 線，等角航線的方位角為A。
[0025]如圖2B所示，為本發(fā)明實(shí)施例提供的等距離正圓柱投影平面上等角航線微分三角 形示意圖，其與圖2A中的橢球面上等角航線微分三角形相對(duì)應(yīng)。其中，dc為圖2A中相對(duì)應(yīng)的 等角航線，等角航線的方位角為A，db為圖2A中相對(duì)應(yīng)的等角航線的煒線弧長(zhǎng)，be為圖2A中 相對(duì)應(yīng)的等角航線的經(jīng)線弧長(zhǎng)。
[0026]根據(jù)圖2A可以利用球面三角正切公式得出：
[0028]其中，dSBC為等角航線DC兩點(diǎn)間的經(jīng)線微分弧長(zhǎng)，dSDB為等角航線DC兩點(diǎn)間的煒線 微分弧長(zhǎng)，式（1)表示為利用兩點(diǎn)間的經(jīng)線微分弧長(zhǎng)和煒線微分弧長(zhǎng)求解方位角A(航向 角）。
[0029] 根據(jù)圖2B，可以將be之間的距離設(shè)置為Δχ，將db之間的距離設(shè)置為Ay。由于在等 距離正圓柱投影中，經(jīng)線方向上不存在長(zhǎng)度變形，煒線方向上存在長(zhǎng)度變形，設(shè)其長(zhǎng)度變形 比例為η，則b e之間的實(shí)際距離為Δ y /η。
[0030] 由此可以得到公式(2)和公式(3):
[0031] dSDB= Δ y/n (2)
[0032] dSBC= Δ χ (3)
[0033] 將公式(2)和公式(3)分別帶入公式(1)中，可以得到公式(4):
[0035]需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明實(shí)施例中，可以根據(jù)下列公式(5)確定煒線弧長(zhǎng)的長(zhǎng)度變 形比例為：
[0037] 其中，e2 = 0.00669438，Bo為海圖的基準(zhǔn)煒度，Β為煒線弧長(zhǎng)所處的圖上煒度。
[0038] 在公式（5)中，由于e2 = 0.00669438，
在75°~90°之間相差不大，可 以在公式(5)中消去，即公式(5)可以變換為公式(6)
[0040]其中，Bo為海圖的基準(zhǔn)煒度，B為煒線弧長(zhǎng)所處的圖上煒度。
[0041] 大地測(cè)量學(xué)中規(guī)定，在距離30公里以內(nèi)，球面距離與球面方位角可視為平面距離 與平面方位角。因此，在等距離正圓柱投影平面上，當(dāng)?shù)冉呛骄€處于小范圍內(nèi)（等角航線的 實(shí)際距離小于30公里）時(shí)，本發(fā)明所提方法成立。在具體的實(shí)際應(yīng)用中，可以首先利用現(xiàn)有 技術(shù)等距離正圓柱投影平面上等角航線"以直代曲"展繪方法，在等距離正圓柱投影海圖上 展繪出所畫的等角航線，保證其各分段的實(shí)際距離小于30公里，結(jié)合圖2B可得出具體的等 距離正圓柱投影海圖的量讀方法如下：
[0042]①如圖2B所示，在等距離正圓柱投影平面上，首先作出等角航線dc的經(jīng)線弧長(zhǎng)cb 與韓線弧長(zhǎng)db。
[0043] ②求出煒線弧長(zhǎng)db所處煒度的長(zhǎng)度變形比η。
[0044] ③量出煒線弧長(zhǎng)db的圖上距離，并除以長(zhǎng)度變形比η，求出be的距離，找到e點(diǎn)，并 連接ce。
[0045] ④量讀Zbce的夾角A，即可得出等角航線的方位角。
[0046] 在本發(fā)明實(shí)施例中，等角航線的距離為等角航線之間的子午線弧長(zhǎng)(經(jīng)線弧長(zhǎng))乘 以等角航線方位角的正割值，由圖2B所示，即為圖中的ce的距離，乘以海圖比例尺即為等角 航線的實(shí)際距離。利用等距離正圓柱投影平面上等角航線"以直代曲"展繪方法，在每一小 分段上做出量讀方位角的輔助線，將各小段的等角航線圖上距離相加，最后乘以海圖比例 尺即可得到整條等角航線的實(shí)際距離。
[0047] 綜上所述，由于所述煒線弧長(zhǎng)的變形距離和所處煒度的長(zhǎng)度變形比可以迅速確定 且計(jì)算量小，所作輔助線操作簡(jiǎn)單，因此，采用本發(fā)明實(shí)施例提供的方法，可在等距離正圓 柱投影海圖上快速實(shí)現(xiàn)方位和距離量讀，非常適用于紙質(zhì)海圖進(jìn)行航海作業(yè)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種等距離正圓柱投影海圖量讀方法，其特征在于，包括： 在等距離正圓柱投影平面內(nèi)，從等角航線方向的一側(cè)作出所述等角航線起點(diǎn)和終點(diǎn)之 間的經(jīng)線弧長(zhǎng)和煒線弧長(zhǎng)，所述經(jīng)線弧長(zhǎng)和所述煒線弧長(zhǎng)垂直正交于第一交點(diǎn)； 確定所述煒線弧長(zhǎng)所處煒度的長(zhǎng)度變形比； 根據(jù)所述煒線弧長(zhǎng)的距離以及確定的長(zhǎng)度變形比，確定所述煒線弧長(zhǎng)的實(shí)際距離，將 所述第一交點(diǎn)確定為起點(diǎn)，按照確定的所述煒線弧長(zhǎng)的實(shí)際距離在所述煒線方向上確定出 第二交點(diǎn)，所述第二交點(diǎn)和所述第一交點(diǎn)的距離為所述煒線弧長(zhǎng)的實(shí)際距離； 連接等角航線的終點(diǎn)和所述第二交點(diǎn)，其連線的距離即為等角航線的距離，其連線與 所述經(jīng)線弧長(zhǎng)所成夾角即為等角航線的方位角。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括： 根據(jù)下列公式確定所述煒線弧長(zhǎng)所處煒度的長(zhǎng)度變形比：其中，Bo為基準(zhǔn)煒度，B為所述煒線弧長(zhǎng)所處圖上煒度。3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括： 所述煒線弧長(zhǎng)的實(shí)際距離等于所述煒線弧長(zhǎng)的變形距離與所述長(zhǎng)度變形比的比值。
【文檔編號(hào)】G06T11/20GK105869195SQ201511027084
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2015年12月18日
【發(fā)明人】彭認(rèn)燦, 張志衡, 董箭, 褚永磊
【申請(qǐng)人】彭認(rèn)燦