能否根據身高,影長及測量影長的時間得知人的地理位置(經緯坐標)?

電影《特種部隊,之眼鏡蛇崛起》 裡面有這麼一幕,所以想知道,只有這3個數據的話是否足夠計算出地理位置?


謝謝 @octiu1 邀請。

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根據評論里依雅提出的問題「是不是有了準確的當地時間就可以計算出準確位置了」,尋找一個朋友與我直接做試驗。你找一下天氣好,拿個杆子,垂直立在地上,測量出杆子與影子的長度,拍張照片給我,記錄下時間。然後我根據你提供的信息計算出你的坐標來。如何?我也想試試自己的本事。
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簡單的說,不能。
根據電影情節,。但電影依舊有個BUG。

已有的兩個答案試圖在考慮實際應用的精度之類的問題,但這裡根本不必要那麼專業的那麼細緻的考慮,只需要在最理想化狀態下進行推理就知道這事件的可行與不可行。顯然二位所擔心的問題有點太遠了。
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為什麼不能?
已知身高H和影子長度L,可以計算出當時太陽光線地在當時與當地地面的夾角——太陽高度角	heta 	heta= tan ^{-1} frac {H}{L}
但是,在任意時刻,在地面上,都有N多個太陽高度角為	heta的地點。這N個地點連接在一起,形成一個地球表面的圓。
根據時間、物影比得到的是N多個點組成的圓,那麼,就不能夠決定出精確位置,甚至連大致的位置都不可能。
更詳細的解釋請繼續讀:
借用網上講解地圖投影的一張示意圖:


地球外套著一個圓錐。當太陽的位置正好在圓錐頂點位置的時候(此時,地球赤道面與公轉面重合),這N個地點連成的圓就是圖上的紅色虛線,紅色虛線位置的點,都可以形成符合公式tan 	heta=  frac {H}{L}的影子;紅色虛線形成的面與地球赤道夾角為90度。
當地球赤道面與公轉面存在一個不等於0的夾角alpha 時,紅色虛線的面與赤道面的夾角為alpha 90-alpha

如果知道其影像拍攝時的當地時間, 就可以求得太陽與當地經線的夾角——太陽方位角——以太陽方位角,可以在圓上尋找到符合的點。但顯得這一時間在電影中無法獲取。

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為什麼能?
如果說能,那麼需要滿足以下幾個條件才行:
1 位置的精度要求低,非常低。
2 有影子以外的信息輔助。

電影上之所以能,就是因為滿足這兩個條件。
請注意電影中的另外幾個細節:
1 Breaker說過這麼一句:Snow. That leaves us with what, a third of the earth? (雪,這時候只有1/3的地方有雪覆蓋)。這就是上面所說的第二個條件,輔助信息。 根據影子長度和畫面採集時間,可以找到符合條件的圓,可以再根據有雪覆蓋這一條件,尋找符合條件的地方。
2 Scarlett給一個結論說:Polar ice cap(極地冰蓋)。首先,這個概念太模糊了,可以說是北極也可以說是南極,如果事件發生在法國的春夏,自然是北極;如果是秋冬,就是指南極。 而且,南北級是面積非常大的區域,只知道大致的方向,不能確定出準確的坐標來。

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BUG
首先我在這裡假設黃赤交角是23.5度,省略了若干小數。(下圖的計算都使用了22.5,是我手殘打錯了,包括以下的幾個計算出來的角度也有1度之差,好在基本不影響證明和結論。感謝Albert Young給糾正)
假設你也知道什麼是黃赤交角,並學過初中幾何。
假設知道基本的地球形狀,和對其形狀的近似。

電影中Breaker說,McCullen的身高是180厘米,影子是46厘米——假如沒聽錯的話,這個	heta =75。太陽光線與當地地面夾角——太陽高度角是75度。
但是,在南北極,不可能出現高度角為75度的地方;即使在南北極圈處,最大的太陽高度角只有45度,所以這個地方肯定不會是在極地。
而要達到高度角75度,最高緯度只能在37.5度以內,這個地區就不可能是在極地。
下面這張照片是計算的過程和結果:


呃我其實不是測繪專業的,只學過一點皮毛.如果說錯,請各位大神不吝指正
先說結論:不行.

如今的定位基本上通過兩種方法:一種是用衛星進行定位,另一種是通過基站進行定位.即使是這樣,定位收到各種各樣的干擾,譬如雲,譬如風,還是會出現各種誤差並難以消除.
回到問題本身,具體原理還是要請測繪專業的同學來解答,我就不班門弄斧了.我按照我的邏輯說.影長是由三個因素決定的:1.身高2.人和太陽光的相對位置(角度+距離)3.影子所在地面的水平程度.以下兩個理由反證了是不行的.
1.太陽光照射到地球近似可以認光與光是平行的.因為地球本身是一個梨狀的不規則近似橢球體,而且大氣層包括地面的物體都會對太陽光進行折射漫射,換句話說,從太空照進來的陽光並不會筆筆直地射到人身上,而影響折射漫射的因素是隨著地形和天氣發生變化的.
2.地球距離太陽太遠,直接通過太陽作為參照物,以經緯度作為量綱,誤差太大.
3.無法確定地面是否水平.這個誤差因素就更大了.

綜上所述,不行.


誤差太大,無實際意義。
假設地球是正球體,無大氣層折射,影子投在水平地面上,知道日期。
已知的時間是地方時還是標準時直接影響到條件是否足夠。
下面是計算:
由身高、影長比值的反正切求出當前太陽高度角。在春秋分日的條件下,這個角的餘角即為緯度。在其他日期可以通過進一步的插值計算出來。
經度在已知的時間是當地時間(可通過持續觀察一天內影長最短為正午12時獲取,比較符合題主的意思)情況下暫時沒有想出辦法獲取,除非已知的時間是已知時區的標準時(比如北京時間是東經120度地方時)。這時可以用影長最短時的標準時與當地時間(12時)做差,由這個時間差(分鐘)除以4得到與標準經線的經度差,即可推出經度。

在這麼多不切實際的假設下終於得到了答案,所以這些方法基本沒有現實意義。


應該還需要影子指向的方位吧


在GPS發明之前,航海家就是用類似方法估算經緯度。
但是,誤差有幾千米。英國還曾經為縮小誤差懸賞。
按照中緯度1度(經緯度)約等於100千米估算,用精密儀器誤差在1分左右。

而題主用身高和影子計算,誤差至少高1-2個數量級。


樓上說不行,提出很多理論依據,不過我認為在一定精度範圍內是可行的。根據時間(日期和時刻)用物體和影子的長度還是可以估計緯度的,我測算的結果誤差大概是兩度(沒有用身高影子,用了一支普通圓珠筆,學生用尺量的),這個誤差不知道是否滿足「估計」的要求。至於經度就比較困難了。歷史上關於經度準確測算曾經引發激烈的討論,這甚至是一個令牛頓頭疼的問題。不過過去有經驗的船長的確可行通過觀察太陽來估計經度,但是精度怎麼樣就不好說了。


我是文科生。。。我不會算數。。。我開一下腦洞,,萬一他站的那塊方圓幾千公里凹陷的呢?不是有誤差了么,實際人還那麼小。。


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