Distance measured along the surface of the Earth
シュヴァーベン・ジュラから アルプス山脈 までの 眺め 地理的距離 または 測地距離 は、 地球 の表面に沿って測定された 距離 、または最短の弧の長さです。
この記事の公式は、 緯度 と 経度 で定義された 地理座標上の点間の距離を計算します。この距離は、第 二(逆)測地問題を 解くための要素となります 。
導入 地理座標間の距離の計算は、ある程度の抽象化に基づいています。この方法では正確な距離は得られません。地球表面のあらゆる凹凸を考慮しようとすれば、 正確な 距離は得られません。 [1] 2つの地理的な地点間の表面に関する一般的な抽象化は以下のとおりです。
上記の抽象化はすべて標高の変化を無視しています。理想化された表面に対する標高の変化を考慮した距離の計算については、この記事では説明しません。
トンネル距離ベースの短距離近似: 平面、ガウス中緯度。 max | Δ D error | ∝ D 3 {\displaystyle \max |\Delta D_{\text{error}}|\propto D^{3}} 短い線に対する Bowring の方法は、Karney によって緯度と中緯度を減らすことによって改良されました。 max | Δ D error | ∝ D 4 {\displaystyle \max |\Delta D_{\text{error}}|\propto D^{4}} f 0 {\displaystyle f^{0}} 次数近似法:球面 max | Δ D error | ∝ D {\displaystyle \max |\Delta D_{\text{error}}|\propto D} 楕円体に基づく高次近似: : Andoyer(1932); Andoyer-Lambert(1942), : Andoyer-Lambert-Thomas(1970), : Vincenty(1975), : Kaney(2011); 閉半球面上 f 1 {\displaystyle f^{1}} f 2 {\displaystyle f^{2}} f 3 {\displaystyle f^{3}} f 6 {\displaystyle f^{6}} max | Δ D error | ∝ D {\displaystyle \max |\Delta D_{\text{error}}|\propto D} 上記に理論的な誤差推定値が追加され、 地球が 平坦化され ます。 f {\displaystyle f}
命名法 弧距離は、 球面/楕円体の表面に沿った2点間の最短距離です 。 一方、トンネル距離、つまり弦長は 、直交座標系に沿って測定されます。2点の地理座標は、緯度と経度のペアとして、それぞれ とです 。2点のどちらが と指定されるかは、 距離の計算には重要ではありません。 D , {\displaystyle D,\,\!} P 1 {\displaystyle P_{1}\,\!} P 2 {\displaystyle P_{2}\,\!} D t {\displaystyle D_{\textrm {t}}} ( ϕ 1 , λ 1 ) {\displaystyle (\phi _{1},\lambda _{1})\,\!} ( ϕ 2 , λ 2 ) , {\displaystyle (\phi _{2},\lambda _{2}),\,\!} P 1 {\displaystyle P_{1}\,\!}
地図上の緯度 と経度の座標は通常、 度 で表されます 。以下の式では、正しい結果を得るために、1つまたは複数の値を指定された単位で表す 必要があります 。地理座標を三角関数の引数として使用する場合、値は三角関数の値を決定する方法と互換性のある任意の角度単位で表すことができます。多くの電子計算機では、三角関数を度または ラジアン で計算できます。計算機モードは、幾何学座標に使用される単位と互換性がある必要があります。 ϕ {\displaystyle \phi \,\!} λ {\displaystyle \lambda \,\!}
緯度と経度の差は次のようにラベル付けされ、計算されます。
Δ ϕ = ϕ 2 − ϕ 1 ; Δ λ = λ 2 − λ 1 . {\displaystyle {\begin{aligned}\Delta \phi &=\phi _{2}-\phi _{1};\\\Delta \lambda &=\lambda _{2}-\lambda _{1}.\end{aligned}}\,\!} 以下の式で使用する場合、結果が正であるか負であるかは重要ではありません。
