Վինսենտի բանաձև

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից


Վինսենտի բանաձևը դա երկու կապված իտերատիվ մեթոդներ են որոնք օգտագործվում են երկրագիտության մեջ երկու կետերի միջև եղած հեռավորությունը հաշվելու համար սֆերոիդի մակերեսին, նրանք ստեղծվել են Թադեոս Վինսենտի կողմից (1975թ): Նրանք հիմնված էին այն ենթադրության վրա, որ Երկրի ձևը նման է ձգված սֆերոիդի, հետևաբար դա ավելի ձշգրիտ է քան մեծ տարածություն ունեցող շրջանակը որը անվանվում է գնդաձև Երկիր:

Առաջին (ուղիղ)մեթոդը համակարգում է գործունեության վայրի կետը, որը ցույց է տալիս հեռավորությունը և ազիմուտը ուրիշ կետից: Երկրորդ (հակադարձ) մեթոդը համակարգում է աշխարհագրական հեռավորությունը և ազիմուտը երկու դիտարկված կետերի միջև: Նրանք արդեն լայնորեն օգտագործվում են գեոդեզիայի մեջ որովհետև նրանք հավասար են 0.5 mm (0.020″) Երկրի էլիպսոյիդում.

Ընդհանուր տեղեկություններ[խմբագրել]

Վինսենտի նպատակն էր արտահայտել առկա ալգորիթմի համար ուղիղ և հակառակ գեոդեսիկ խնդիրը նվազեցնելով ծրագրային երկարությունը: Նրա չհրատակված հոդավածը (1975 թ)նշում է Wang 720 desk հաշվիչի օգտագործումը, որը ուներ ընդամենը մի քանի կիլոբայթ հիշողություն: Ձեռք բերելով լավ երկարություն ունեցող գծեր, լուծումը օգտագործում է Legendre (1806), Bessel (1825)և Helmert (1880) դասական լուծումներ հիմնվելով լրացուցիչ ոլորտի վրա: (Վինսենտեն ապավինում էր որ այդ մեթոդի ձևակերպումը ստեղծվել է Ռեյնսֆորդի կողմից, 1955 թ) Legendre ցույց է տալիս որ էլիպսակերպ գեոդեսիկը կարող է արտացոլվել մեծ շրջանում լրացուցիչ ոլորտը արտացոլումով աշխարհագրական լայնությունը նվազեցնելով ազիմուտի լայնությունով և կարգավորումով: Լայնությունը էլիպսաձևի վրա և հեռավորությունը գեոդեսիկի երկայնքով հետո վերցված է ոլորտի երկարությունից սֆերայի վրա և arc երկարությունից մեց շրջանի երկայնքով պարզ ինտեգրալներով: Bessel և Helmert-ը տրված է արագ համամիտող շարքի կողմից այս ինտեգրալների համար որոնք թույլ են տալիս գեոդեսիկին լինել հաշվարկված կամայական ճշգրտությամբ:

Որպեսզի նվազեցնել ծրագրի չափը, Վինսենտեն վերցրել է այս տեսակները, վերանայել է նրանց օգտագործման առաջին ժամկետը, և բեռնել է նրանց հրամանին ƒ3.: Դա հանգեցրեց կոմպակտ արտահայտություններին, որոնք վերաբերվում էին լայն և հեռավոր ինտեգրալներին: Արտահայտւթյունները վեռցված էին Horner ձևից, քանի որ դա թույլ էր տալիս պոլինոմիալներին ճիշտ վերլուծվել, օգտագործելով միայն ժամանակավոր գրանցում: Վերջապես, պարզ իտերատիվ տեխնիկան օգտագործվել է թաքնված խնդիրներ լուծելու համար; չնայած նրանք դանդաղ են (իսկ հակառակ դեպքում, այն մեթոդը երբեմն չի զուգադիմել), նրանք հանգեցնում են նվազագույն չափի ավելացման ծածկագրի:

Նշագրման սիստեմ[խմբագրել]

Սահմանվում է հետևյալ նշագրման սիստեմ:

a կիսա -գլխավոր էլիպսակերպի երկարություն (շառավիղը հասարակածում); (6378137.0 մետր in WGS-84)
ƒ շտկող հաստոցներ էլիփսակերպում; (1/298.257223563 in WGS-84)
b = (1 - ƒa կիսա -գլխավոր էլիպսակերպի երկարություն (շառավիղը բեվեռներում);
φ1φ2 բեվեռների լայնությունը;
U1 = arctan[(1 − ƒ) tan φ1],
U2 = arctan[(1 − ƒ) tan φ2]
reduced latitude (լայնության օժանդակ ոլորտ վրա)
L = L2 - L1 լայնության տարբերությունը երկու կետերում;
λ1, λ2 երկայնությունը կետերի օժանդակ ոլորտում;
α1α2 փոխանցված ազիմուտ կետերում;
α ազիմուտ հասարակածում;
s էլիփսակերպ տարածություն երկու կետերի միջև;
σ arc երկարությունը կետերի միջև օժանդակ ոլորտում;

Հակադարձ խնդիրներ[խմբագրել]

Վերցնելով երկու կետերի կորդինատները (φ1L1) և (φ2L2), Հակադարձ խնդիրը կգտնի ազիմուտները α1, α2 և էլիփսակերպ տարածությունը s.

