Google地图天天用地图,而现在才发现百度、高德、谷歌地图都是“错误”的
最近看到一些有趣的数学资料 , 突然很感兴趣 , 然后把之前学的矩阵、积分温习了一下 , 为了验证学习成果 , 于是找出著名的墨卡托投影公式 , 看是否自己能看懂?
随着深入的了解与学习 , 发现市面上的主流地图都基本用墨卡托投影来绘制地图 , 而墨卡托投影的地图有个比较有争议的诟病 , 就是越往两极(南极、北极) , 地图的比例越失真 , 请看如下图:
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深南色才是实际面积
大家看到上图的俄罗斯的面积没有 , 绘制的面积(浅蓝色)比实际的面积(深南色)大很多 , 比例严重失真了 。 或者再看看下面的动图 , 更形象:
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真实比例动图
大家此时会问 , 这么严重的‘’错误“ , 难道百度、腾讯、高德、谷歌这些千万亿级的“独家兽”不懂吗?答案是否的 , 因为墨卡托投影的地图有个好处 , 就是“保角” , 对于航海的导航是非常友好的 。
我们对墨卡托投影作如下一个分析:
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球形地图
我们现在假设地球是圆形的球体(实际是椭球体) , 半径R=1 , D点的维度是θ , 那D点所在的圆形的半径就是1 * cosθ = cosθ, 所以D点所在维度的圆形的周长是2πcosθ , 但投影时要拉伸到2π(赤道的周长) , 因为最终的投影时长方形、正方形 。 但问题来了 , D点的投影横向拉伸了1/cosθ倍 , 那纵向的投影应该也要拉伸1/cosθ倍 。
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保角
这是大家可能会说 , 直接把D点维度乘以1/cosθ就可以了 。 但是这是与赤道的点保角 , 而我们的重点应该是任意两点的“保角” 。
想象一下纬度很小的一块土地 。 当它在地图上显示时 , 它会水平拉伸\ secθ 。 因此 , 为了保持一致性 , 还必须将其垂直拉伸secθ 。
但这仅在一块土地没有面积的情况下才有效 。 但是由于所有土地 , 无论多么小 , 都有一定的面积?? , 这片土地的纬度不是θ , 而是从θ到 θ + Δθ 很小的 Δθ 。 同样 , 这块土地在地图上所占??据的空间不仅仅是y , 而是从y + Δy很小的地方开始Δy 。 所以公式推导如下:
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公式推导
而另外还有一个推导 , 这个推导也被广泛使用 。 因为发明墨卡托投影时 , 并没有积分、对数等工具 。 而1614年 , 约翰·纳皮尔(John Napier)发明了对数 , 很快发现它们在计算中非常有用 。 如此有用 , 不仅发布了对数表 , 而且还发布了三角函数的对数表 , 其中包括1620年的切线对数表 。
在1640年代 , 一个名叫亨利·邦德(Henry Bond)的男人正巧同时看两张表格:赖特(Wright)的表格和正切对数表 。 他注意到一个巧合:似乎与相同 。 他在1645年将其作为猜想而发表:
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如今 , 要验证这一点 , 您要做的就是注意它们在θ=0:
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