「中緯度」は次のように分類され、計算されます。
ϕ m = ϕ 1 + ϕ 2 2 . {\displaystyle \phi _{\mathrm {m} }={\frac {\phi _{1}+\phi _{2}}{2}}.\,\!} 特に指定がない限り、 以下の計算における地球の 半径は次のとおりです。
R {\displaystyle R\,\!} = 6,371.009 キロメートル = 3,958.761 法定マイル = 3,440.069 海里 。 D {\displaystyle D_{\,}\!} = 地球の表面に沿って測定された 2 点間の距離。特に指定がない限り、半径に使用される値と同じ単位が使用されます。
特異点と緯度/経度の不連続性 下記の平面公式に現れるの正弦関数の近似は 、特異点や不連続性を誘発する可能性がある。また、高緯度の場合、精度が低下する可能性もある。 Δ λ {\displaystyle \Delta \lambda }
経度は 極 (経度は未定義) で 特異点を持ち、± 180°子午線 で 不連続になります 。また、 一定緯度の円 の平面投影は、極付近で大きく湾曲します。そのため、上記の デルタ 緯度/経度( 、 )および中間緯度( )の式は、極付近または±180°子午線付近の位置では期待どおりの答えにならない可能性があります。例えば、 と が ±180°子午線の両側にある 場合の (「東への変位」 )の値、または2つの位置( =89°、 =45°)と( =89°、 =-135°) における (「中間緯度」)の値を考えてみましょう 。 Δ ϕ {\displaystyle \Delta \phi \!} Δ λ {\displaystyle \Delta \lambda \!} ϕ m {\displaystyle \phi _{\mathrm {m} }\!} Δ λ {\displaystyle \Delta \lambda \!} λ 1 {\displaystyle \lambda _{1}\!} λ 2 {\displaystyle \lambda _{2}\!} ϕ m {\displaystyle \phi _{\mathrm {m} }\!} ϕ 1 {\displaystyle \phi _{1}\!} λ 1 {\displaystyle \lambda _{1}\!} ϕ 2 {\displaystyle \phi _{2}\!} λ 2 {\displaystyle \lambda _{2}\!}
緯度経度に基づく計算が地球上のあらゆる位置で有効であるべきであれば、不連続性と極が正しく処理されていることを検証する必要があります。別の解決策としては、 緯度経度の代わりに n ベクトルを使用する方法があります。この 表現 には不連続性や特異点がありません。
地球表面の平面近似は、非常に短い距離では有用である可能性があります。これは、弧長 を トンネル距離 に近似する か、以下に示すように弧長と弦長の変換を省略します。 D {\displaystyle D} D t {\displaystyle D_{\textrm {t}}}
平面上の2点間の最短距離は、直交座標の直線です。 ピタゴラスの定理は 、平面上の2点間の距離を計算するために使用されます。
たとえ短距離であっても、地球が平面であると仮定した地理的距離計算の精度は、緯度と経度の座標を平面に投影する 方法に依存します。緯度と経度の座標を平面に投影することは、 地図作成 の領域です 。
このセクションで紹介する数式は、さまざまなレベルの精度を提供します。
トンネル距離 は 、球状の地球上で計算されます。この式は、経線間の距離が緯度によって変化することを考慮に入れ、次のように仮定しています 。 D t {\displaystyle D_{\textrm {t}}} D ≈ D t {\displaystyle D\approx D_{\textrm {t}}}
D t = 2 R ( sin Δ ϕ 2 cos Δ λ 2 ) 2 + ( cos ϕ m sin Δ λ 2 ) 2 ≈ R ( Δ ϕ cos Δ λ 2 ) 2 + ( 2 cos ϕ m sin Δ λ 2 ) 2 . {\displaystyle {\begin{aligned}D_{\textrm {t}}&=2R{\sqrt {\left(\sin {\frac {\Delta \phi }{2}}\,\cos {\frac {\Delta \lambda }{2}}\right)^{2}+\left(\cos \phi _{\textrm {m}}\sin {\frac {\Delta \lambda }{2}}\right)^{2}}}\\&\approx R{\sqrt {\left(\Delta \phi \,\cos {\frac {\Delta \lambda }{2}}\right)^{2}+\left(2\cos \phi _{\textrm {m}}\sin {\frac {\Delta \lambda }{2}}\right)^{2}}}\ .