地球上两点之间,最短的路不是直线
大圆航线最短但要不断转向,等角航线好飞但要绕一点
球面上的航线有两种选法:大圆航线距离最短但航向一直在变;等角航线航向不变但距离稍长。把球面画到纸上叫地图投影,难免失真;民航航图用兰伯特投影把失真压到最小。本页把地球、两条航线与投影一次讲清。
01 地球与经纬网
- 坐标系
- 点的位置用纬线和经线两条线相交确定;属大地坐标系,ICAO 采用 WGS-84
- 纬线
- 垂直地轴的平面与地面相割成的圆,所有纬线互相平行
- 经线
- 通过地轴的平面与地面相割成的圆,所有经线都交于极点
- 赤道
- 通过球心、垂直于地轴的大圆圈
- 真经线
- 指向地理南北的方向线
- 磁经线
- 稳定自由磁针所指的南北方向线
- 磁差
- 磁经线北端偏离真经线北端的角度;以真经线为基准,偏东为正、偏西为负
- 磁差年变率
- 地磁场世纪变化的年平均值,对空中导航精度影响较大
注 · 「大圆圈」是 02 的伏笔:赤道就是过球心的大圆圈;所有纬线里只有赤道是大圆圈,其余纬线都是小圆圈。
02 大圆航线:过地心的平面切一刀
- 大圆圈
- 通过地心的平面切出的圆圈;过两点仅能作一条大圆圈线
- 大圆航线
- 以该大圆圈线上较短的弧作为航线的叫大圆航线
- 特点一
- 大圆航线上各点与真经线的夹角不相等,航线距离最短
- 特点二
- 大圆弧与所有子午线相交角度不等,严格沿大圆弧航行必须不断改变航向
注 · 把地球想成橙子:过地心竖着切一刀,切口圆周长最大;斜着不经过地心切,切口就是小圆圈。两点之间的最短弧总是「贴着球面、圆心在地心」的那条。
03 等角航线:航线角不变的螺旋线
- 定义
- 以通过地球表面两点间的等角线作为航线的叫等角航线;其上各点航线角相等
- 距离
- 距离一般都比大圆航线长
- 近距离
- 通常采用等角航线
- 远程
- 最常用:全程大圆航线,再按实际情况分成几个阶段,每阶段按等角航线飞行
- 好处
- 既便于领航实施,也经济效益好
注 · 等角航线又叫「斜航线」:它和每条经线相交的角度都一样,所以沿一个固定航向就能飞;代价是在球面上它是一条螺旋线,越往极地绕得越厉害、路程越长。
04 大圆与等角对比
| 对比项 | 大圆航线 | 等角航线 |
|---|---|---|
| 本质 | 过两点大圆圈上的较短弧 | 过两点、各点航线角相等的等角线 |
| 航向 | 与子午线交角不等 → 不断改航向 | 航线角不变 → 一个航向飞到底 |
| 距离 | 最短 | 一般比大圆航线长 |
| 适用 | 远程全程采用 | 近距离通常采用;远程分阶段采用 |
| 墨卡托图形 | 凸向极地的弧线 | 直线 |
| 经度差 < 30° | 大圆航线与等角航线的距离差较小(差别小,可近似互替) | |
注 · 远程飞行的「分段」逻辑:全程先按大圆航线确定最短路径,再把大圆弧分成几段,每一段按等角航线飞——这样航向固定、领航简单,总距离又接近最短。
05 地图投影原理
- 投影原理
- 按一定数学法则,把地球椭球面上的经纬网转换到平面上
- 地图失真
- 投影产生的变形,有长度失真、角度失真和面积失真三种
- 分类
- 按投影面几何特征分为圆柱投影、圆锥投影、平面(方位)投影
- 民航常用
- 等角圆锥投影(兰伯特投影)
注 · 把地球皮「剥下来摊平」总会变形——因为球面摊不平。选择投影就是选「牺牲哪种失真」:等角投影保角、等积投影保面积,航图要保角度,所以用等角投影。
06 兰伯特投影
- 别名
- 兰伯特投影又称等角正割圆锥投影
- 投影面
- 圆锥面,通过两条标准纬线与地球相割;从地球中心把经纬网投到圆锥面,展开成平面
- 特点
- 纬度差相等的各纬线间距基本相等;无角度失真,但有长度、面积失真
- 失真
- 两条标准纬线上无失真;其间长度缩短,以外拉伸;离标准纬线越远失真越大
- 分带投影
- 地区较大时用多个圆锥面正割地球分带投影减小失真;拼接时各投影之间产生裂缝
- 世界航图
- 1:100 万 世界航图,赤道至北纬 84° 或南纬 80° 间采用兰伯特投影
- 投影带
- 纬度差 4°、经度差 6°;每带标准纬度与边缘纬度相差 40′,带范围小、失真极小
注 · 兰伯特投影图是最主要的航空地图。记数字的锚点:全球统一规范 1:100 万;覆盖范围北纬 84° 到南纬 80°;一条带 4° × 6°;边缘离标准纬线 40′。