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区域有多远的地方,可以使用公式来计算面失真?

#1 楼

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的球面距离,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。因此:


比例因子是0.9996到中心子午线(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,请考虑通过从(lon,lat)=(( lambda,phi)沿经度mu直向中央子午线,沿着那个子午线到最近的极点,然后沿着lambda子午线回到原始点。第一圈是直角,第二圈是λ-mu角。沿最后一部分行进的量为90 phi度。应用于此三角形的正弦球定律陈述


sin(λ-mu)/ sin(距离)= sin(90度)/ sin(90-phi)


带解决方案


距离= ArcSin(sin(lambda-mu)* cos(phi))。


此距离以角度给出,便于计算割线。

示例

考虑UTM区域17,中央子午线位于-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:面积畸变等于(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%:这与椭球的展平度在数量级上相同,表明误差是由于球面近似引起的。)

近似值

要了解面积如何变化,我们可以使用一些三角恒等式简化整体表达并将其扩展为lambda-mu(点的经度与UTM中央子午线的经度之间的位移)。可以算出


面积比例因子〜0.9992 *(1 + cos(phi)^ 2 *(lambda-mu)^ 2)。


与所有此类扩展一样,λ角度必须以弧度为单位。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,我们推断出(即使不知道正确的值)其误差不能大于(0.009387)^ 2 =小于0.0001(实际上误差仅为该大小的五分之一)。 br />
从此分析中可以明显看出,在高纬度(cos(phi)小)处,尺度误差将始终很小;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。

评论


我总能指望您给您一个深思熟虑的答案

– kenbuja
2012年8月20日在13:51



+1拥有真正的肉真是太好了。我的数学难题大脑需要一个附带的视觉系统来帮助解释定量结果,这是天梭(Tissot Indicatrix)的东西。 (我本来要添加“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
2012年8月29日19:44

TI不会显示太多,直到您远离该区域为止,@ Matt:它看起来像TI的墨卡托投影一样(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。)

– hu
2012年8月29日在20:44

#2 楼

GeographicLib的工具GeoConvert

http://geographiclib.sf.net/html/GeoConvert.1.html

允许UTM区域之间有大量重叠(具体来说,转换为
如果产生的东移在[0km,1000km]范围内,则允许相邻区域。 GeoConvert还可以报告子午线的收敛性和比例,并且,如其胡闹所指出的那样,区域失真是比例的平方。

例如,您的“主要”区域是42,并给定一个点

41N 755778 3503488

(坎大哈大学),它位于42区以西约29公里处。 42,使用

echo 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
==> -1.73405 1.0008107

所以面积失真为1.0008107 ^ 2 = 1.0016221。