\end{aligned}}} データベースクエリにおいて距離順に位置を並べるといった用途では、上記の平方根は省略できます。一方、 ヴァンテージポイントツリー など、最近傍点を計算する手法の中には、距離計量が 三角不等式 に従うことを要求するものもあり、その場合は平方根を保持する必要があります。
中緯度または低緯度の場合 普遍的ではありませんが、上記は 、高緯度を除いて正当化される の正弦関数を近似することによってさらに簡略化されます。 Δ λ 2 {\displaystyle {\frac {\Delta \lambda }{2}}}
D ≈ R ( Δ ϕ ) 2 + ( cos ( ϕ m ) Δ λ ) 2 {\displaystyle D\approx R{\sqrt {(\Delta \phi )^{2}+(\cos(\phi _{\mathrm {m} })\Delta \lambda )^{2}}}} 。
上記の式は楕円体地球に拡張されます。
D ≈ 2 ( M ( ϕ m ) sin Δ ϕ 2 cos Δ λ 2 ) 2 + ( N ( ϕ m ) cos ϕ m sin Δ λ 2 ) 2 , ≈ ( M ( ϕ m ) Δ ϕ cos Δ λ 2 ) 2 + ( 2 N ( ϕ m ) cos ϕ m sin Δ λ 2 ) 2 , {\displaystyle {\begin{aligned}D&\approx 2{\sqrt {\left(M\left(\phi _{\textrm {m}}\right)\sin {\frac {\Delta \phi }{2}}\,\cos {\frac {\Delta \lambda }{2}}\right)^{2}+\left(N\left(\phi _{\textrm {m}}\right)\cos \phi _{\textrm {m}}\sin {\frac {\Delta \lambda }{2}}\right)^{2}}},\\&\approx {\sqrt {\left(M\left(\phi _{\textrm {m}}\right)\Delta \phi \,\cos {\frac {\Delta \lambda }{2}}\right)^{2}+\left(2N\left(\phi _{\textrm {m}}\right)\cos \phi _{\textrm {m}}\sin {\frac {\Delta \lambda }{2}}\right)^{2}}},\end{aligned}}} ここで 、 および は、地球の 子午線半径 と その垂直方向、つまり「 通常 の 」 曲率半径です ( 公式については
、「 地理座標変換」も参照してください)。 M {\displaystyle M\,\!} N {\displaystyle N\,\!}
これは平方根 の近似によって導かれます。 ( cos ϕ m sin Δ λ 2 Δ ϕ ) 2 ≈ 0 {\displaystyle \left(\cos \phi _{\textrm {m}}\sin {\frac {\Delta \lambda }{2}}\Delta \phi \right)^{2}\approx 0}
この近似は、楕円体上の2点間の3次元直交座標弦距離として単純に考えることができ、ガウス中緯度法の弦による簡略化と等価です。この明示的な式は古典的な文献には見当たりませんが、ガウス中緯度法自体はRapp (1991)に記載されています。
中緯度または低緯度の場合 上記は普遍的ではないが、 高緯度地域を除いて上記と同様に正当化される の正弦関数を近似することでさらに簡略化される。 [2] [3] Δ λ 2 {\displaystyle {\frac {\Delta \lambda }{2}}}
D ≈ ( M ( ϕ m ) Δ ϕ ) 2 + ( N ( ϕ m ) cos ϕ m Δ λ ) 2 . {\displaystyle D\approx {\sqrt {(M(\phi _{\mathrm {m} })\Delta \phi )^{2}+(N(\phi _{\mathrm {m} })\cos \phi _{\mathrm {m} }\Delta \lambda )^{2}}}.}
