![](/user_photo/_userpic.png)
книги из ГПНТБ / Демин В.М. Авиационная картография лекции
.pdf- 100 -
Для азимутальных проекций за ось плоскости принимается перпен дикулярная ей пряная* Нормальные азимутальные проекции обычно на зываются полярными, поперечные - экваториальными, а косые - гори зонтальными.
Авиационные карты составляются во всех трех указанных видах проекций.
§ 20. ОБЩИЕ УРАВНЕНИЯ РАВНОУГОЛЬНЫХ КАРТОГРАФИЧЕСКИХ ПРОЕКЦИЙ
При ревеняя авиационных задач используются главным образом рав ноугольные проекции и произвольные проекции с небольшими искажени ями углов. Карты равнопронежуточных проекций используются в качест ве справочных.
Зададимся целью получить общие уравнения равноугольных проек ций, из которых легко могут быть получены и уравнения равнопронежуточных проекций.
Рассмотрим общий случай. Представим себе глобус, на который на
несена |
сферическая |
система координат Ц? |
и Л с полюсами |
я |
||
|
(р и с .5 .1 ). |
Для простоты секущий коиус сориентируем относи |
|
|||
тельно |
глобуса так, |
чтобы его ось совпала |
о линией, проходящей че |
|||
рез полюса Pjf |
я |
Pg . |
Тогда малые круги сечения будут парал |
|
||
лельны |
экватору Q. Q’ в |
нормальной сферической системе координат. |
||||
Для получения |
общих уравнений проекций вами выбрана вспомога |
|
тельная коническая поверхность. Можно было бы взять цилиндр или не посредственно плоскость. Но цилиндрическая поверхность - это пре дельный случай конической, когда вершина конуса удаляется в беско нечность, а образующие становятся взаинно-параллельными линиями. Плоскость - второй предельный случай конуса, когда угод между об разующими равен 180°. Таким образом, использование вспомогатель ной конической поверхности позволяет решить задачу для общего случая.
При проектировании поверхности глобуса на боковую поверхность конуса сетка меридианов и параллелей сферической системы координат
|
- IOI - |
|
|
|
|
|
изобрази тся на плоскости |
наиболее простыни линиями, а иненно: ме |
|||||
ридианы - радиальными прямыми, сходящимися в центре под |
углом f t |
, |
||||
пропорциональным долготе |
( р и с .5 . 1 ) , а |
параллели - дугами |
кон |
|
||
центрических окружностей, |
радиусы которых |
р |
являются |
функциями |
||
широты f |
|
|
|
|
|
|
Уравнениями такой проекции в полярных координатах J ) |
и |
ft" |
в |
|||
общем виде являются соотношения: |
|
|
|
|
|
|
J>-i |
(f), |
|
(5 .1 ) |
|
|
JT=o£ |
А |
, |
|
|
|
|
|
|||
где |
оС - коэффициент пропорциональности. |
|
|
||
Найдем функциональную зависимость |
ради у са-вектор а р |
от широ |
|||
ты р |
и значение коэффициента |
оС |
. Для этого |
определим |
частные |
масштабы по главным направлениям. |
|
|
|
||
На |
сфере и плоскости меридианы ортогональны |
(перпендикулярны ) |
параллелям , значит, направления этих линий являются главными направ лениями в каждой точке проекции.
