Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Демин В.М. Авиационная картография лекции

.pdf
Скачиваний:
9
Добавлен:
29.10.2023
Размер:
6.86 Mб
Скачать

- 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 ipCsin f

i C 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

(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.