連邦 通信委員会 (FCC)は、475キロメートル(295マイル)を超えない距離については以下の式を規定している。 [4]
D ≈ ( K 1 Δ ϕ ) 2 + ( K 2 Δ λ ) 2 , {\displaystyle D\approx {\sqrt {(K_{1}\Delta \phi )^{2}+(K_{2}\Delta \lambda )^{2}}},} どこ D {\displaystyle D\,\!} = 距離(キロメートル) Δ ϕ {\displaystyle \Delta \phi \,\!} これら は度数で表されます。 Δ λ {\displaystyle \Delta \lambda \,\!} ϕ m {\displaystyle \phi _{\mathrm {m} }\,\!} 決定に使用した方法と互換性のある単位でなければならない cos ϕ m ; {\displaystyle \cos \phi _{\mathrm {m} };\,\!} K 1 = 111.13209 − 0.56605 cos ( 2 ϕ m ) + 0.00120 cos ( 4 ϕ m ) ; K 2 = 111.41513 cos ( ϕ m ) − 0.09455 cos ( 3 ϕ m ) + 0.00012 cos ( 5 ϕ m ) . {\displaystyle {\begin{aligned}K_{1}&=111.13209-0.56605\cos(2\phi _{\mathrm {m} })+0.00120\cos(4\phi _{\mathrm {m} });\\K_{2}&=111.41513\cos(\phi _{\mathrm {m} })-0.09455\cos(3\phi _{\mathrm {m} })+0.00012\cos(5\phi _{\mathrm {m} }).\end{aligned}}\,\!} ここで 、 およびはキロメートル/弧度単位です。これらは 地球の曲率半径 から以下のように求められます。 K 1 {\displaystyle K_{1}} K 2 {\displaystyle K_{2}} K 1 = M ( ϕ m ) π 180 {\displaystyle K_{1}=M(\phi _{\mathrm {m} }){\frac {\pi }{180}}\,\!} = 緯度差 1 度あたりのキロメートル; K 2 = cos ( ϕ m ) N ( ϕ m ) π 180 {\displaystyle K_{2}=\cos(\phi _{\mathrm {m} })N(\phi _{\mathrm {m} }){\frac {\pi }{180}}\,\!} = 経度差 1 度あたりのキロメートル; FCC 公式の式は、 およびの 二項級数 展開形を 、 クラーク 1866 の参照楕円体 に切り捨てることで導出されていることに注意してください。上記の公式をより計算効率よく実装するには、コサインの複数回の適用を、 チェビシェフ多項式 の漸化式 の 1 回の適用に置き換えます 。 M {\displaystyle M\,\!} N {\displaystyle N\,\!}
D = R θ 1 2 + θ 2 2 − 2 θ 1 θ 2 cos ( Δ λ ) , {\displaystyle D=R{\sqrt {\theta _{1}^{2}\;{\boldsymbol {+}}\;\theta _{2}^{2}\;\mathbf {-} \;2\theta _{1}\theta _{2}\cos(\Delta \lambda )}},}
ここで、余緯度の値はラジアン単位です。 θ = π 2 − ϕ . {\displaystyle \theta ={\frac {\pi }{2}}-\phi .} 度で測定された緯度の場合、ラジアンでの余緯度は次のように計算できます。 θ = π 180 ( 90 ∘ − ϕ ) . {\displaystyle \theta ={\frac {\pi }{180}}(90^{\circ }-\phi ).\,\!}
0.5% の誤差を許容できるのであれば、 地球の表面に最も近い球面上で球面 三角法の公式を使用することができます。
球面上の 2 点間の球面に沿った最短距離は、その 2 点を含む大円に沿った距離です。
大円 距離の 記事では、地球とほぼ同じ大きさの球面上の最短アーチ長を計算する公式が示されています 。この記事には計算例も掲載されています。例えば、 トンネル距離 から、 D {\displaystyle D} D t {\displaystyle D_{\textrm {t}}}
