大地线

更新时间:2022-08-25 19:59

大地线(Geodesic Lines)是指地球椭球面上两点间的最短程曲线。大地线上每点的密切面(无限接近的三个点构成的平面)都包含该点的曲面法线”,亦即“大地线上各点的主法线与该点的曲面法线重合。

基本概念

定义

大地线(Geodesic Lines)是指地球椭球面上两点间的最短程曲线。

微分几何中,大地线(又称测地线)另有这样的定义:“大地线上每点的密切面(无限接近的三个点构成的平面)都包含该点的曲面法线”,亦即“大地线上各点的主法线与该点的曲面法线重合”。因曲面法线互不相交,故大地线是一条空间曲面曲线。

模型

假如在椭球模型表面 A, B 两点之间,画出相对法截线如图1,然后在A,B 两点上各插定一个大头针,并紧贴着椭球面在大头针中间拉紧一条细橡皮筋,并设橡皮筋和椭球面之间没有摩擦力,则橡皮筋形成一条曲线,恰好位于相对法截线之间,如图1所示,这就是一条大地线,由于橡皮筋处于拉力之下,所以它实际上是两点间最短线。

相对法截线

假设经纬仪的纵轴同 A,B 两点的法线 Ana和Bna 重合(忽略垂线偏差),如此以两点为测站,则经纬仪的照准面就是法截线。用A 点照准B 点,则照准面AnaB 同椭球面的截线为 AaB,叫 A 点的正法截线,或 B 点的反法截线;同样由 B点照准 A 点,则照准面BnbA 与椭球面的截线为 BbA ,叫B 点的正法截线,或 A 点的反法截线。因法线 Ana 和 Bnb 互不相交,故 AaB 和 BbA 这两条法截线不相重合。AaB 和 BbA 叫做 A,B 两点的相对法截线。注:na 与nb分别是 A ,B 两点法线与短轴的交点。

用途

当A,B两点位于同一子午圈或同一平行圈上时,正反法截线则合二为一,这是一种特殊情况。在通常情况下,正反法截线是不重合的。因此在椭球面A,B,C三点处所测得的角度(各点上正法截线之夹角)将不能构成闭合三角形,见图3。为了克服这个矛盾,在两点间另选一条单一的大地线代替相对法截线,从而得到由大地线构成的单一的三角形。

性质

方程式

大地线微分方程

如图4,设 p 为大地线上任意一点,其经度 L ,纬度为 B,大地线方位角为A 。当大地线增加 dS 到p1点时,则上述各量相应变化 dL , dB 及 dA。所谓大地线微分方程,即表达dL,dB,dA各与dS 的关系式。

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