子午线弧长正解展开通式及数学分析

子午线弧长公式通常表示为大地纬度B的级数展开式,其系数以第一偏心率e为参数,本文利用第三扁率n对公式进行重新推导,并将其表示为三角函数的3种形式:倍角形式、指数形式和二倍角形式。重新推导的公式中各系数中的分母值都明显变小,个别高阶项系数消失,结构简单、形式简洁。基于此,对3种表示形式的8阶展开式和10阶展开式进行截断误差分析,结果表明3种表示形式的8阶展开式精度最低也有毫米级,能满足日常的使用场景,而10阶展开式精度提高了至少2个数量级,能满足高精度的使用场景。在高精度的使用场景下,不同表示形式的子午线弧长公式具有不同的实用性,分析表明在0°N—30°N低纬度地区推荐使用三角函数的指数形式,在30°N—55°N中纬度地区推荐使用三角函数的二倍角形式,而在55°N—90°N高纬度地区推荐使用三角函数的倍角形式。

基于第二类椭圆积分的子午线弧长公式变换及解算

通过推导,将子午线弧长公式变换为基于第二类椭圆积分的两种形式:"形式Ⅰ"将子午线弧长公式表达为一个有理函数和第二类椭圆积分之和,建立了以大地纬度B为自变量的子午线弧长公式与第二类椭圆积分之间的关系;"形式Ⅱ"给出了以归化纬度μ为自变量、直接利用第二类椭圆积分计算子午线弧长的公式。利用此两种形式的子午线弧长公式,在Matlab中编写程序,调用第二类椭圆积分函数EllipticE(x,k)计算子午线弧长,精度和计算效率均优于经典算法。对CGCS2000所采用的地球椭球子午线弧长的计算表明,此两种形式的子午线弧长公式建立了子午线弧长公式与第二类椭圆积分的关系,结构简洁,易于展开,一定程度上完善了子午线弧长理论,且便于手工计算及计算机程序实现。

依不同纬度变量的子午线弧长正反解公式的级数展开

推导了以归化纬度、地心纬度解算子午线弧长的展开公式,同时又根据拉格朗日反演定理,得到了由子午线弧长反解归化纬度、地心纬度的直接公式。该组公式与子午线弧长正反解公式的大地纬度表达在结构形式上保持一致,进一步揭示了子午线弧长同3种纬度变量之间的内在联系。分析表明,基于归化纬度的子午线弧长解算与大地主题解算方法具有理论上的统一性,正反解精度均高于传统基于大地纬度的展开。

任意精度的子午线弧长递归计算

根据子午线弧长计算公式,推导出基于递归关系的任意精度的子午线弧长的一种新的计算方法,以及基于C/C++语言的子午线弧长具体方法的实现,最后在VC6.0中进行了验证。结果表明,该方法可满足不同精度要求的弧长计算。

等角纬度与子午线弧长变换的直接表达式

为了便于实现等角方位投影与椭球等距离圆柱或圆锥投影之间的变换,借助具有强大符号运算功能的计算机代数系统Mathematica,推导出了等角纬度和子午线弧长之间变换的直接表达式,进一步将表达式改进为适合电算的形式,并将其系数统一表示为关于椭球偏心率e和椭球第三扁率n的幂级数形式。通过算例分析表明:基于第三扁率n的幂级数表达式具有更紧凑的形式和更好的收敛性,且导出公式的计算误差分别小于10^(-7)″和10^(-8)m,可以满足大地测量和地图制图计算精度要求。

中国大地坐标系地球旋转椭球子午线弧长的严密精确解

由于椭球子午线弧长经典解存在3个缺陷,在大地测量学上会引入无法接受的误差.根据定积分的换元法,推导以大地纬度为自变量的地球旋转椭球子午线弧长精确解析解.按照2000中国大地坐标系、GRS 80和WGS 84所定义的2个基本椭圆常数(长半轴、短半轴),给出相应3种椭球子午线弧长.以椭圆第一偏心率为自变量,将解析解与文献[2]近似级数解做比较.研究结果表明,当椭圆第一偏心率较大时,文献[2]近似级数解的误差较大.在Matlab R2009b语言中,开发了2套命令文件.解析解为子午线弧长计算的实用化和误差控制提供了理论依据.

基于CGCS2000椭球的大地测量实用公式

针对目前已出版的文献中都没有给出有关2000中国大地测量坐标系统对应椭球(CGCS2000椭球)的实用公式,根据大地测量学中有关椭球计算和高斯投影的基本公式,使用CGCS2000椭球参数,给出多种常用计算公式的实用公式,包括子午圈曲率半径、卯酉圈曲率半径、子午线弧长、底点纬度、白塞尔大地主题解算的A、B、C等系数、高斯投影等,有些公式形式简单、使用方便,特别适合工程技术人员,有些公式有几种表示方法,适合理论推导和演算。每个公式都附有算例来验证其正确性,通过这些算例也能了解公式的适用性。

