本发明涉及一种专题专用地图的使用功能图及其使用方法,特别是专(题)用线性全等航图的基面集象标图及其相位、相角使用方法。 现有通用的各传统投影地图中尚无集象标量使用功能图。如航海时,海轮航迹均依靠墨卡托(Mercator)航海图及数十上百幅航线分图来估计推算,其准确度受地图变形误差的影响限制,致使相位、相角等偏差较大。尤其是等角航线的外推估算度量和其斜驶航迹的实际标形度量,两者相差甚远且矛盾十分突出。而在“三航”(海、空、天、潜)交通中却主要是运用此类墨氏航线(图)方法,它约占95%以上。由此导致:卫星、飞机、舰船之各种斜驶航线;各域海岸、河流、国界等地理标线;岛屿暗礁、险滩湍流及港口城镇、机场码头的地址;水产、国土、矿藏的位址;海、空难地址等之地图标记严重失真误解。特别是对航(标)线的全等定格标注和分序区段的相位相角,更是无法基面标形解析度量。总之,凡此种种航迹标形要素均难以全面准确地等价表征标注与技术实施保证。
本发明的目的在于设计、提供一种专题专用线性全等地图及其使用功能图。并提供其基面集象、解析度量使用方法,即用区间分段标形及集角解析度量各种斜驶航线,各域地理标线。它避免了投影地图的变形误差,并摆脱了外推时经、纬分度的约束局限,使航图精度全面提高且信息容量增大,数十上百幅航线分图可由两张基面集象标图替代,更加突出的是:其单位航线及航位,航角一一对应等价于基面集象解析度量,由此航行使用功能直观方便且标准规范。
本发明的技术解决方案是基面集象标图。其措施方法:1)基面标形迭合集象;2)全等解析度量标注。基面集象标图是专(题)用线性全等地图的使用功能图,即全等航图之对角基面及标形迭合表象于一个集象基面的解析度量图。这里对象基面即是单位航线基面称基面;序列基面一张加上一张地相迭重合且透视表象简称迭合表象;其迭合表象基面称集象基面;基面及单位航线、航位、航角等坐标图形即是基面标形。基面集象标图由基面及经、纬脊边,纬向切线,区间端点,单位航线,基面标格线点,基面中点坐标,基面角标尺,基面角点坐标,主航角、付航角,序列航位迭合表象构成。它分有两种类型:即(1)中点坐标迭合集象标图和(2)角点坐标迭合集象标图。前者(1)专用于航(标)线之序列标格方位标注,它对港站、岛礁等与单位航(标)线之序列相位记载,标量功能使用尤其直观准确;后者(2)专用于航(标)线之序列标尺角度标注,它对港站、岛礁等与单位航(标)线之序列相角记载,标量功能使用尤其直观准确。两者航位、航角综合功能使用效果更佳,由此可确保航线安全经济高效。
附图说明如下:
图1:基面及其标形解析度量图;
图2:中点坐标迭合集象标图;
图3:线性全等航线示意图;
图4:斜直航线之基面集象标图;
图5:对角航线之基面集象标图;
图6:等角航线之基面集象标图;
本发明涉及的基面即是地球曲表之水平切平面,它由相邻两序脊经与相邻两序脊纬所正交包围之水平面积构成。平面经、纬向周边即是基面 θi,r[4]之经脊边r,i[3]、纬脊边i,r[2],其经、纬脊边之径向圆心角即单位向心角分别为单位纬度△φr[10]、单位经度△λi[9]。每两根相交脊边所夹之四象限平面角统称基面角,其角度标尺为基面角标尺。纬向两侧象限基面角各自与直角90°的对称正+△t,负-△t差角分别为基面离散角与基面收敛角。基面收敛角既是基面半径条带及脊经向极点缩小所夹之收敛角,又是地图图幅内角Ω之单位内角△Ωi[11],单位内角度对称恒等于单位经度△λi[9],由此2|△t|=△Ω ()/() △λ。
基面 θi,r[4]经向依序排列形成向极点平均收敛(或向赤道离散)的锐角形基面半径条带,相邻两序基面半径条带之相交脊角边线即是脊经;基面[4]纬向依序排列形成等距平行赤道的弯曲形基面圆弧条带,相邻两序基面圆弧条带之相交脊角边线即是脊纬,脊经、脊纬即分别是经脊边[3]、纬脊边[2]之序列积和。由此两两序列相交构成序列基面网络地图,其上标记航线、标线即构成线性全等航图总图、分图。
本发明结合具体斜驶航线图例,进一步说明如下:
