通常情況下,在地球表面的乙個小範圍區域,投影變形較小,我們用平面面積代替球面面積,兩點間的弧長等效為兩點間的距離,兩條相交的曲線間的夾角等效為兩線段間的夾角。經證明:當邊長小於200km時,橢球面上三角形的解算完全可以在平面上進行。此時,橢球面三角形與球面三角形各對應角的差異小於0.001秒,邊長差異則小於1mm。
但如果是地理跨度比較大的區域,投影變形較大,用平面面積代替曲面面積將帶來不容忽視的誤差,此時就要對曲面面積進行求解。
(1)三角形面積:已知三角形的三個點座標,可計算出三條邊的長度,ab=a bc =b ac=c p=(a+b+c)/2,由海**式,面積s=sqrt(p*(p-a)(p-b)(p-c))。
積分面積如圖所示:
兩者的結果是一樣的。實際上,我們所熟知的面積公式都是通過積分來推導的。
但是如果圖形再複雜一點,如多邊形。我們就無法通過簡單的面積公式來計算了,此時,我們可以通過分割和填補的思想進行解算。
(2)多邊形面積:多邊形面積一般通過分割和填補的思想進行解算,對於任意n條邊的凸多邊形,總是可以劃分為n-2個三角形,或者劃分為規則的四邊形和三角形,我們針對不同的部分分別計算面積,然後進行求和。
但是如果遇到不規則圖形,我們就無法通過簡單的分割計算出面積,此時,我們就需要通過積分來實現。
(3)不規則圖形的面積
已知解析式時,如下圖所示:可以直接通過微積分的方式進行解算。
則圖中的面積可表示為:
在不知道解析式的情況下,比如一條封閉曲線構成的區域,我們通常規定乙個正方向(如x軸正方向),在此方向上的最大值和最小值之間,根據一定的步長dx,在這段曲線上內插出n個點,使得乙個封閉的曲線變成封閉的折線。然後對每段折線求積分,正向積分值取正,反向取負,對這n段的折線積分值求和,即為該該封閉曲線的面積。
當把地球當作球體來處理時,我們可以將曲面用測地線進行分割,按照球面三角形的面積公式對每個分割三角形求取面積,所有球面三角形的面積之和即為所求曲面面積。
其中a,b,c為球面三角形的三個角,r為球體半徑。
任意曲面面積的解算,按照平面上求取不規則圖形面積的方法,取曲面上的4個點,就可以連線成乙個梯形。我們就可將曲面劃分為n個小梯形,求取n個小梯形的面積,求和就得出該曲面的面積。
已知解析式時,根據第二類曲面積分
曲面面積可以表示為:
式中,da就是分割小平面圖形的面積,zx(x,y),zy(x,y)在x和y方向上的偏導數,cosθ為切平面與投影面的夾角。
空間點到直線垂足座標的解算方法
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