Հաշվենք U1, U2 և L, սահմանելով սկզբնական արժեքը λ = L. Այնուհետև իտերատիվ գնահատումը հետևյալ հավասարման համար, մինչև λ :

\sin \sigma = \sqrt{ (\cos U_2 \sin \lambda)^2 + (\cos U_1 \sin U_2 - \sin U_1 \cos U_2 \cos \lambda)^2}
\cos \sigma = \sin U_1 \sin U_2 + \cos U_1 \cos U_2 \cos \lambda \,
\sigma = \arctan\frac{\sin\sigma}{\cos\sigma}\,[1][2]
\sin \alpha = \frac{\cos U_1 \cos U_2 \sin \lambda}{\sin \sigma} \,[3]
\cos^2 \alpha = 1 - \sin^2 \alpha \,
\cos (2 \sigma_m) = \cos \sigma - \frac{2 \sin U_1\sin U_2}{\cos^2 \alpha} \,[4]
C = \frac{f}{16} \cos^2 \alpha \big[4 + f(4-3 \cos^2 \alpha) \big] \,
\lambda = L + (1-C) f \sin \alpha \left\{ \sigma + C \sin \sigma \left[\cos (2 \sigma_m) + C \cos \sigma (-1 + 2 \cos^2 (2 \sigma_m)) \right]\right\} \,
u^2 = \cos^2 \alpha \frac{a^2 - b^2}{b^2} \,
A = 1 + \frac{u^2}{16384} \left\{ 4096 + u^2 \left[ -768 +u^2 (320 - 175u^2) \right] \right\}
B = \frac{u^2}{1024} \left\{ 256 + u^2 \left[ -128 + u^2 (74-47 u^2) \right] \right\}
 \Delta \sigma = B \sin \sigma \Big\{ \cos(2 \sigma_m) + \tfrac{1}{4} B \big[ \cos \sigma \big(-1+2 \cos^2(2 \sigma_m) \big) - \tfrac{1}{6} B \cos(2 \sigma_m)  (-3+4 \sin^2 \sigma) \big(-3+4 \cos^2 (2 \sigma_m)\big)  \big] \Big\}
 s = b A(\sigma - \Delta \sigma) \,
 \alpha_1 = \arctan \left( \frac{\cos U_2 \sin \lambda}{\cos U_1  \sin U_2 - \sin U_1 \cos U_2 \cos \lambda} \right) [2]
 \alpha_2 = \arctan \left( \frac{\cos U_1 \sin \lambda}{-\sin U_1 \cos U_2 + \cos U_1 \sin U_2 \cos \lambda} \right) [2]

Երկու մոտ տրամագծորեն հակառակ կետերի միջև, իտերատիվ բանաձևը չի կարող զուգամիտել:

Ուղիղ խնդիր[խմբագրել]

Սկսում ենք հաշվարկման հետևյալ տարբերակը:

 \tan U_1 = (1 - f)\tan \phi_1 \,
 \sigma_1 = \arctan \left ( \frac{ \tan U_1}{ \cos \alpha_1} \right ) \, [2]
 \sin \alpha = \cos U_1 \sin \alpha_1; \,\,\,\, \cos^2 \alpha = (1 - \sin \alpha)(1 + \sin \alpha)
 u^2 = \cos^2 \alpha \frac{a^2 - b^2}{b^2} \,
 A = 1 + \frac{u^2}{16384} \left\{ 4096 + u^2 \left[ -768 +u^2 (320 - 175u^2) \right] \right\}
 B = \frac{u^2}{1024} \left\{ 256 + u^2 \left[ -128 + u^2 (74-47 u^2) \right] \right\}

Այնուհետև, օգտագործում ենք սկզբնական արժեքը  \sigma = \tfrac{s}{bA} :

 2 \sigma_m = 2 \sigma_1 + \sigma \,
 \Delta \sigma = B \sin \sigma \Big\{ \cos(2 \sigma_m) + \tfrac{1}{4} B \big[ \cos \sigma \big(-1+2 \cos^2(2 \sigma_m) \big) - \tfrac{1}{6} B \cos(2 \sigma_m) (-3+4 \sin^2 \sigma) \big(-3+4 \cos^2 (2 \sigma_m)\big) \big] \Big\}
 \sigma = \frac{s}{bA} + \Delta \sigma \,