D = 2 R arcsin D t 2 R . {\displaystyle D=2R\arcsin {\frac {D_{\textrm {t}}}{2R}}.} 短距離( )の場合、 D ≪ R {\displaystyle D\ll R}
D = D t ( 1 + 1 24 ( D t R ) 2 + ⋯ ) . {\displaystyle D=D_{\textrm {t}}\left(1+{\frac {1}{24}}\left({\frac {D_{\textrm {t}}}{R}}\right)^{2}+\cdots \right).}
トンネル距離 地球上の点間のトンネルは、対象点間の三次元空間を通る直交座標線によって定義されます。トンネル距離は 大円弦の長さであり、対応する単位球面に対して以下のように計算できます。 D t = 2 R sin D 2 R {\displaystyle D_{\textrm {t}}=2R\sin {\frac {D}{2R}}}
Δ X = cos ( ϕ 2 ) cos ( λ 2 ) − cos ( ϕ 1 ) cos ( λ 1 ) ; Δ Y = cos ( ϕ 2 ) sin ( λ 2 ) − cos ( ϕ 1 ) sin ( λ 1 ) ; Δ Z = sin ( ϕ 2 ) − sin ( ϕ 1 ) ; D t = R ( Δ X ) 2 + ( Δ Y ) 2 + ( Δ Z ) 2 = 2 R sin 2 Δ ϕ 2 + ( cos 2 Δ ϕ 2 − sin 2 ϕ m ) sin 2 Δ λ 2 = 2 R ( sin Δ λ 2 cos ϕ m ) 2 + ( cos Δ λ 2 sin Δ ϕ 2 ) 2 . {\displaystyle {\begin{aligned}\Delta {X}&=\cos(\phi _{2})\cos(\lambda _{2})-\cos(\phi _{1})\cos(\lambda _{1});\\\Delta {Y}&=\cos(\phi _{2})\sin(\lambda _{2})-\cos(\phi _{1})\sin(\lambda _{1});\\\Delta {Z}&=\sin(\phi _{2})-\sin(\phi _{1});\\D_{\textrm {t}}&=R{\sqrt {(\Delta {X})^{2}+(\Delta {Y})^{2}+(\Delta {Z})^{2}}}\\&=2R{\sqrt {\sin ^{2}{\frac {\Delta \phi }{2}}+\left(\cos ^{2}{\frac {\Delta \phi }{2}}-\sin ^{2}\phi _{\textrm {m}}\right)\sin ^{2}{\frac {\Delta \lambda }{2}}}}\\&=2R{\sqrt {\left(\sin {\frac {\Delta \lambda }{2}}\cos \phi _{\textrm {m}}\right)^{2}+\left(\cos {\frac {\Delta \lambda }{2}}\sin {\frac {\Delta \phi }{2}}\right)^{2}}}.\end{aligned}}}
扁平楕円体上の測地線 楕円体は、球体や平面よりもはるかに地球の表面をよく近似します。楕円体の表面上の 2 点間の最短距離は、 測地線 に沿います。測地線は大円よりも複雑な経路をたどり、特に、通常は地球を 1 周した後に開始位置に戻りません。右の図にこれを示します。この図では、効果を強調するために f を 1/50 としています。地球上の 2 点間の測地線を求めること、いわゆる 逆測地問題 は 、18 世紀から 19 世紀にかけて多くの数学者や測地学者の関心事であり、 クレロー [5] 、 ルジャンドル [6] 、 ベッセル [7] 、 ヘルメルト による大きな貢献がありました 。Astron. Nachr. 4、241–254 (1825) の英訳。正誤表。 [8] ラップ [9] は
この研究の良い要約を提供している。
測地線距離を計算する方法は、 地理情報システム 、ソフトウェアライブラリ、スタンドアロンユーティリティ、オンラインツールなどで広く利用できる。最も広く使われているアルゴリズムは Vincentyによるもので [10] 、 楕円体の扁平化において3次精度(約0.5mm)の級数を使用する。しかし、このアルゴリズムはほぼ 対蹠的な 点では収束しない。(詳細については Vincentyの公式を参照のこと。)この欠陥はKarneyによるアルゴリズム [11] で修正されており、 彼は扁平化において6次精度の級数を採用している。この結果、地球上の任意の点のペアで収束する完全な倍精度のアルゴリズムが得られる。このアルゴリズムはGeographicLibに実装されている。 [12]
