數說地圖之投影變形

在前幾篇文章里詳細說了說墨卡托投影:

數說地圖投影之墨卡托地圖

以及等面積投影:

數說地圖之等面積投影

在前文中可知,水平方向的形變 k_{h} 與豎直方向的形變 k_{v} 如果相同的話為等角投影,如果兩者的乘積為1是等面積投影,兩者的乘積或者兩者的比值也可以用于衡量投影形變的大小。以墨卡托投影為例, k_{h}/k_{v}=1 說明地圖為等角投影,而 k_{h}*k_{v}=sec^{2}(phi) 說明在 phi 接近正負 frac{pi}{2} 時有嚴重的變形。

而蘭伯特投影是個等面積投影,但是 k_{h}/k_{v}=sec^2(pi/4-phi/2) ,因此越偏離北極變形越大。

在製圖學中,我們會使用變形橢圓來表現投影的變形,變形橢圓由法國數學家底索提出,又稱「底索指線」、「底索曲線」,是解釋地圖投影變形的一種幾何圖解方法。

墨卡托投影的變形橢圓

橢圓有兩個軸a與b,變形橢圓就是把橢圓的兩個軸對應與變形參數 k_{h}、k_{v} ,比如上圖墨卡托投影中的變形橢圓,由於墨卡托投影是等角投影,因此橢圓的ab軸長度相等,呈現出來的幾何圖像就是圓形。

比如下圖蘭伯特投影,越離開北極點,變形橢圓的面積逐漸增大。

正弦曲線投影的變形橢圓

正弦曲線投影的變形橢圓,可以發現x軸與y軸幾乎無變形,離x,y軸越遠變形越大。這是因為這種投影的經線是 x=	heta cos(y)

在橫軸墨卡托投影中,變形橢圓也是呈現出標準的圓形,但是越往東西方向變形越大。

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