접지 단면 경로는 접지 타원체와 평면의 교차점에 의해 정의되는 지구의 경로다. 지구 단면의 일반적인 예로는 대 타원 및 일반 단면이 있다. 혁명의 타원체에서 측지학적 문제의 해결은 여기에서 논의된다. 소위 "선"이라고 불리는 이러한 것들은 일반적으로 평면 곡선이[a] 아니기 때문에 섹션은 대략적인 해법일 뿐이다. 그럼에도 불구하고, 이 페이지는 관련된 모든 평면 문제를 해결하기 위한 통일된 방법을 제공하고, 그것들이 지오데믹스와 어떻게 비교되는지 보여주는 예를 제공한다.
접지 단면의 간접적인 문제는 다음과 같다: 기준 타원체 표면에1}, 2 {\ P p 그리고 그 곡선의 출발과 도착 방위각(진정한 북쪽으로부터의 각도), 1 } 및 2 2}}. 오른쪽의 그림은 여기서 사용하는 표기법을 잘못 해석한다. 에 측지학적 위도 k 와 경도 k=1,2)를 두도록 한다. 이 문제는 지구 중심, 지구 고정(ECEF) 데카르트 좌표에서 분석 기하학을 사용하여 가장 잘 해결된다. Let and be the ECEF coordinates of the two points, computed using the geodetic to ECEF transformation discussed here.
이것은 여기서 논의된 측지학적 문제에 사용된 표기법을 잘못 이해한다.
횡단면
단면 평면을 하려면 R 1 1}부터 R2 {\}}사이의 라인에 없는 세 번째 점 을 선택하고 0 을 선택하여 P 에서 일반 단면을 정의한다. R 이 원점이라면 접지 단면이 위대한 타원이다. (원점은 2개의 항정신병 포인트와 함께 선형이 될 수 있으므로 이 경우 다른 포인트를 사용해야 한다.) 에 대한 선택이 무한히 많기 때문에 위의 문제는 실제로 문제의 한 종류(각 평면당 하나씩)이다. 을(를) 제공하십시오. To put the equation of the plane into the standard form, , where , requires the components of a unit vector, , normal to the section plane. 이러한 구성 요소는 다음과 같이 계산할 수 있다. The vector from to is , and the vector from to is . Therefore, ), where is the unit vector in the direction of }. 여기서 사용되는 방향 규약은 가 경로 왼쪽을 가리키는 것이다. If this is not the case then redefine . Finally, the parameter d for the plane may be computed using the dot product of with a vector from the origin to any point on the plane, such as , i.e. . The equation of the plane (in vector form) is thus , where is the position vector of .
방위각
Examination of the ENU to ECEF transformation reveals that the ECEF coordinates of a unit vector pointing east at any point on the ellipsoid is: , a unit vector pointing north is , and a unit vector pointing up is . A vector tangent to the path is: so the east component of is , and the north component is . Therefore, the azimuth may be obtained from a two-argument arctangent function, . Use this method at both and 1 및
단면 타원
평면과 타원형의 교차점은 타원이다. 따라서 P 1}부터 P2 {\}}까지의 단면 경로에 있는 호 길이(는 잘린 직렬 또는 숫자 통합을 사용하여 원하는 정확도로 계산할 수 있는 타원 적분이다. 이 작업을 수행하기 전에 타원을 정의하고 통합의 한계를 계산해야 한다. Let the ellipsoid given by , and let = 인 경우 섹션은 1- d 2}}{}}:2 > b {\이면 해결책이 없다.
If then Gilbertson[1] showed that the ECEF coordinates of the center of the ellipse is , where ,
the semi-major axis is , in the direction , and the semi-minor axis is , in the direction , which has no solution if .
호 길이
위 참조 논문에서는 밀리미터 정확도에 대한 호 길이를 계산하기 위해{\개의 중심 각도와 힘을 포함하는 호 길이 공식에 대한 유래를 제공하며, 서 = - ) 2 그 호 길이 공식은 이 될 수 있다earranged and put into the form: , where )}}과와) 계수는
To compute the central angle, let be any point on the section ellipse and . Then is a vector from the center of the ellipse to the point. The central angle is the angle from the semi-major axis to . Letting , we have . In this way we obtain and .