Частный масштаб |
по меридиану |
тп в |
данной точке карты равен от |
||||
ношению бесконечно |
малого о трезка меридиана на карте |
d p |
к соот |
||||
ветствующему |
бесконечно |
малому отрезку |
меридиана на |
глобусе К d f . |
|||
Поскольку с |
увеличением |
широты f |
радиус параллели |
р |
уменьша |
||
е т с я , положительному приращению |
d р |
будет соо тветствовать отри |
|||||
цательное - |
R d f . |
В р езул ьтате |
перед |
их отношением |
п оявляется |
||
знак минус: |
|
|
|
|
|
|
|
т |
= - |
d p |
|
|
|
|
(5 .2 ) |
R d f |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Подобным же образом найдем частный масштаб |
по |
параллели |
TL , |
||||
равный отношению бесконечно малого ее отрезка |
на |
к арте p |
d f t |
к |
|||
соответствующему бесконечно |
малому отрезку |
параллели на |
глобусe ' l d h |
||||
p d f _ |
|
р о /А |
_ |
р л |
|
(5 .3 ) |
|
П = |
|
|
|
|
|
|
' i d К |
't d k |
1 |
- 102 -
Но радиус параллели 1 — R COSy? . Поэтому
Р
( 5 .4 )
R cosip
Для получения равноугольной проекции необходимо иметь равенство частных масштабов по главным направлениям. Приравняв правые части выражений ( 5 .2 ) и ( 5 . 4 ) , подучим:
d p |
_ |
р о С |
|
R d |
р |
R cos ip |
|
или |
|
|
|
d p |
|
d |
ip |
|
|
oC |
(5 .5 ) |
c o s f
Проинтегрируем это дифференциальное уравнение:
После потенцирования будем иметь:
к ________
(5 .6 )
/“
4 3 % f )
- 103 -
Обозначим
Тогда
(5 .7 )
Таким образом, в конечном виде можем записать следующие общие уравнения равноугольных проекций:
У =оС Л •
Параметрами этих уравнений являются |
постоянные к и аС ; они |
||
называются |
п о с т о я н н ы м и |
п р о е к ц и и . |
|
Если в уравнение (5 .6) подставить |
р |
= 0, то получим: |
(5 .9 )
т .е . постоянная к численно равна радиусу экватора на проекции. Докажем, что постоянная оС представляет собой синус широты па
раллели, на которой имеет место наименьший частный масштаб. Для до казательства прологарифмируем выражение (5 Л):
dnn = dnf> + drioC -€ п R -d n cosy*.
Возьмем производную по р |
, помня, что сС |
и R - постоян |
|
ные величины: |
|
|
|
d(Pn п ) |
I |
d fi |
simp |
d p |
f> |
d y> |
cosp |
|
Подставит |
значение |
d f |
из выражения (5 .5 ): |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
оС |
+ sin f |
_ sin р - о с |
|
|
||||
|
|
d |
{£ п п ) |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
d f |
|
|
|
cos ip |
cos if |
cos <f |
|
|
|||
|
Приравняв |
последнее |
выражение к нулю, |
найдем экстремальное |
значе |
|||||||||
ние |
ip , |
которое |
обозначим |
через |
р 0 |
: |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Sin |
ipo -оС =0 , |
|
|
|
|
||
откуда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
оС = |
Sin |
ip0 . |
|
|
(5.10) |
|||
|
Вторая |
производная |
d!n П дает: |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
d 2 ( f i z n ) |
_ |
d |
|
sin ip - oC |
|
|
|||||
|
|
|
d |
f |
2 |
|
|
d f |
( |
COS ip |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
cos2ip + sin2 ip-оCsin f |
i -оC sin f |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
cos2ip |
|
|
cos2 ip |
|
|
|||
|
Так как oC= Sin f g, |
произведение dt Sin ip <■I |
и вся |
дробь |
||||||||||
i |
aC Sinip' |
Q |
Q соответстВует |
минимуму функции |
(5 .4 ) |
ПрИоС* Sin |
||||||||
C0Sz f |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таким образом, в равноугольной |
проекции |
постоянная сС |
равна |
||||||||||
синусу шроты параллели с наименьшим масштабом. |
|
|
|
|||||||||||
|
Если в |
выражение |
(5 .6) подставить |
ip = 90°, то получим |
|
f полюса = 0. Значит, в проекции полюс изображается точкой.
-105 -
§21. О ВЫБОРЕ ПОСТОЯННЫ! ПРОЕКЦИЯ
Выбор параллелей, по которым вспомогательная поверхность сечет глобус, определяет распределение искажений на различных ш ротах. Действительно, параллели сечения должны изображаться без искажений, т .е . в натуральную величину. На них частные масштабы равны главно му масштабу карты. Параллели, лежащие между кругами сечения должны сжиматься, а все внешние параллели - растягиваться. Степень сжатия или растяжения параллелей определяет и значения частных масштабов в данной точке карты.