Մի անգամ σ-ն օգտագործվեց որպես ճշտության գնահատող:

 \phi_2 = \arctan \left( \frac{\sin U_1 \cos \sigma + \cos U_1 \sin \sigma \cos \alpha_1}{(1 - f) \sqrt{\sin^2 \alpha + (\sin U_1 \sin \sigma - \cos U_1 \cos \sigma \cos \alpha_1 )^2 } } \right) \, [2]
 \lambda = \arctan \left( \frac{\sin \sigma \sin \alpha_1}{\cos U_1 \cos \sigma - \sin U_1 \sin \sigma \cos \alpha_1} \right) \, [2]
 C = \frac{f}{16} \cos^2 \alpha \big[4 + f(4-3 \cos^2 \alpha) \big] \,
 L = \lambda - (1-C) f \sin \alpha \left\{ \sigma + C \sin \sigma \left[\cos (2 \sigma_m) + C \cos \sigma (-1 + 2 \cos^2 (2 \sigma_m)) \right]\right\} \,
 \alpha_2 = \arctan \left( \frac{\sin \alpha}{-\sin U_1 \sin \sigma + \cos U_1 \cos \sigma \cos \alpha_1} \right) \, [2]

Եթե նախնական կոտը գտնվում Հյուսիսային կամ Հարավային բևեռում, ապա առաջին հավասարումը անորոշ է: Եթե նախնական ազիմուտը ուղղված է Արևմուտք կամ Արևելք, ապա երկրորդ հավասարումը անորոշ է: Եթե երկարժեք atan2 ֆունկցիայի տեսակն է օգտագործվում, ապա այս արժեքները սովորաբար գործածվում են ճիշտ:

Վինսենթի ձևափոխությունը[խմբագրել]

Այս նամակում, ուղղված Survey Review-ին 1976 թ , Վինսեթը առաջարկեց փոխարինել իր արտահայտությունները A-ով և B-ով, մի պարզ բանաձևով, օգտագործելով Հելմերթի ընդարձակ պարամետրը` k1:

A = \frac {1 + \frac {1}{4} (k_1)^2}{1 - k_1}

B = k_1(1 - \tfrac {3}{8}(k_1)^2)

որտեղ   k_1 = \frac { \sqrt {(1 + u^2)} - 1}{ \sqrt {(1 + u^2)} + 1}

Մոտավոր տրամագծորեն հակառակ կետերը[խմբագրել]

Ինպես վերը նշվեց, հակառակ պրոբլեմի ինտերատիվ լուծումը դառնում է զուգադիմված կամ դանդաղորեն զուգադիմում է մոտավոր տրամագծորեն հակառակ կետերին: Դանդաղ զուգադիպման օրինակ է հանդիսանում (φ1L1) = (0°, 0°) և (φ2L2) = (0.5°, 179.5°) WGS84 էլիփսոիդի համար: Սա պահանջում է մոտավորապես 130 իտերատիաներ, 1 mm արդյունքի հասնելուն համար: Կախված նրանից, թե ինչպես է կարգավորված մեթոդը կիրառվում ալգորիթմը կարող է վերադարձնել ճիշտ արդյունքի,(19936288.579 m), ոչ ճիշտ աևդյունքի կամ սխալ ինդիկատորի: Ոչ ճիշտ արդյունքի օրինակը ներկայացվում է NGS online utility-ի կողմից, որը բերում է տարածության մոտ 5 km, որը շատ երկար է: Այս դեպքերում Վինսենթը առաջարկում է զուգադիպման արագացնող մեթոդը (Rapp, 1973):

Զուգատիպման կարգավորվող մեթոդի ձախողումը (φ1L1) = (0°, 0°) է և (φ2L2) = (0.5°, 179.7°), WGS84 էլիթսոիդի համար: Մի ոչ տպագրված հաշվետվության մեջ Վինսենթը (1975b) ներկայացրեց իտերատիվ սխեմայի այլընտրանքային տարբերակ` այսպիսի դեպքերը կարգավորելու համար: Սա բերում է ճիշտ արդյունքի 19944127.421 m, մոտավորապես 60 իտերատիայի; այնուամենայնիվ ուրիշ դեպքերում հազարավոր իտերացիաներ կարող են գոյություն ունենալ:

Նյութոնի մեթոդը հաջողությամբ օգտագործվեց արագ զուգադիպումների ժամանակ բոլոր զույգերի ներմուծած միավորների համար (Կարնի, 2011).

Տեղեկագրություն[խմբագրել]

Արտաքին հղումներ[խմբագրել]


Cite error: <ref> tags exist, but no <references/> tag was found