반면, 단면 타원 매개변수가 스피로이드 매개변수보다 사용된다면 보다 일반적인 사례에서 Meridian 호 공식을 사용할 수 있다. 그러한 급속한 수렴 영상 시리즈 중 하나는 파라메트릭 위도 측면에서 시리즈로 주어진다. If we use to denote the spheroid eccentricity, i.e. , then ≤ ≅ 1.8e-9. 이와 유사하게 섹션 타원의 세 번째 평탄화는 스페이드로이드에 대한 해당 값에 의해 제한되며, 스페이드로이드의 3 n^{ ≅ 4.4e-9, ≅ 7.3e-12가 있다. 따라서 파라메트릭 위도 시리즈에서 B 을 초과하는 항은 무시해도 충분할 수 있다. 방법) == + 2( 0 + 2 2+ 4 + 6 ) s in the current context requires converting the central angle to the parametric angle using , and using the section ellipse third flattening. 어떤 방법을 사용하든 } & 2 } 또는 1 & 2 }를 사용할 때는 두 점을 연결하는 짧은 호가 사용되도록 주의해야 한다.
직접적인 문제
직접적인 문제는 P { 거리 s 출발 방위각 P 2}}, 도착 방위각}}.
횡단면
문제에 대한 답은 0 의 선택 즉 섹션 유형에 따라 달라진다. Observe that must not be in span{} (otherwise the plane would be tangent to the earth at , so no path would result). 그러한 선택을 한 후, 오리엔테이션을 고려하여 다음과 같이 진행한다. Construct the tangent vector at , , where 1 은(는) P 에서 북쪽과 동쪽을 가리키는 단위 벡터다 정상 벡터 = i ( 0× ^ {\{})와 함께 평면을 정의한다 즉 목적지를 알 수 없기 때문에 접선이 화음을 대신한다는 것이다.
2 찾기
이는 span{ ^^,{\{\의 2-d 문제인데, 위의 호 길이 공식의 도움으로 해결된다. 호 길이, 가 주어지면 문제는 중앙각 θ 에서 해당하는 변화를 찾아 = + }=\을 계산하고 위치를 계산하는 것이다. = () 을(를) 제공하는 시리즈가 있다고 가정할 때, 지금 우리가 찾는 은 2 = - ( s + {\{2이다 위의 중심 각도 호 길이 시리즈의 역행은 간신을 학점하는 [2]랍 1권 8a페이지에서 찾을 수 있다.[3] 사용의 대안은 newton 에 대한 뉴턴의 연속 근사법을 사용하는 것이다타원체의 역 자오선 문제는 모수각 측면에서 베셀의 호 길이 시리즈에 역행하는 것을 제공한다. Before the inverse series can be used, the parametric angle series must be used to compute the arc length from the semi-major axis to , . Once is known apply the inverse formula to obtain, where . Rectangular coordinates in the section plane are . So an ECEF vector may be computed using . Finally calculate geog 2 {\}}= ECEF_to_Geo) displaysty}을([4]를) 통한 raphic 좌표 또는 여기에서 Bowring의 1985 알고리즘을 사용한다
방위각
Azimuth may be obtained by the same method as the indirect problem: and }} }}
예
뉴욕과 파리를 연결하는 다양한 구간의 지오데틱 편차를 표시한다.
위대한 타원
큰 타원은 타원체와 그 중심을 통과하는 평면을 교차하여 형성된 곡선이다. 따라서 위의 방법을 사용하려면 R 을(를) 으로 = R 1 {\ \ {} =\ { 1 {\displaystyle }의 위치 벡터). 이 방법은 구면 삼각법의 난해하고 때로는 모호한 공식을 피하고, 보링의 공식에 대한 대안을 제공한다.[5] 스피로이드에서 두 점 사이의 가장 짧은 경로는 지오데틱으로 알려져 있다. 그러한 경로는 미분 기하학을 사용하여 개발된다. 적도와 경맥은 지질학적으로도[b] 훌륭한 타원이다. 큰 타원과 5,000해리 길이의 해당 지오데틱 사이의 최대 길이 차이는 약 10.3m이다. 이들 사이의 측면 편차는 3.7해리만큼 클 수 있다. 두 지점을 연결하는 정상적인 구간은 큰 타원보다 지오데스에 더 가까울 것이다. 단, 길이 적도에 닿지 않는 한 말이다.
On the WGS84 ellipsoid, the results for the great elliptic arc from New York, = 40.64130°, = -73.77810° to Paris, = 49.00970°, = 2.54800° are:
} = 53.596810°, 2 \ \}}= 111.537138°, s = 5849159.753(m) = 3158.293603603(nm). 지오데틱에 해당하는 숫자는 다음과 같다.