Существует много различных способов выбора параллелей сечения, каждый из которых дает вполне определенные значения постоянных
проекций |
оС и |
к . |
Рассмотрим три возможных способа. |
|||
П е р в ы й |
с п о с о б . |
Масштаб на заданной параллели на |
||||
именьший и равен единице. |
|
|
|
|||
Это условие |
осуществимо только в том случае, |
когда вспомогатель |
||||
ная поверхность будет |
касательной к поверхности |
глобуса. |
||||
|
|
|
<£ = S in f 0 , |
|
( 5 .I I ) |
|
где (ро |
- параллель |
касания. |
|
|
параллели 71 =1. |
|
Кроме того, |
необходимо,чтобы масштаб на заданной |
|||||
С учетом |
данного условия выражение (5 .3) принимает |
вид |
Но
к
- 106 -
Поэтому
|
сС |
' V |
t j о |
к = |
(5.12) |
ос
Пользуясь формулами ( 5 .I I ) и (5.12), можно построить сетку сфе рических координат данной проекции.
В т о р о й |
с п о с о б . |
Масштаб равен единице на |
двух за |
||
данных параллелях |
^ |
и р 2 . |
Это условие |
соответствует |
проекции |
на секущую поверхность. |
|
|
|
|
|
На основании сформулированного условия |
можно записать: |
|
№
|
|
1 i |
* 2 . |
|
|
где *1^ и |
*12 - радиусы |
параллелей с широтами Ц){ и |
. После |
||
подстановки |
значений |
и |
выражение |
примет вид: |
|
кк
сС |
сС |
i |
% и г |
После логарифмирования и решения уравнения относительно оС
получим:
об — (И |
(5.13) |
|
|
- 107 |
- |
|
Принимая во |
внимание, что |
.Pi |
-Рг сС |
будем иметь |
|
|
г , |
t ' |
|
|
сС |
|
сС |
(5 .1 4 ) |
|
|
|
||
Т р е т и й |
с п о с о б . |
При выборе кругов |
сечения ставятся |
два условия:
-масштабы на крайних параллелях изображаемой обдастм должны быть равны между собой;
-наибольший масштаб (на крайней параллели) должен быть на столько больше единицы,, на сколько единица больше наименьшего мас
штаба . |
|
|
|
Обозначим через Т1^ и Пг масштабы на крайних параллелях, |
а |
||
через |
Т10 - наименьший частный масштаб. Тогда из первого |
усло |
|
вия следует, что |
|
|
|
или |
П I |
П г |
|
|
|
|
получим:
ос к
|
- |
108 - |
|
Прологарифмируем данное |
выражение и решим относительно оС : |
||
о£ — |
и „ |
- А |
(5.15) |
Л |
и , |
||
^ " 2 |
7 |
” ' |
На основании второго условия можно записать:
пг 1 =1 - п 0 .
Подставим значения масштабов П± и Т10 :
Учитывая значение J>i |
и |
_/>0 |
, |
будем иметь: |
|
оС к |
|
|
оС к |
||
|
|
сС - i |
= |
i - |
тг°^ |
|
|
|
|
О |
О |
Решив последнее уравнение |
относительно |
получим: |
(5.16)
, Из трех рассмотренных способов наибольшее распространение име ют два последних. Третий способ широко применяется при создании так называемых маршрутно-полетных карт, так как в этом случае на иболее равномерно распределяются искажения в пределах всего изо бражаемого участка глобуса.
-109 -
§22. ОБЩИЕ УРАВНЕНИЯ РАВНОПРОМЕЖУТОЧНЫ! ПРОЕКЦИЙ
Вравнопромежуточных проекциях во всех точках карты по одному из главных направлений частные масштабы равны единице. В авиации применяются проекции равнопромежуточные по меридиану.
Равнопромеауточную по меридиану проекцию геометрически можно
истолковать следующим образом. Представим себе, что на глобусе |
ме |
|
ридианы выполнены в виде упругих стальных прутьев, а |
параллели |
- |
в виде резиновых слегка напряженных шнуров. |
|
|
Если в полюсах освободить связь между меридианами, |
то они, |
стре |
мясь выпрямиться, расположатся по образующим конуса в натуральную величину. Вследствие этего внутренние параллели, заключенные между параллелями сечения, сожмутся, а внешние - растянутся и располо жатся на вспомогательной поверхности перпендикулярно в обраиущкм.
После развертывания боковой поверхности на плоскости получим |
ме |
||||
ридианы в виде расходящегося |
пучка прямых линий, а параллели |
- |
|||
в виде |
дуг |
равноудаленных друг от друга концентрических |
окруж |
||
ностей |
(ри с.5 .6 ). При Таком |
построении координатной сетки |
ее |
полюс |
|
изобразится |
линией конечных |
размеров. |
|
|