根据海、空航行实际和依据基面、脊线极限。航(标)线可概括为:1)子午;2)圆弧;3)斜(弦)直;4)对角;5)等角;6)不规则等六种类型。由于1)子午,2)圆弧航线分别重合经、纬线,其基面标形及标形表象均为航角相同的正向直线,从而集象表征及解析航角实际意义不大,为此1)、2)类航线本发明省约不予集象标图计较。另外6)类不规则航(标)线,即以图2基面序列标格对其单位航(标)线及相位、相角的再序列微分、集象图解,它主要以航(标)线之基面区段和局部标格综合标形需要而定。
图3中地斜驶航线则是:3)斜(弦)直;4)对角;5)等角航线。其中A类斜(弦)直航线是本发明重新定义的航程最短且分布区域最广的直线(蔟)。其特征在于:直航线两端与同序一根纬线相交,该线为这一纬线上的弦直航线;弦直航线上的某一截段直线即是斜直航线A。其单位航线之主、付航角由均差单位内角△Ω所决定,它是本发明的主要航线类型。其次是曲线(蔟)的4)对角,5)等角航线。前者B线为唯一的基面对角航线,后者C线即是墨氏等角直线(蔟)的对应置换的基面等角航线(蔟)。其中摘要附图3及图2是航(标)线之中点坐标迭合航位集象标图;而图4,图5,图6则分别是航线A,B,C之角点坐标迭合航角集象标图。
本发明依据的具体数学方法原则特征,有如下几点:
1.基面脊线网络:地球表面可视作基面及经、纬脊边之序列正交闭合网络曲面;基面即是地表之水平切平面,该平面之周边分别为经、纬脊边;由基面及经、纬脊边依序排列形成的基面半径、圆弧条带及其脊经、脊纬,是地图之基础标准图带、网线;基面是集象标图之基本单位图面。
2.基面标形表象:基面恒有大于零的经、纬向切线及其切线面。其单位航(标)线及基面航位、航角等坐标图形表象即是基面标形表象。
3.基面序列坐标:基面及经、纬脊边恒有一重序列之中、角点地理坐标;基面标格及标格边线恒有二重序列之中、角点地理坐标。
4.基面全等比例:以基面经脊边及标格边线之长度比,作为本发明地图、标图之全等比例1∶M基(数)准。
5.基面标形集象:各基面标形可按一定比例且依据中、角点坐标线轴基准,分别依序迭合表象构成基面航位、航角标形集象。
6.基面标量通解:各对象基面恒有标形解析度量。即主、付航角通解式为αi=α1+(i-1)△Ω,βi=β1-(i-1)△Ω;正弦、余弦标量通解式为:△yi= φisinβi=dyi,△xi= φicosβi=dxi。与此原则相同:代入单位经度△λi、纬度△φr及其标格分量且序列积和,即可直接通解航位标量。
本发明基面集象标图及其使用功能方法:
基面集象标图分有:(1)中点坐标迭合集象标图和(2)角点坐标迭合集象标图。前者(1)类用于航(标)线之序列标格方位标注,它对机场港口、岛屿暗礁等标(线)点及单位航线之序格航位记载,标量使用尤其直观准确;后者(2)类用于航(标)线之序列标尺角度标注,它对机场港口、岛屿暗礁等标(线)点及单位航线之序列航角记载,标量使用尤其直观准确。
图1之对象基面及基面标形的特征是:基面 θi[4]及经脊边r,i[3],纬脊边i,r[2]的几何中点为基面[4]的坐标中点[6],通过中点的经、纬向切线分别为中点[6]之纵坐标r,i[8]、横坐标i,r[7],以此构成的地理坐标即是基面中点坐标。在纵、横坐标线上等量标格分别划出2k×2m根经、纬向标线,其纵、横坐标标量即是正弦、余弦标量。序列经、纬标线两端与基面对应经、纬脊边相交,形成基面标格网络。
参见图2:各对象基面 θi[4]按一定比例且依据基面中点坐标基准,迭合表象成为基面集象标图。其特征在于:首先各基面[4]坐标中点[6]迭合成一个集象坐标中点[16],随之各坐标中点之纵[8]、横[7]坐标线迭合表象为集象坐标中点[16]之纵坐标轴[18],横坐标轴[17],以此各基面中点坐标迭合表象构成集象中点坐标。尔后以此坐标标轴基准,各基面标格迭合表象成为集象标格基面。与此同时:各基面[4]之上下纬脊边i,r[2]依序迭合表象成为集象基面之上顶、下底边轴;各基面[4]之左右经脊边ri[3]依序相迭表象为集象基面之左右非迭合有间距斜平行边线;由此形成集象基面标格图2,其上若以集象坐标中点[16]为轴心,且以集象基面标格为方位分量标准,依序标记各单位航线 φi[12],即可构成摘要附图所示的基面航位集象标图。