직접 문제에 대한 섹션 유형에 대한 의존성을 설명하려면 출발 방위각과 트립 거리를 위의 지오데틱의 거리로 하고 큰 타원을 사용하여 직접 문제를 정의하십시오. 이 경우 도착 지점은 ϕ = 49.073057°, }}= 2.586154°, 위에서 정의한 파리 도착지점에서 약 4.1nm 떨어져 있다. 물론 출발 방위각과 큰 타원형 간접 문제로부터의 거리를 사용하면 목적지 를 적절하게 파악할 수 있을 것이며, 2 = l 2 }}= 2.54800°, 도착 방위각 = 111.537138°
시드니에서 방콕을 연결하는 다양한 구간의 지오데틱 편차를 표시한다.
일반 단면
}의 정상 섹션은 V = 1 에서 표면 정규)로 설정하여 결정한다. 역수 정규 섹션으로 알려진 또 다른 정규 섹션은 P }}에서 표면 정규 섹션 사용에서 비롯된다 두 점이 모두 동일한 평행 또는 동일한 자오선에 있지 않는 한 역수 정규 섹션은 정상 섹션과 다른 경로가 될 것이다. 위의 접근방식은 Bowring과 같은 다른 접근방식에 대한 대안을 제공한다.[7] 이러한 맥락에서 용어 라인의 의미에 대한 논의뿐만 아니라 측량에서 정상 섹션의 중요성은 Deakin, Sheppard, Ross에 의해 논문에 제시되었다.[8]
On the WGS84 ellipsoid, the results for the normal section from New York, = 40.64130°, = -73.77810° to Paris, = 49.00970°, = 2.54800° are:
} = 53.521396°, 2 }}= 111.612516°, = 5849157.595(m) = 3158.292438(nm). 뉴욕에서 파리까지의 상호 정상 구간의 결과는 다음과 같다.
정상 구간과 5,000해리 길이에 해당하는 지오데틱 사이의 최대 길이 차이는 약 5.9m이다. 그들 사이의 측면 편차는 2.8해리만큼 클 수 있다.
직접 문제에 대한 섹션 유형에 대한 의존성을 설명하려면 출발 방위각 및 트립 거리를 위의 지오데틱 거리만큼 하고 NY에서 표면 정규를 사용하여 직접 문제를 정의하십시오. 이 경우 도착점은 ϕ 2}} =.017378°, , = 2.5526°이며, 위에서 정의한 도착 지점에서 약 1/2 nm 떨어져 있다. 물론 출발 방위각과 정상 구간 간접 문제로부터의 거리를 이용하면 파리의 목적지를 제대로 찾을 수 있을 것이다. 아마도 직접적 문제는 도착 지점을 알 수 없을 때 사용되지만 원하는 벡터 V 아무거나 사용할 수 있을 것이다. 예를 들어 파리에서 인 표면 {\49.00778°, 2 }}= 2.546842°의 도착점을 나타내며, 위에서 정의된 도착점이다. 레이캬비크에서 표면 정상(아직도 파리로 가는 지오데틱의 출발 방위각과 트립 거리를 사용하는 동안)을 사용하면 파리에서 약 347nm 떨어진 곳에 도착하게 되며, 취리히에서의 정상값은 5.5nm 이내가 된다.
지오데틱에 더 가까운 구간을 탐색한 결과 다음 두 가지 예가 나왔다.
20° 위도에서 시작하는 섹션에 대해 방위각과 함께 지오데틱 편차가 어떻게 변화하는지를 보여준다.
평균 정규 섹션
The mean normal section from to is determined by letting . 이것은 항공이나 항해를 위한 P }부터}}까지의 지오데틱에 대한 좋은 근사값이다.평균 정상 구간과 5,000해리 길이의 해당 지오데틱 사이의 최대 길이 차이는 약 0.5m이다. 그들 사이의 가로 방향 편차는 약 0.8해리밖에 되지 않는다. 길이 1000해리 경로의 경우 길이 오차는 1mm 미만이며, 최악의 경우 가로 방향 편차는 약 4.4m이다. WGS84에서 뉴욕에서 파리까지 예제를 계속하면 평균 정상 섹션에 대해 다음과 같은 결과가 나온다.
