Um exemplo de elipse de Tissot para uma projeção equiretangular?


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Estou tentando calcular a distorção de uma projeção equiretangular via indicadores Tissot. Eu tentei seguir as instruções neste post (entre outras coisas), mas está além do meu entendimento como amador.

Então, eu estou imaginando se alguém seria tão gentil em calcular uma única elipse de Tissot para um exemplo de latitude / longitude retangular (o que for seu favorito e distorcido em uma projeção retangular). Eu não entendo exatamente quais são as variáveis ​​e de onde elas vêm, portanto, ver as equações em ação seria muito útil.

Estou tentando entender essas equações para conectá-las a um programa de mapeamento que estou codificando. Fiz várias perguntas gerais neste tópico , mas acho que um exemplo específico me ajudará a descobrir o resto.

Muito obrigado, como sempre.

NCashew

Respostas:


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Para registro, aqui está uma implementação completa e comentada dos cálculos da indicatriz de Tissot (e relacionados) em R, com um exemplo trabalhado. A fonte das equações são as Projeções de Mapas de John Snyder - Um Manual de Trabalho.

indicatriz de tecido

tissot <- function(lambda, phi, prj=function(z) z+0, asDegrees=TRUE, A = 6378137, f.inv=298.257223563, ...) {
  #
  # Compute properties of scale distortion and Tissot's indicatrix at location `x` = c(`lambda`, `phi`)
  # using `prj` as the projection.  `A` is the ellipsoidal semi-major axis (in meters) and `f.inv` is
  # the inverse flattening.  The projection must return a vector (x, y) when given a vector (lambda, phi).
  # (Not vectorized.)  Optional arguments `...` are passed to `prj`.
  #
  # Source: Snyder pp 20-26 (WGS 84 defaults for the ellipsoidal parameters).
  # All input and output angles are in degrees.
  #
  to.degrees <- function(x) x * 180 / pi
  to.radians <- function(x) x * pi / 180
  clamp <- function(x) min(max(x, -1), 1)                             # Avoids invalid args to asin
  norm <- function(x) sqrt(sum(x*x))
  #
  # Precomputation.
  #
  if (f.inv==0) {                                                     # Use f.inv==0 to indicate a sphere
    e2 <- 0 
  } else {
    e2 <- (2 - 1/f.inv) / f.inv                                       # Squared eccentricity
  }
  if (asDegrees) phi.r <- to.radians(phi) else phi.r <- phi
  cos.phi <- cos(phi.r)                                               # Convenience term
  e2.sinphi <- 1 - e2 * sin(phi.r)^2                                  # Convenience term
  e2.sinphi2 <- sqrt(e2.sinphi)                                       # Convenience term
  if (asDegrees) units <- 180 / pi else units <- 1                    # Angle measurement units per radian
  #
  # Lengths (the metric).
  #
  radius.meridian <- A * (1 - e2) / e2.sinphi2^3                      # (4-18)
  length.meridian <- radius.meridian                                  # (4-19)
  radius.normal <- A / e2.sinphi2                                     # (4-20)
  length.normal <- radius.normal * cos.phi                            # (4-21)
  #
  # The projection and its first derivatives, normalized to unit lengths.
  #
  x <- c(lambda, phi)
  d <- numericDeriv(quote(prj(x, ...)), theta="x")
  z <- d[1:2]                                                         # Projected coordinates
  names(z) <- c("x", "y")
  g <- attr(d, "gradient")                                            # First derivative (matrix)
  g <- g %*% diag(units / c(length.normal, length.meridian))          # Unit derivatives
  dimnames(g) <- list(c("x", "y"), c("lambda", "phi"))
  g.det <- det(g)                                                     # Equivalent to (4-15)
  #
  # Computation.
  #
  h <- norm(g[, "phi"])                                               # (4-27)
  k <- norm(g[, "lambda"])                                            # (4-28)
  a.p <- sqrt(max(0, h^2 + k^2 + 2 * g.det))                          # (4-12) (intermediate)
  b.p <- sqrt(max(0, h^2 + k^2 - 2 * g.det))                          # (4-13) (intermediate)
  a <- (a.p + b.p)/2                                                  # (4-12a)
  b <- (a.p - b.p)/2                                                  # (4-13a)
  omega <- 2 * asin(clamp(b.p / a.p))                                 # (4-1a)
  theta.p <- asin(clamp(g.det / (h * k)))                             # (4-14)
  conv <- (atan2(g["y", "phi"], g["x","phi"]) + pi / 2) %% (2 * pi) - pi # Middle of p. 21
  #
  # The indicatrix itself.
  # `svd` essentially redoes the preceding computation of `h`, `k`, and `theta.p`.
  #
  m <- svd(g)
  axes <- zapsmall(diag(m$d) %*% apply(m$v, 1, function(x) x / norm(x)))
  dimnames(axes) <- list(c("major", "minor"), NULL)

