Làm thế nào để tạo một Tissot Indicatoratrix chính xác?


31

Chỉ số Tissot là phương pháp hữu ích để giao tiếp trong nháy mắt các loại biến dạng mà một phép chiếu nhất định có xu hướng (trong hình bên dưới, mỗi vòng tròn màu đỏ chiếm cùng một khu vực). Tôi đã được thông báo rằng các phương pháp phổ biến để tạo TI có vấn đề riêng của họ, đến mức đôi khi không chính xác.

Vấn đề với các phương thức phổ biến là gì và cách chính xác nhất để tạo TI có thể truy cập được đối với anh chàng GIS trung bình (ette) của bạn là gì?

Mercator và quả địa cầu với Marionot


2
câu hỏi tuyệt vời. Tôi muốn biết điều đó quá.
George Silva

Câu trả lời:


23

Bất kỳ phần mềm nào có thể chiếu tọa độ chính xác đều có thể tính toán các chỉ số Tissot chính xác .

Một nguồn tốt cho các công thức là Snyder, John, Dự đoán bản đồ - Hướng dẫn làm việc , chủ yếu ở trang 20-26. (Tôi sẽ không tái tạo chúng ở đây vì trang web này không có công cụ thích hợp để truyền đạt các công thức toán học.) Chúng yêu cầu tất cả bốn đạo hàm đầu tiên của tọa độ chiếu (x, y) đối với tọa độ hình cầu (lat, lon) = (phi, lambda):

dx / d(phi), dx / d(lambda);
dy / d(phi), dy / d(lambda).

Mọi thứ khác về TI đều được tính theo các giá trị này (sử dụng một số hàm số học và lượng giác: cosin, sin nghịch đảo chính và tiếp tuyến nghịch đảo chính). Các tính toán đòi hỏi một mô tả về hình dạng của trái đất. Để có độ chính xác cao nhất, hãy sử dụng mốc chuẩn ellipsoidal với trục semimajor a và độ lệch tâm e. (Những phần mềm này sẽ được biết đến.)

Cuốn sách của Snyder có hướng dẫn về cách tính toán mọi thứ trừ những dẫn xuất này. Làm điều đó bằng số. Tôi đã có kết quả tuyệt vời khi sử dụng ước tính chênh lệch hữu hạn trung tâm bậc nhất ở khoảng cách h = 10 ^ (- 5.2) radian (thường là khoảng 50 mét): đây là một sự thỏa hiệp tốt giữa việc cố gắng để có được gần vô cùng và mất quá nhiều độ chính xác từ làm tròn điểm nổi (giả sử độ chính xác kép), vì sai số gây ra tỷ lệ thuận với (10 ^ (- 5.2)) ^ 2 = 10 ^ (- 10,4) và 10 ^ (- 5,2) bằng 10 ^ 10,4 lần độ chính xác gấp đôi của IEEE là 10 ^ (- 15,6) và nó vẫn lớn hơn rất nhiều so với độ chính xác điển hình trong các phép chiếu, thường chạy từ 10 ^ (- 10) đến khoảng 10 ^ (- 14).

Vì vậy, làm thế nào để bạn tính toán ước tính chênh lệch hữu hạn? Phần này là dễ dàng đáng ngạc nhiên. Để có được dx / d (phi) tại một điểm (phi, lambda), hãy yêu cầu GIS của bạn chiếu các điểm

(phi - h/2, lambda) --> (x0,y0),
(phi + h/2, lambda) --> (x1,y1).

Sử dụng các ước tính

dx / d(phi) = (x1 - x0)/h,
dy / d(phi) = (y1 - y0)/h.

Tương tự, chiếu các điểm

(phi, lambda - h/2) --> (x2,y2),
(phi, lambda + h/2) --> (x3,y3)

và sử dụng các ước tính

dx / d(lambda) = (x3 - x2)/h,
dy / d(lambda) = (y3 - y2)/h.

Điều đó cần bốn dự đoán và một chút số học. . độ chính xác trong các công thức chiếu của nó.)