The midpoint normal section from to is determined by letting = the surface normal at the midpoint of the geodesic from to . This path is only sligh평균 정상 단면보다 지오데믹에 더 가까이 접근한다. 중간점 정상 구간과 5,000해리 길이의 해당 지오데틱 사이의 최대 길이 차이는 약 0.3m이다. 그들 사이의 최악의 경우 가로 방향 편차는 약 0.3해리이다.
Finishing the example from New York to Paris on WGS84 gives the following results for the geodesic midpoint normal section: = 53.506207°, = 111.627697° and = 5849157.545 (m) = 3158.292411 (nm).
토론
오른쪽 차트에 사용된 모든 횡단 경로는 위의 간접적인 방법을 사용하여 정의되었다. 세 번째와 네 번째 차트에서 단자점은 주어진 거리와 초기 방위각의 지오데틱에 대한 직접 알고리즘을 사용하여 정의되었다. 각 섹션에서 일부 점을 선택했고, 지오데틱에서 가장 가까운 점을 배치했으며, 이들 사이의 거리를 계산했다. 이 거리는 지오데틱으로부터의 가로 편차 또는 간략한 지오데틱 편차로 설명되며, 오른쪽의 차트에 표시된다.
첫 번째 차트는 큰 타원이 특이치인 중간위도 사례의 전형이다. 적도에서 가장 멀리 떨어진 지점과 관련된 정상 구간은 이러한 경우에 좋은 선택이다.
두 번째 예는 더 길고 전형적인 적도 횡단 사례로, 큰 타원이 정상 구간을 능가한다. 그러나 두 개의 정상 구간은 지오데틱의 반대편에서 벗어나 평균 정상 구간을 여기에서 선택하는 것이 좋다.
세 번째 차트는 북위 20도에서 시작되는 초기 지오데틱 방위각과 지오데틱 편차가 어떻게 다른지 보여준다. 5000해리 길이의 정상 구간에서 최악의 경우 편차는 약 2.8nm이며 북위 18°에서 132°의 초기 측지 방위각(남위 48° 방위각)에서 발생한다.
네 번째 차트는 적도에서 출발할 때 세 번째 차트가 어떻게 보이는가이다. 적도에는 90°와 270° 방위각의 구간도 측지학이기 때문에 대칭이 더 많다. 따라서 네 번째 차트는 24개 중에서 15도 간격의 구별되는 선만 7개 보여준다. 구체적으로는 방위 15, 75, 195, 255의 선들이 일치하며, 반대편의 105, 165, 285 및 345의 선들이 내측(지오디텍스 제외)으로 가장 일치한다. 다음으로 4개의 지오데틱 선에서 가장 먼 동시선은 방위 30, 60, 210, 240이고 한쪽은 120, 150, 300, 330이다. 바깥쪽 대부분의 선은 방위각 45개, 한쪽은 225개, 다른 한쪽은 135개, 315개다. 출발점이 북쪽으로 이동함에 따라 방위각 90과 270의 선은 더 이상 지오디지컬이 아니며, 다른 동시선은 최대 편차가 달성되는 위도 18°까지 분리되어 팬아웃된다. 이 점을 넘어서면 초기 지점이 북쪽으로 진행되면서 편차가 일본 팬처럼 수축한다. 따라서 84° 위도에 의해 정상 섹션의 최대 편차는 약 0.25 nm이다.
중간점 정규 구간은 항상 (대부분) 좋은 선택이다.
교차점
Let two section planes be given: , and . Assuming that the two planes are not parallel, the line of intersection is on both planes. N = 2 times \mathbf {\_{1}\} _2}}.
Since and are not collinear , , is a basis for . Therefore, there exist constants and such that the line of intersection of the 2 planes is given by 여기서 t는 독립적인 매개 변수다.
Since this line is on both section planes, it satisfies both: , and
Solving these equations for and gives , and .
Define the "dihedral angle", , by . Then , 및 =( d - d ) ν 2}={\}-1}}\
On the intersection line we have , where . Hence: , , and , where , , and . and ,,), for i=1,2,3.
To find the intersection of this line with the earth, plug the line equations into , to get 여기서 = l + + 2 3 }, , {.
따라서 이 은 =- B± - A t에서 지구를 교차한다 B < {\ B 그러면 교차점이 없다. = B인 경우 선이 =- B/ t즉, 단면들이 해당 단일 지점에서 교차함)에서 접선된다.
displaystylemathbf _{1} 및 N ^ 2 {\_{2}}: 콜린어가 아닌지 확인하십시오 T를 = + 3 에 연결하면 접지 섹션의 교차점이 표시된다
예
뉴욕에서 파리까지의 구간이 그리니치 자오선과 교차하는 곳을 찾아라. 기본 자오선의 평면은 = ( 1, ) = 및= 로 설명할 수 있다 결과는 다음과 같다.