图3及图1之对象基面及基面标形的特征是:以航线与脊经相交之区间端点作为基面 θi[4]的坐标角点Pi[1],通过角点[1]的脊经边[3]、纬向切线[5]分别为角点[1]之纵坐标边,横坐标边,以此构成的地理坐标即是基面角点坐标。在纵、横坐标边线上等量标格分别标划线点,以此纵、横坐标标量即分别为正弦、余弦标量。而序列标线两端与基面对应右侧脊经边[3],上顶纬向切线[5]相交,即可形成基面标格网格。
参见图4、图5、图6:各对象基面按一定比例且依据基面角点坐标边基准,迭合表象成为基面集象标图。其特征在于:首先各基面 θi[4]坐标角点[1]迭合成一个集象坐标角点{Pi,1}(1≤i≤n)[19],随之各坐标角点[1]之纵、横坐标边,迭合表象为集象坐标角点[19]之纵坐标轴[21]边,横坐标轴[20]边,以此各基面角点坐标迭合表象为集象角点坐标。尔后以此坐标轴边基准,各基面标格迭合表象成为集象标格基面。与此同时:各基面[4]之右侧脊经边[3]依序相迭表象为集象基面之右侧非迭合有间距斜平行边线;各基面[4]之上顶纬向切线[5]依序相迭表象为集象基面之上顶非迭合有间距平行边线;由此形成集象基面标格图。其图上又以集象坐标角点[19]为轴心,且以集象航角标尺[15]为相角分度标准,依序标记各单位航线 φi[12]即区间端点连线,即构成基面航角集象标图。
如图3所示:航线A、B、C通过航图之基面网络且与序列脊经{Ri}相交时,其序列交点为区间端点即首端Pi1、尾端Pik点,将A、B、C航线分成n段单位航线[12],以此求证获得n个单位航线基面即对象基面。其单位航线[12]与脊经边[3],纬向切线[5]或者纬脊边[2]所夹之基面角分别是主航角αi[13]付航角βi[14],由此求证获得n个基面航角标形。各主[13]、付[14]航角由基面半径条带及脊经收敛之单位内角△Ωi[11]所决定,它们序列等价对应为集象航角标尺[15]之角度分量,由此各基面航角标形依序相迭表象构成基面航角集象标图。
由于每一角点即区间端点Pi,既是前序单位航线 φi尾端点Pi,k,又是后序单位航线 φi+1之首端点Pi+1,1。两端点连线即是单位航线 φi[12],从而序列端点{Pi}(1<i<n)区间划分各序单位航线{ φi}(1≤i≤n),以此端点之对应脊经边、纬向切线正交形成的对象基面{ θi}(1≤i≤n),其特征在于:过此端点Pi之正西(W)纬向切线[5]为前序对象基面 θi之上顶边;过此端点Pi之正东(E)纬向切线[5]为后序对象基面 θi+1之下底边;过此端点Pi之正南(S)脊经边[3]为前序对象基面 θi之右侧边;过此端点Pi之正北(N)脊经边[3]为后序对象基面 θi-1之左侧边;由此点点方向周边加粗黑线相连即形成图3上的A,B,C航线之序列对象基面。
斜驶航线通过航图3时,依据其与序列基面网络之脊经相交的对象基面标形特征不同,可分为典型的三种:即斜直航线A、对角航线B、等角航线C,它们各自恒有不同标形特征的基面航角集象标图。
图4:即斜直航线A之基面航角集象标图。其特征是:通过角点[1]的单位航线 φi[12]与脊经边[3]所夹之基面角为主航角αi[13];通过角点[1]的单位航线[12]与纬向切线[5]所夹之基面角为付航角βi[14];由于脊经边[3]与纬向切线[5]所夹基面角恒有向极点平均收敛之单位内角△Ωi[11],当直航线A斜驶对象茶石[4]时,则单位内角{△Ωi}就已由基面对称差角2|△t|直接深进代入了主、付航角,其相邻两序之主、付航角,各自相差一个单位内角△Ω=2|△t|,由此αi=α1+(i-1)△Ω,βi=β1-(i-1)△Ω通解的基面均差相角标形,序列相迭表象且对应等价标注为集象航角标尺[15]之均差角度。
图5:即对角航线B之基面航角集象标图。其特征是:通过角点[1]的单位航线 φi[12]与经脊边r,i[3]所夹之平面角为主航角αi[13];通过角点[1]的单位航线[12]与纬脊边i,r[2]所夹之基面角为付航角βi[14];主、付航角之和即是通过角点[1]的经脊边[3]与纬脊边[2]所夹之基面角。航线B与脊经之相交区间端点是基面对角顶点,其序列主、付航角皆为对角。由此αi=α1(B)-(i-1)△Ω-△α;βi=β1(B)+(i-1)△Ω+△β通解的基面对顶相角标形,序列相迭表象且对应等价标注为集象航角标尺[15]之对角角度。
