理论教育 如何计算坐标点A和B之间的水平距离和方位角?

如何计算坐标点A和B之间的水平距离和方位角?

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:使用勾股定理与arctan函数计算设直线AB的坐标增量为使用勾股定理计算水平距离的公式为图7.2象限角RAB的几何意义由本书第4.4节可知,直线AB的坐标方位角定义为坐标北(+x轴)方向顺时针到直线AB方向的水平夹角,坐标方位角的取值范围为0°~360°。试计算图7.3已知边AB的水平距离DAB、坐标方位角αAB及其反方位角αBA。例如,用fx-5800P的复数功能计算的平距DAB与方位角αAB的操作步骤如下:按键进入COMP模式,按键设置角度单位为Deg。

如何计算坐标点A和B之间的水平距离和方位角?

(1)使用勾股定理与arctan函数计算

设直线AB的坐标增量为

使用勾股定理计算水平距离的公式为

图7.2 象限角RAB的几何意义

由本书第4.4节可知,直线AB的坐标方位角定义为坐标北(+x轴)方向顺时针到直线AB方向的水平夹角,坐标方位角的取值范围为0°~360°。如图7.2所示,过直线起点A分别平行于高斯平面坐标系的x轴与y轴作平行线,建立图示的ΔxAΔy增量坐标系,由ΔxAB,ΔyAB计算象限角RAB的公式为

根据三角函数的性质可知,由式(7.3)计算的象限角RAB定义为直线AB与+Δx轴方向或-Δx轴方向的锐角,其取值范围为0°~±90°,将RAB转换为坐标方位角αAB时,需要根据ΔxAB与ΔyAB的正负、参照图7.4来判断,其规则列于表7.5中。

表7.5 直线AB的象限角RAB与坐标方位角αAB的关系

测量上,称αBA为αAB的反方位角,关系为

式(7.4)中的“±”,当αAB<180°时,取“+”;当αAB>180°时,取“-”,这样就可以保证αBA的值在0°~360°范围内。

【例7.1】 试计算图7.3已知边AB的水平距离DAB、坐标方位角αAB及其反方位角αBA

【解】 ΔxAB=2 547 188.043 m-2 547 228.568 m=-40.525 m

ΔyAB=491 377.210 m-491 337.337 m=39.873 m

因为ΔxAB<0,ΔyAB>0,由图7.4或表7.5可知,AB边方向位于增量坐标系的第Ⅱ象限,坐标方位角为αAB=RAB+180°=135°27′52.7″,αAB的反方位角为αBAAB+180°=315°27′52.7″。

(2)使用复数计算

复数有式(7.5)所示的直角坐标、极坐标与指数3种表示方法,其中,前两种也称为复数的几何表示法,fx-5800P只能对直角坐标格式与极坐标格式的复数进行计算。

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式(7.5)中,x为复数的实部,y为复数的虚部,i2=-1,在fx-5800P中,按键输入i;r为复数的模,θ为复数的辐角,按键输入∠。

在图7.3所示的高斯平面直角坐标系中,设任意点P的坐标为(x,y),复数表示为z=x+y i,则复数z的模r为原点至P点直线的平距,辐角θ为原点至P点直线与实数轴+x轴的水平角

利用直角坐标与极坐标的关系,有x=r cosθ,y=r sinθ,复数z可以表示为

在fx-5800P中,如果将一个复数存入字母变量B,则ReP(B)为提取复数变量B的实部,Im P(B)为提取复数变量B的虚部,Abs(B)为计算复数变量B的模,Arg(B)为计算复数变量B的辐角。

图7.3 高斯坐标系的复数定义

键为调出图7.4(b)所示的复数函数菜单,在该菜单下,按键为输入ReP(,按键为输入Im P(;按键为输入Abs(,按键为输入Arg(。

图7.4 复数函数菜单

使用辐角函数Arg算出的辐角θ的取值范围为0~±180°。如图7.3所示,设OP直线方位角为α,则OP直线的辐角θ与其方位角的关系是:θ>0时,α=θ;θ<0时,α=360°+θ。

例如,用fx-5800P的复数功能计算【例7.1】的平距DAB与方位角αAB的操作步骤如下:

键进入COMP模式,按键设置角度单位为Deg。

按2547228.568491337.337键输入A点坐标复数到A变量,结果如图7.5(a)所示;按2547188.043491377.21键输入B点坐标复数到B变量,结果如图7.5(b)所示;按键计算直线AB的平距,按键计算直线AB的辐角,结果如图7.5(c)所示;因算出的辐角为正数,故为方位角;按键将辐角变换为六十进制角度显示,结果如图7.5(d)所示。

图7.5 计算复数的模与辐角案例

下面的fx-5800P程序P7-1是使用复数计算起始点至任意点的平距及坐标方位角,案例结果列于表7.6中。

程序名:P7-1,占用内存190字节。

表7.6 使用程序P7-1计算平距和坐标方位角案例

执行程序P7-1,计算表7.6起讫点号的平距与方位角操作过程如下:

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