교차점
단면
위도
그레이트 엘립스
49.634970°
정상
49.637377°
평균 정규 분포
49.637568°
역수
49.637759°
중간점
49.637862°
극한 위도 및 고도
최대(또는 최소) 위도는 단면 타원이 단일 점에서 평행선을 교차하는 곳이다. 문제를 설정하려면 N =( l, , ) }}=(,n)}, d 1 = d 을(를) 지정된 섹션 평면이 되도록 한다. 평행도는 N^= ( ) }} = (1 = 0이며, 서 0은 교차가 하나만 있도록 된다. Applying the intersection method above results in , , , and , since The resulting linear equations become , , and , where , , and 을(를) 결정한다. 결과 2차 계수는 A= + = 2 }이다., , . Therefore the intersection will result in only one solution if 교류}, 그러나 B=0{B=0\displaystyle}, A>0{\displaystyle A>0}[c], 임계 방정식이 되C=0{C=0\displaystyle}. 이 방정식과 Ez02− 2Fz0+G형태로 투입될 것=0{\displaystyle Ez_{0}^{2}-2Fz_{0}+G=0}, E=2b2p2+n. 2{), , and . Therefore, provides the distance from the origin of the desired para일렬 평면 Plugging into gives the values for and . Recall that so , are 교차로에 남아 있는 좌표 그런 다음 ECEF_to_Geo 변환을 사용하여 지리 좌표를 계산할 수 있다.
경맥에도 같은 방법을 적용해 극도의 경도를 찾을 수 있지만, 경도의 모듈화 특성 때문에 결과를 해석하기가 쉽지 않다. 그러나 결과는 항상 다음과 같은 접근법을 사용하여 검증할 수 있다.
The simpler approach is to compute the end points of the minor and major axes of the section ellipse using , and 을(를) 누른 다음 지리 좌표로 변환하십시오. 두 평면의 교차선은 한 평면을 다른 평면에 매핑하는 좌표 회전의 고정점 집합, 즉 회전 축으로 구성된다는 것을 여기서 언급할 가치가 있을 수 있다.
^적도 경로는 한 점까지의 지오디컬이다. 예를 들어 적도에서 180° 떨어져 있는 두 지점을 연결하는 지오데틱은 극을 넘는 자오선 경로인 반면, 적도는 여전히 큰 타원이다. 사실 이 경우에는 아주 많은 훌륭한 타원이 있는데, 그 중 두 가지만이 지질학이다. 짧은 호의 경우 지오데스와 큰 타원이 일치한다. 그럼 어느 시점에서 바뀌었을까? Rapp은 179° 23' 38.18182"[6]로 답을 계산한다. 그 때 지오데틱은 적도에서 벗어나기 시작하고 180°가 되면 극까지 가게 된다.
^Rapp, R. H. (1991), 기하학적 측지, 파트 I, 오하이오 주 유니브, hdl:1811/24333
^간신, V. V. (1969년) [1967년]지구 타원체 기하학. Wilis가 번역한 J. M. St. Louis: 항공 차트 및 정보 센터. doi:10.5281/zenodo.32854. OCLC 493553. Translation from Russian of Геометрия земного эллипсоида (Moscow, 1967)
^Bowring, B.R. (1985). "The accuracy of geodetic latitude and height equations". Survey Review. 28 (218): 202–206. doi:10.1179/sre.1985.28.218.202.
^Bowring, B.R. (1984). "The Direct and Inverse Solutions for the Great Elliptic Line on the Reference Ellipsoid". Bulletin Géodésique. 58 (1): 101–108. Bibcode:1984BGeod..58..101B. doi:10.1007/BF02521760.
^Rapp, R. H. (1993), 기하학적 지오디, 파트 II, 오하이오 주 유니브, hdl:1811/24409
^Bowring, B.R. (1971). "The normal section -- forward and inverse formulae at any distance". Survey Review. XXI (161): 131–136. doi:10.1179/sre.1971.21.161.131.
^Deakin, R. E.; Sheppard, S. W.; Ross, R. (2011). "The Black-Allan Line Revisited"(PDF). 24th Victorian Regional Survey Conference, Shepparton, 1–3 April 2011. Archived from the original(PDF) on 5 January 2012. Retrieved 3 February 2012.