当需要计算一个覆盖范围很广(例如跨越多個省份或国家)的多边形面积时,如果该多边形跨越了高斯-克吕格投影的经度分带边界,直接在其所在的分带投影下计算面积会产生巨大的变形和错误。这是因为高斯投影是等角投影,而非等积投影。离中央经线越远,其长度和面积变形越大。
核心问题
高斯投影为了保证角度的不变性(等角),牺牲了面积的准确性。在一个投影带内,变形尚可接受;但一旦多边形跨越两个或多个投影带,位于边缘的部分会被严重拉伸或压缩,导致面积计算结果严重失真。
解决方案:使用等面积投影
1. 核心原则:
选择合适的等面积投影都能很精确地完成计算。因为这类投影在设计时,确保了地球上任何部分的面积在投影到平面后,其面积比例保持不变。
2. 推荐的等面积投影类型:
方位等面积投影:
- 特点:它以一个切点为中心,将地球特征投影到平面上。这种投影在切点附近保持方向和形状都较好,且是等积的。
- 适用场景:特别适用于东西跨度大,但更倾向于集中在一个半球范围内的区域。例如,可以以多边形的几何中心或质心作为切点,创建自定义的方位等面积投影。
圆柱等面积投影:
- 特点:例如 Gall-Peters 投影。这类投影将整个地球(除极点外)投影到一个圆柱面上,然后展开。它们能完整覆盖全球,并且是等面积的。
- 适用场景:适用于跨越多个纬度带、南北延伸较广的区域。虽然它们在形状上变形较大,但用于面积计算是完全准确的。
圆锥等面积投影:
- 特点:例如 Albers Equal Area Conic。这是一种常用的投影。尤其适用于中纬度地区东西跨度大的国家或区域。
- 适用场景:中国:中国大陆版图东西跨越经度约60度,非常适合采用Albers投影。中国官方用于全国性面积计算和专题地图(如地质、气象、农业分布图)就常采用此种投影。美国:美国本土同样东西跨度大,美国地质调查局(USGS)也经常使用Albers投影制作全国范围的地图。另外,俄罗斯、加拿大等国家也常使用。
另外,可以设置两条标准纬线来优化投影。在标准纬线上,地图的比例尺是正确的,长度、面积、形状都不会变形。
具体操作步骤
知道了如何选择投影,使用QGIS、ArcGIS完成面积的精确计算就很轻松了。
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