Từ các công cụ phái sinh này, cùng với các công thức của Snyder (chú ý đến các sửa đổi được mô tả trong 4-19 và 4-21), bạn có thể có được độ dài của các trục của Tissot Indicatoratrix tại (phi, lambda) và hướng của nó. Trên các bản đồ tỷ lệ thế giới, TI sẽ nhỏ đến mức không thể nhìn thấy được, vì vậy điều cuối cùng cần làm là quyết định mức độ bạn muốn bán lại mỗi TI. Tôi xác định hệ số tỷ lệ bằng cách tìm hiểu bản đồ sẽ lớn đến mức nào, tìm kích thước của các TI điển hình trên bản đồ và chia tỷ lệ sao cho các TI đó sẽ rộng khoảng 6% so với bản đồ. Dù sao đó cũng là một khởi đầu tốt; Tôi cho phép người dùng điều chỉnh kích thước của TI từ đó. Tất nhiên, bạn sẽ bán lại tất cả các TI với cùng một số tiền, do đó chúng có thể được so sánh và mỗi cái sẽ được định cỡ lại xung quanh trung tâm của chính nó (được lấy bởi phép chiếu thứ năm, (phi, lambda) -> (x, y) ).

Một bổ sung thú vị cho mô tả hình elip của TI là hiển thị các hướng của kinh tuyến địa phương và song song: sau đó, trong nháy mắt, bạn có thể đánh giá sự hội tụ lưới . Tôi cũng hiển thị một vòng tròn tiêu chuẩn (đại diện không có biến dạng) đồng tâm với mỗi TI vì nó cải thiện khả năng của người đọc để đánh giá mức độ biến dạng được biểu thị bởi mỗi hình elip.

văn bản thay thế

Đáng chú ý trong phép chiếu Mollweide này là TI cực gần cực nam. Nó vẫn là một hình elip hoàn hảo và mô tả chính xác sự biến dạng bản đồ ở đó.


2
whuber là tốt nhất: P.
George Silva

1
Tôi nhận thấy rằng ESRI đã đăng một bài viết về việc tạo ra một biểu tượng chỉ thị bằng bộ đệm, phương thức bộ đệm có đúng không vì một chỉ thị và bộ đệm 'hoàn toàn không giống nhau'? blog.esri.com/Support/bloss/mappingcenter/archive/2011/03/11/ trên
SaultDon

1
@Sault Bộ đệm là một thay thế cho các TI chính xác. Nhìn chung, chúng sẽ hoạt động khá tốt, miễn là chúng không mở rộng hơn một vài độ, trừ khi biến dạng trở nên cực đoan, ở đó chúng sẽ không hoạt động (vì bộ đệm tràn qua một vùng biến dạng vô hạn, như được hiển thị trên bản đồ ESRI này ) hoặc chúng dẫn đến hình dạng không phải hình elip. Một thay đổi nhỏ sẽ làm cho cách tiếp cận này hoạt động tốt hơn nhiều: tính toán các bộ đệm nhỏ, chẳng hạn như bộ đệm 50 m và mở rộng từng bộ đồng nhất (trong bản đồ) xung quanh trung tâm của nó để hiển thị.
whuber

1
Làm thế nào bạn tính toán định hướng của các hình elip?
Jason Davies

3
@Jason Chỉ báo Tissot không gì khác hơn là một hình ảnh đại diện cho đạo hàm của hình chiếu được áp dụng cho một vòng tròn trong mặt phẳng tiếp tuyến tại một điểm. Cách đơn giản để vẽ nó, sau đó, là để tính toán đạo hàm này (đó là một 2 của 2 ma trận A ), tham số vòng tròn, và áp dụng đạo hàm để các đỉnh tham số. Voila, bạn có một hình elip. (Đó chính xác là cách các hình elip trong hình của tôi được vẽ.) Các trục của nó có thể được tính là các hàm riêng của A'A ; đây là một phép tính đơn giản không có gì phức tạp hơn công thức bậc hai.
whuber
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.