上記の方法は、コンピュータで計算を行う場合に正確に実行可能です。これらの方法は、任意の長さの線に対してミリメートル単位の精度を与えることを目的としています。ミリメートル単位の精度が必要ない場合、またはミリメートル単位の精度は必要だが線の長さが短い場合は、より単純な式を使用できます。
短線法は多くの研究者によって研究されてきました。Rapp [13] は第6章で、 Puissant 法、Gaussの中緯度法、Bowring法について説明しています。 [14] Karl Hubeny [15] は、Gaussの中緯度法の拡張級数を平面法への補正として表しました。
歴史的には、長距離直線公式は平坦化 に関する展開級数の形で導出されてきた 。 [16] [17] f {\displaystyle f}
アンドイエル・ランバートの公式 [18] は、 一次補正と 縮尺緯度 を用いて精度を向上させています。この公式は、数千キロメートルの距離にわたって10メートル程度の精度を実現します。 β = arctan ( ( 1 − f ) tan ϕ ) {\displaystyle \beta =\arctan \left((1-f)\tan \phi \right)}
まず、 2点の 緯度 、を 縮約緯度 、 に変換します 。次に、 大圏距離法 ( 半正弦法 ) を用いて、球面上の 2点 との 中心角 をラジアンで計算します。このとき、経度、 は 球面上と回転楕円体上とで同じです。 ϕ 1 {\displaystyle \scriptstyle \phi _{1}} ϕ 2 {\displaystyle \scriptstyle \phi _{2}} β 1 {\displaystyle \scriptstyle \beta _{1}} β 2 {\displaystyle \scriptstyle \beta _{2}} σ {\displaystyle \sigma } ( β 1 , λ 1 ) {\displaystyle (\beta _{1},\;\lambda _{1})} ( β 2 , λ 2 ) {\displaystyle (\beta _{2},\;\lambda _{2})} λ 1 {\displaystyle \lambda _{1}\;} λ 2 {\displaystyle \lambda _{2}\;}
P = β 1 + β 2 2 Q = β 2 − β 1 2 {\displaystyle P={\frac {\beta _{1}+\beta _{2}}{2}}\qquad Q={\frac {\beta _{2}-\beta _{1}}{2}}} X = ( σ − sin σ ) sin 2 P cos 2 Q cos 2 σ 2 Y = ( σ + sin σ ) cos 2 P sin 2 Q sin 2 σ 2 {\displaystyle X=(\sigma -\sin \sigma ){\frac {\sin ^{2}P\cos ^{2}Q}{\cos ^{2}{\frac {\sigma }{2}}}}\qquad \qquad Y=(\sigma +\sin \sigma ){\frac {\cos ^{2}P\sin ^{2}Q}{\sin ^{2}{\frac {\sigma }{2}}}}} D = a ( σ − f 2 ( X + Y ) ) {\textstyle D=a{\bigl (}\sigma -{\tfrac {f}{2}}(X+Y){\bigr )}} 、 ここで 、選択された回転楕円体の赤道半径です。 a {\displaystyle a}
GRS 80 回転楕円体では ランバートの式は
北緯0度西経40度120度、12.6メートル 0N 0Wから40N 60W、6.6メートル 40N 0W~40N 60W、0.85メートル
短線に対するガウス中緯度法 これはトンネル距離から換算した弧長と類似の形をしている。詳細な公式はRapp [13] §6.4に示されている。これは前述の平面方程式の公式と明らかに整合している。
