等面积纬度和等量纬度间的直接变换

为了便于实现等面积方位投影与椭球等角圆柱或圆锥投影之间的变换,借助具有强大符号运算功能的计算机代数系统Mathematica,推导出了等面积纬度和等量纬度之间变换的直接表达式,进一步将表达式改进为适合电算的形式,并将其系数统一表示为关于椭球偏心率e和椭球第三扁率n的幂级数形式。通过算例分析表明:基于第三扁率n的幂级数表达式具有更紧凑的形式和更好的收敛性,且导出公式的计算误差分别小于10~(-8)和10~(-8)″,可以满足大地测量和地图制图计算精度要求。     

椭球情形下等角和等面积正圆柱投影间的直接变换

为实现椭球情形下等角和等面积圆柱投影间的直接变换,借助具有强大符号运算功能的计算机代数系统Mathematica,推导出了等量纬度和等面积纬度函数间变换的直接展开式,并将公式系数统一表示为椭球第一偏心率e的幂级数形式,且统一展开至e~(10)。在此基础上建立了等角和等面积正圆柱投影间的直接变换模型,可解决不同参考椭球下的投影变换问题。精度比对结果表明本文建立的直接变换模型相比于传统间接变换模型精度提高3～5个数量级,完全可以满足地图海图制图精密计算的需要。     

子午线弧长和等面积纬度函数变换的直接展开式

为实现等距离投影和等面积投影间的直接变换,借助计算机代数系统Mathematica,推导出了子午线弧长和等面积纬度函数变换的直接展开式,将式中系数统一表示为椭球偏心率的幂级数形式,可解决不同参考椭球下的变换问题。算例分析表明导出公式的精度分别高于10-3km2和10-4m,可供实际使用。     

三轴椭球表面积的近似计算

推导出了一组三轴椭球表面积近似计算的级数展开公式,并对应地给出了三轴椭球退化为扁椭球和旋转椭球时的表面积公式。该组公式通过引入偏心率、第三扁率等扁率,使公式结构上更为简洁,具有对称性,进一步完善了椭球表面积的计算理论。验算分析表明,相比于传统的近似公式,给出的近似计算公式的精度显著提高,具有实用价值。     

子午线弧长正反解表达式3种形式的解析

为了分析不同表达式在计算效率方面的影响,给出了子午线弧长的3种表达形式,将其展开系数改写为第三扁率n的表达形式,并对不同形式的子午线弧长的截断误差进行计算分析,选取合适的项数,给出展开式的实用公式。结果表明,基于n表示的子午线弧长,其系数在分数形式上看起来位数更少,形式更简单,更便于推广使用;当正解精度为毫米时,展开式只需保留前4项即可满足精度,当反解精度为0.000 1″时,展开式只需保留前4项即可满足精度;对于3种表达形式,二倍角形式计算效率最高,因此建议在子午线弧长正反解过程中采用二倍角形式。     

卫星运动近点角间的差异极值符号表达式

卫星星历的计算涉及三种近点角,利用近点角间的几何关系,借助计算机代数系统推导出近点角间的差异极值点及对应的差异极值符号表达式,并将其表示为关于偏心率e的幂级数形式。分别取偏心率e=0.01、e=0.1和e=0.2(小偏心率)为例,将近点角间的差异明确在数值上面。结果表明,近点角间的差异极值的绝对值与偏心率e密切相关,近似为偏心率e的一倍或者两倍的关系。这些分析结果可为研究近点角之间的关系、卫星星历计算以及卫星精密定轨提供理论基础。     

一种解算椭球大地测量学反问题的方法及应用

针对解算椭球大地测量学理论反问题的复杂性,通过实例,说明了基于计算机代数系统的符号迭代法解决此类问题计算形式简洁、直观的特点。以幂级数展开理论为基础,通过一系列计算和分析,给出了符号迭代法的理论基础。讨论了符号迭代法在椭球大地测量学及其他类似领域问题中的应用,最后验证了方法的正确性。     

CGCS 2000与PZ-90.02坐标系的对比

根据CGCS 2000和PZ-90.02坐标系的椭球基本常数,推导和比较了CGCS 2000椭球和PZ-90.02椭球的主要几何参数和物理参数,分析了同一点在两个椭球下的大地坐标、正常重力以及正常重力垂直梯度的差异。研究表明,同一点在CGCS 2000椭球与PZ-90.02椭球下的大地坐标差值随着经纬度变化而变化,经度、纬度和高度的最大差值的绝对值分别约为0.147 743 00″、0.011 603 10″和0.772 345m;CGCS 2000椭球与PZ-90.02椭球上的正常重力值和正常重力垂直梯度的差值的绝对值分别约为3.067 18×10~(-6)m/s~2和1.461 73×10~(-3)E。     

等量纬度展开式的新解法

对地图投影学中经常遇到的等量纬度正反解展开式进行了新的研究。借助M athem atica计算机代数系统强大的数学分析功能,给出了新的正解公式,发现并纠正了前人正解公式中的错误;并且以此为基础,导出了用第一偏心率幂级数形式表示的反解展开式和三种主要的参考椭球下的实用反解计算式。本文研究表明计算机代数系统的应用不但极大地提高了公式推演的效率和准确度,而且反解系数从此可以表示为更简单和更便于记忆的符号形式。     

关于等角航线的航迹计算公式及改进

对航海常用等角航线的航迹计算公式存在的常数化和近似化问题进行了详细的分析,由地图投影等角变形理论,推导其严密计算的表达式,并借助计算机代数系统对其中复杂的数学公式进行优化,提高了航线的精度,为航海人员提供了理论依据与实用公式。实验结果表明,改进的墨卡托航法航迹计算公式精度得到了大幅度的提高,正解误差和反解误差均在毫秒级,满足航迹精确计算的需要。