图6:即等角航线C之基面航角集象标图。其特征是:通过角点[1]的单位航线 φi[12]与脊经边[3]所夹之基面角为主航角αi[13];通过角点[1]的单位航线[12]与纬向切线[5]所夹之基面角为付航角βi[14];主、付航角之和即是通过角点[1]的脊经边[3]与纬向切线[5]所夹之基面角。航线C与脊经之相交区间端点即是基面等角顶点,其序列主、付航角皆为等角。由此αi=α1(c)-(i-1)△Ω;βi=β1(c)+(i-1)△Ω通解的基面对顶相角标形,序列相迭(迭合)表象且对应等价标注为集象航角标尺[15]之等角角度。
本发明基面集象标图及其使用方法之功能优势在于:
1.航线自主安全:历来海、空计划航线大都为墨氏等角航线,它很难正确实施。加之避风港湾寻靠,暗礁浅滩回让,海空险难搜救,鱼群追寻捕捞等及其正确安全返航,都需重新确定航线。若依靠墨氏航(图)、线拟定则变形误差在所难免,尤其分序航段、航位、航角、航距的比例推算及实施行驶均十分困难。而依据本发明则可全面准确地解决这些难题,由此用户对所需航线可独立自主确定,且安全规范地定位导航实施保证。
2.航线短捷经济:斜(弦)直航线与大圆航线相比:航程可缩减约0.1%-36%,且短捷约0.5-6090海里;若以对角B,等角C航线,与其对应弦直航线相比:航程则分别缩减5.12%与4.22%,总之非常直观现实,直航线比曲航线短捷经济。
3.标图功能简便:本发明以地图上之出发、目的港站或任意两点作航线起止端点,两点连接直线即是斜(弦)直航线。该直线以通过地图且与脊经相交角点作区间端点,划分单位航线、基面及航位、航角标形。由此全等航图、集象标图及其使用功能非常简便容易且十分准确稳定。
4.集象航位精确:中点坐标迭合集象标图以单位经度、纬度及其分序标格度为标准,它毋须外推时经、纬度之相位即可独自使用。实航时只需在其表栏内,分别依序符号标记:日期时间、单位航线完成序数、相位偏差有否、后段航位、航角调整参数诸项,由此籍助基面定位导航仪航位计量数据,即可全面精确地基面区段航位功能使用。
5.集象航角精确:角点坐标迭合集象标图以基面主、付航角及其分序标尺度为标准,它毋须外推时经、纬度之相位即可独自使用。实航时只需在其表栏内,分别依序符号标记:日期时间、单位航线完成序数、航角偏差有否、后段航位、航角调整参数诸项,由此籍助舵角操作仪航角计度数据,即可全面精确地基面区段航角使用功能。
6.配套系统齐全:中、角点坐标迭合之航位、航角集象标图可综合使用;基面定位导航仪和航角操作仪亦可综合使用;同时两图、两仪又可综合配套使用;由此“地、图、仪”三者之序列相位、相角、标量及基面区间航段等价标形,综合功能使用配套齐全。
7.应用范围广阔:基面集象标图作“三航”交通路线、各域地理标线的使用功能图,尤其现实重要。此外,各科技领域及工程技术系统均可参考使用,由此本发明专题专用范围极其广阔。
8.制作成本低廉:本发明毋须变形投影处理;也不要天文、大地坐标监测网络及卫星,接收应答机,计算机等外推它备测算装置;并且对于已有的地图测绘资料及印制设备,工艺技术都可直接演进、置换利用。它仅只籍助基面定位导航仪及相位计量功能即可绘制,故成本低廉。
9.开发效益显著:本发明可制作各种价值高的专(题)用地图、标图、其系列产品及知识产权开发之标准作用与经济效益尤为突出显著。
附图标号字符说明:
[1]Pi区间端点即角点,[2]纬脊边,[3]经脊边,[4] θi基面,[5]纬向切线,[6]基面坐标中点,[7]i,r中点横坐标,[8]r,i中点纵坐标,[9]△λi单位经度,[10]△φr单位纬度,[11]△Ωi单位内角,[12] φi单位航线,[13]αi主航角,[14]βi付航角,[15]集象航角标尺,[16]集象坐标中点,[17]集象横坐标轴,[18]集象纵坐标轴,[19]{Pil}集象坐标角点,[20]集象横坐标轴边,[21]集象纵坐标轴边。