D = 2 N ( ϕ m ) arcsin ( sin Δ λ 2 cos ϕ m ) 2 + ( cos Δ λ 2 sin ( Δ ϕ 2 M ( ϕ m ) N ( ϕ m ) ) ) 2 . {\displaystyle D=2N\left(\phi _{\textrm {m}}\right)\arcsin {\sqrt {\left(\sin {\frac {\Delta \lambda }{2}}\cos \phi _{\textrm {m}}\right)^{2}+\left(\cos {\frac {\Delta \lambda }{2}}\sin \left({\frac {\Delta \phi }{2}}{\frac {M\left(\phi _{\textrm {m}}\right)}{N\left(\phi _{\textrm {m}}\right)}}\right)\right)^{2}}}.}
短い線のためのボウリング法 ボウリングは、緯度と経度をそれぞれφ′とλ′で表し、
半径 R′ の球面に点を写像する。定義
A = 1 + e ′ 2 cos 4 ϕ 1 , B = 1 + e ′ 2 cos 2 ϕ 1 , {\displaystyle A={\sqrt {1+e'^{2}\cos ^{4}\phi _{1}}},\quad B={\sqrt {1+e'^{2}\cos ^{2}\phi _{1}}},} ここで、2番目の離心率の2乗は
e ′ 2 = a 2 − b 2 b 2 = f ( 2 − f ) ( 1 − f ) 2 . {\displaystyle e'^{2}={\frac {a^{2}-b^{2}}{b^{2}}}={\frac {f(2-f)}{(1-f)^{2}}}.} 球面半径は
R ′ = 1 + e ′ 2 B 2 a . {\displaystyle R'={\frac {\sqrt {1+e'^{2}}}{B^{2}}}a.} ( 楕円体の φ 1における ガウス曲率は 1/ R′ 2 である。)球面座標は次のように与えられる。
tan ϕ 1 ′ = tan ϕ 1 B , Δ ϕ ′ = Δ ϕ B [ 1 + 3 e ′ 2 4 B 2 ( Δ ϕ ) sin ( 2 ϕ 1 + 2 3 Δ ϕ ) ] , Δ λ ′ = A Δ λ , {\displaystyle {\begin{aligned}\tan \phi _{1}'&={\frac {\tan \phi _{1}}{B}},\\\Delta \phi '&={\frac {\Delta \phi }{B}}{\biggl [}1+{\frac {3e'^{2}}{4B^{2}}}(\Delta \phi )\sin(2\phi _{1}+{\tfrac {2}{3}}\Delta \phi ){\biggr ]},\\\Delta \lambda '&=A\Delta \lambda ,\end{aligned}}} ここで 、、、、 で ある 。球面上の結果は、 大圏航法の手法を用いて、回転楕円体上の距離と方位の近似値を求めることで解くことができる。詳細な公式はRapp [13] §6.5およびBowring [14] に示されている 。 中緯度、、を用いることで 精度が向上することがKarney [19]によって示されている。 Δ ϕ = ϕ 2 − ϕ 1 {\displaystyle \Delta \phi =\phi _{2}-\phi _{1}} Δ ϕ ′ = ϕ 2 ′ − ϕ 1 ′ {\displaystyle \Delta \phi '=\phi _{2}'-\phi _{1}'} Δ λ = λ 2 − λ 1 {\displaystyle \Delta \lambda =\lambda _{2}-\lambda _{1}} Δ λ ′ = λ 2 ′ − λ 1 ′ {\displaystyle \Delta \lambda '=\lambda _{2}'-\lambda _{1}'} ϕ m {\displaystyle \phi _{\textrm {m}}}
高度補正 地形や地表レベルから球面や楕円体の表面までの高度の変化も、距離測定の尺度を変化させます。 [20] 2点間の
直線距離 s ( 弦の 長さ)は、楕円体表面 S上の 弧の長さ に次のよう に簡約できます。 [21]
S − s = − 0.5 ( h 1 + h 2 ) s / R − 0.5 ( h 1 − h 2 ) 2 / s {\displaystyle S-s=-0.5(h_{1}+h_{2})s/R-0.5(h_{1}-h_{2})^{2}/s} ここで、 Rは地球の 方位曲率半径 から評価され 、 hは各点の 楕円体高 である 。式の右辺第1項は平均標高を、第2項は傾斜角を表す。 地球法線断面上の長さをさらに 楕円体測地 線の長さに短縮すること は、しばしば無視できる。 [21]
参照
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