兰勃特等角圆锥(Lambert Conformal Conic)投影正反变换

兰勃特等角圆锥(Lambert Conformal Conic)投影正反变换本文介绍了兰勃特等角圆锥投影的起源 特点及其在地图制作中的应用 特别是作为中纬度地区分省图的标准投影

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1. 引言

Johann Heinrich Lambert(译为兰勃特,或兰伯特),瑞士裔德国科学家、哲学家,他首次给出了π为无理数的严格证明。1772年提出两种球面向投影面投影方式:等角圆锥投影和等积方位投影。通常所说的兰勃特投影指的是等角圆锥投影。

兰勃特等角圆锥投影是设想用一个正圆锥切于或割于球面,应用等角条件将地球面投影到圆锥面上,然后沿一母线展开成平面。投影后纬线为同心圆圆弧,经线为同心圆半径。兰勃特等角圆锥投影没有角度变形,经线长度比和纬线长度比相等。适于制作沿纬线分布的中纬度地区中、小比例尺地图。我国的分省图的兰伯特等角圆锥投影采用的两条标准纬度线为\phi_1=25度,\phi_2=45度。

兰勃特等角圆锥(Lambert Conformal Conic)投影正反变换

 兰勃特等角圆锥(Lambert Conformal Conic)投影正反变换

 在北半球(左)和南半球(右)上以标准纬线显示了兰勃特等角圆锥投影。

2. 投影变换中所用符号

南方基准纬线:\phi_1

北方基准纬线:\phi_2

原点处纬度:\phi_0

原点处经度:\lambda_0

变换点纬度:\phi

变换点经度:\lambda

原点在投影坐标系中虚北向坐标:N_0

原点在投影坐标系中虚东向坐标:E_0

变换点假北向坐标:N

变换点假东向坐标:E

椭圆的长半轴:a=6378137米(WGS-84椭球体)

椭圆的短半轴:b=6356752.3142米(WGS-84椭球体)

椭圆的扁率:\alpha = (a-b)/a

椭圆的第一偏心率:

e=\frac{\sqrt{a^2-b^2}}{a}=\sqrt{2\alpha - \alpha^2}

其它中间参数:

       m_1=\frac{\cos\phi_1}{\sqrt{1-e^2\sin^2\phi_1}}\uad m_2=\frac{\cos\phi_2}{\sqrt{1-e^2\sin^2\phi_2}}

       v_1=\left[\frac{1-e\sin\phi_1}{1+e\sin\phi_1} \right ]^{e/2}\uad v_2=\left[\frac{1-e\sin\phi_2}{1+e\sin\phi_2} \right ]^{e/2}\uad \\v_0=\left[\frac{1-e\sin\phi_0}{1+e\sin\phi_0} \right ]^{e/2}\uad v=\left[\frac{1-e\sin\phi}{1+e\sin\phi} \right ]^{e/2}

       t_1 = \tan{(\pi/4 - \phi_1/2)}/v_1\uad t_2 = \tan{(\pi/4 - \phi_2/2)}/v_2\\ t_0 = \tan{(\pi/4 - \phi_0/2)}/v_0\uad t = \tan{(\pi/4 - \phi/2)}/v

       n = \frac{\ln m_1 - \ln m_2}{\ln t_1 - \ln t_2}

       F = \frac{m_1}{n t_1^n}

       R = aFt^n\uad R_0 = aFt_0^n

       \theta = n(\lambda - \lambda_0)

3. 正变换(\large (\lambda, \phi) \Rightarrow (N,E)

         N = N_0 + R_0 - R\cos\theta

        E = E_0 + R\sin\theta

 4. 逆变换(\large (N,E) \Rightarrow (\lambda, \phi)

中间参数

         \gamma = \tan^{-1}\left[\frac{E - E_0}{R_0-(N-N_0)} \right ]

         R' = \pm\{(E-E_0)^2 + [R_0 - (N-N_0)]^2\}^{1/2} 其符号与n相同

         t' = [R'/(aF)]^{1/n}

  由此可获得相应的变换公式:       

         \phi = \pi/2 - 2\tan^{-1}(t'v)\\ \lambda = \gamma /n + \lambda_0

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