3.5我国常用的地图投影选择3.5.1高斯-克吕格投影

3.5我国常用的地图投影选择
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我国基本比例尺地图常用的投影系统主要有两类,即比例尺小于或等于1:100万时采用正轴等角割圆锥投影,1:1万至1:50万的地形图全部采用高斯-克吕格投影。1:2.5万至1:50万的地形图,采用6°分带方案,全球共分为60个投影带;我国位于东经72°到136°之间,共含11个投影带。1:1万比例尺地图采用3°分带方案,全球共120个投影带。
3.5.1高斯-克吕格投影
1.高斯-克吕格投影的概念
以椭圆柱面作为投影面,并与椭球体面相切于一条经线上,该经线即为投影带的中央经线,按等角条件将中央经线东西一定范围内的区域投影到椭圆柱表面上,再展开成平面,便构成了横轴等角切椭圆柱投影(如图3-22所示)。该投影早在19世纪20年代由德国的数学家、物理学家、天文学家高斯(C.F.Gauss,1777—1855)最先设计,后又于1912年经德国的克吕格(J.Kruger,1857—1923)对投影公式加以补充完善,故后人称该投影为高斯-克吕格投影。
高斯-克吕格投影满足的基本条件如下: .
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在中央经线(椭圆筒和地球椭球体的切线)和赤道投影成垂直相交的直线。
投影后没有角度变形(即经纬线投影后仍正交)。
中央经线上没有长度变形,等变形线为平行于中央经线的直线。
根据上述3个条件,即可导出高斯投影的直角坐标基本公式:
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式中:X、Y为平面直角坐标系的纵、横坐标;
φ,λ为椭球面上地理坐标系的经纬度(分别自赤道和投影带中
央经线起算),以弧度计;
S为从赤道至纬度φ的子午线弧长;
寿星图N为纬度φ处的卯酉圈曲率半径(可据纬度由制图用表查取);
n即n2=e'2cos2φ,其中e'2=(a2-b2)/b2,为地球的第二偏心率,
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a、b分别为地球椭球体的长短半轴。
2.投影的变形分析与投影带的划分
高斯投影没有角度变形,面积变形是通过长度变形来表达,其长度变形的基本公式为:
高斯-克吕格投影的中央经线和赤道为互相垂直的直线,其他经线均为凹向并对称于中央经线的曲线,其他纬线均为以赤道为对称的向两极弯曲的曲线,经纬线成直角相交。在这个投影上,角度没有变形。中央经线长度比等于1,没有长度变形,其余经线长度比均大于1,长度变形为正,距中央经线越远变形越大,最大变形在边缘经线与赤道的交点上(见表3-2);面积变形也是距中央经线越远,变形越大。为了保证地图的精度,采用分带投影方法,即将投影范围的东西界加以限制,使其变形不超过一定的限度,这样把许多带结合起来,可成为整个区域的投影,如图3-23所示。
高斯-克吕格投影的变形特征是:在同一条经线上,长度变形随纬度的降低而增大,在赤道处为最大;在同一纬线上,长度变化随经差的增加而增大,且增大速度较快。在6°带范围内,长度最大变形不超过0.14%。
表3-2高斯-克吕格投影6°投影带内的长度变形值
经差
变形值0°1°2°3°
90°0 0.00000 0.00000 0.00000 80°0 0.00000 0.00002 0.00004 70°0 0.00002 0.00004 0.00006 60°0 0.00004 0.00015 0.00034 50°0 0.00006 0.00025 0.00057 40°0 0.00009 0.00036 0.00081 30°0 0.00012 0.00046 0.00103 20°0 0.00013 0.00054 0.00121 10°0 0.00014 0.00059 0.00134 0°0 0.00015 0.00061 0.00138
戴力扬为了控制投影变形不致过大,保证地形图精度,高斯投影采用分带投影方法,即将投影范围的东西界
加以限制,使其变形不超过一定的限度。我国规定1:2.5万至1:50万的地形图均采用经差6°分带,大于或等于1:1万比例尺的地形图采用经差3°分带。
6°分带法从格林尼治零度经线起,自东半球向西半球,每经差6°分为一个投影带,如图3-23所示。
东半球的30个投影带从0°算起往东划分,即东经0°〜6°,6°〜12°,…,174°〜180°,用阿拉伯数字1〜30予以标记。各投影带的中央经线位置,可用下面的公式计算(式中n为投影带带号):L0=(6n-3)°
西半球的30个投影带从180°算起,回到0°,即西经180°〜174°,174°〜168°,,…,6°〜0°。各带的带号为31〜60,各投影带中央经线的位置可用下面的公式计算(式中n为投影带带号):L0=360°-(6n-3)°
我国领土位于东经72°〜136°之间,共包括11个投影带,即13〜23带,.各带的中央经线分别为75°,81°,…,135°。
3°分带法从东经1°30'算起,每3°为一带,将全球划分为120个投影带,即东经1°30'〜4°30',4°30'〜7°30',…,东经178°30'至西经178°30',…,西经1°30'至东经1°30'。其中央经线的位置分别为3°,6°,9°,…,180°,西经177°,…,3°,0°。这样分带的目的在于使6°带的中央经线均为3°带的中央经线,即3°带中有半数的中央经线同6°带重合,在从3°带转换成6°带时,

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