  return(list(location=c(lambda, phi), projected=z, 
           meridian_radius=radius.meridian, meridian_length=length.meridian,
           normal_radius=radius.normal, normal_length=length.normal,
           scale.meridian=h, scale.parallel=k, scale.area=g.det, max.scale=a, min.scale=b, 
           to.degrees(zapsmall(c(angle_deformation=omega, convergence=conv, intersection_angle=theta.p))),
           axes=axes, derivatives=g))
}
indicatrix <- function(x, scale=1, ...) {
  # Reprocesses the output of `tissot` into convenient geometrical data.
  o <- x$projected
  base <- ellipse(o, matrix(c(1,0,0,1), 2), scale=scale, ...)             # A reference circle
  outline <- ellipse(o, x$axes, scale=scale, ...)
  axis.major <- rbind(o + scale * x$axes[1, ], o - scale * x$axes[1, ])
  axis.minor <- rbind(o + scale * x$axes[2, ], o - scale * x$axes[2, ])
  d.lambda <- rbind(o + scale * x$derivatives[, "lambda"], o - scale * x$derivatives[, "lambda"])
  d.phi <- rbind(o + scale * x$derivatives[, "phi"], o - scale * x$derivatives[, "phi"])
  return(list(center=x$projected, base=base, outline=outline, 
              axis.major=axis.major, axis.minor=axis.minor,
              d.lambda=d.lambda, d.phi=d.phi))
}
ellipse <- function(center, axes, scale=1, n=36, from=0, to=2*pi) {
  # Vector representation of an ellipse at `center` with axes in the *rows* of `axes`.
  # Returns an `n` by 2 array of points, one per row.
  theta <- seq(from=from, to=to, length.out=n)
  t((scale * t(axes))  %*% rbind(cos(theta), sin(theta)) + center)
}
#
# Example: analyzing a GDAL reprojection.
#
library(rgdal)

prj <- function(z, proj.in, proj.out) {
  z.pt <- SpatialPoints(coords=matrix(z, ncol=2), proj4string=proj.in)
  w.pt <- spTransform(z.pt, CRS=proj.out)
  return(w.pt@coords[1, ])
}
r <- tissot(130, 54, prj,                # Longitude, latitude, and reprojection function
       proj.in=CRS("+init=epsg:4267"),   # NAD 27
       proj.out=CRS("+init=esri:54030")) # World Robinson projection

i <- indicatrix(r, scale=10^4, n=71)
plot(i$outline, type="n", asp=1, xlab="Easting", ylab="Northing")
polygon(i$base, col=rgb(0, 0, 0, .025), border="Gray")
lines(i$d.lambda, lwd=2, col="Gray", lty=2)
lines(i$d.phi, lwd=2, col=rgb(.25, .7, .25), lty=2)
lines(i$axis.major, lwd=2, col=rgb(.25, .25, .7))
lines(i$axis.minor, lwd=2, col=rgb(.7, .25, .25))
lines(i$outline, asp=1, lwd=2)
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