高精度底点纬度公式

本文利用逐次趋近的方法,导出了含至e^(14)项的底点纬度直接解算公式。在此基础上,给出了适用于我国1954年大地坐标系和1980年大地坐标系的实用公式。

复数高斯投影若干数学性质分析

为进一步研究基于复变函数表示的高斯投影解析公式及相关理论和定理,在高斯投影复变函数表示的基础上,给出高斯投影正解复数平行圈半径、长度比和子午线收敛角的新公式。其次推导出高斯投影和墨卡托投影、高斯投影和等角球平面投影的变换关系。最后对复数高斯投影的数学本质进行了分析,进一步丰富了高斯投影的复变函数理论。

一种新的无人机偏航航迹计算方法

针对某型无人机模拟操作软件航迹计算精度存在的不足,提出了一种基于椭圆正反解公式的新的航迹计算方法.根据大地坐标系与大地基准相关原理,利用微元分析法计算无人机偏航航迹,通过缩小时间间隔,计算出等高飞行的无人机在小偏航角情形下的航迹经纬度.仿真验证结果表明,该方法能准确地计算小偏航角状态下无人机的飞行航迹,并能正确地对无人机飞越极点和赤道等特殊情况进行航迹修正,可用于其他飞行器的偏航航迹计算.

子午线弧长公式的简化及通用高斯投影计算程序介绍

通过简化子午线弧长公式，给出适用于各种椭球的通用高斯投影实用公式，并简单介绍依此编制的通用高斯投影计算程序。

子午线弧长正反解表达式3种形式的解析

为了分析不同表达式在计算效率方面的影响,给出了子午线弧长的3种表达形式,将其展开系数改写为第三扁率n的表达形式,并对不同形式的子午线弧长的截断误差进行计算分析,选取合适的项数,给出展开式的实用公式。结果表明,基于n表示的子午线弧长,其系数在分数形式上看起来位数更少,形式更简单,更便于推广使用;当正解精度为毫米时,展开式只需保留前4项即可满足精度,当反解精度为0.0001″时,展开式只需保留前4项即可满足精度;对于3种表达形式,二倍角形式计算效率最高,因此建议在子午线弧长正反解过程中采用二倍角形式。

子午线弧长的计算方法及精度分析

计算子午线弧长除了采用经典的级数展开算法之外,还可通过数值积分与常微分方程数值解法进行求解。为评价各种算法的精度,本文选取大地纬度自0°—90°、间隔距离为1°、1'、1″的3组样本数据,分别基于传统算法、数值积分算法和常微分方程数值算法3大类11种算法计算得到各组样本所对应的子午线弧长结果,并从算法精度和运算速度两个方面对各种数值算法进行了分析与评价。实例表明三阶、四阶Runge-Kutta算法不仅精度高,而且运算效率是其他算法的2倍多,研究结果为计算子午线弧长的提供了有效的算法模型。

菜单式通用高斯投影计算程序(CASIOfx-4500P)

本文简化了子午线弧长公式 ,并将之用于各种椭球上的通用高斯投影计算 ,编写CASIOfx -4 5 0 0P计算器的菜单式通用高斯投影计算程序 ,以便一般测绘单位推广应用 1 980年国家大地坐标系。

椭球子午线弧长的一种计算方法

介绍一种子午线弧长的计算公式,依据该式对几种常用的椭球体进行了计算。计算结果表明,该法与椭圆积分计算式相比较,具有计算简单,能满足精度要求的优点。

弧长公式在坐标反算中的应用

文中通过分析子午圈弧长和平行圈弧长与高斯平面直角坐标的近似对应关系,以及子午线收敛角的影响,提出了根据两点的高斯平面直角坐标及其中一点的大地坐标,计算另一点大地坐标的方法,并编制了相应的AutoCAD计算程序。

高斯与墨卡托投影变换在船舶操纵模拟器中的应用

为了解决船舶操纵模拟器中不同投影方式海图的投影变换问题 ,应用幂级数展开理论和三角级数回求方法 ,给出了子午线弧长、等量纬度的直接正反解算法模型及高斯投影与墨卡托投影的相互转化算法 .这些算法具有非常高的计算精度 ,避免了迭代运算 。

大地问题中截面椭圆弧长的改进算法

为了避免大椭圆弧长算法中需要对球面方位角和极距角进行繁琐的象限判断问题,该文通过空间向量分析和椭球几何关系推导,给出了一种计算简洁、具有通用性的截面椭圆弧长算法。算例分析表明,该算法可以满足椭球面上两点间大地距离计算的应用需要,当大地距离小于2000km时,求得的截面椭圆弧长与较严密公式求得的大地线长的误差仅为厘米级。

子午线弧长公式的简化及其泰勒级数解释

通过引入椭球的第三扁率及高斯超几何函数,导出子午线弧长解算公式的简化形式,并给出其泰勒级数解释,进而根据拉格朗日余项理论估计其误差。以WGS-84椭球参数为例进行验证分析,结果表明简化后的子午线弧长公式精度提高显著,误差估计理论正确。

基于Romberg积分与牛顿迭代的高斯投影坐标正反算算法

提出一种基于Romberg积分和牛顿迭代的高斯投影坐标正反算算法,对子午线弧长数学模型进行求解,由子午线弧长数学模型构造求底点纬度的牛顿迭代算法。通过C#编程实现了高斯投影坐标正反算,并用一组模拟数据对其计算结果的精度进行了验证。经实例验证,该算法计算精度可靠,能够满足高斯投影坐标正反算工作需求。