Равноугольная поперечно-цилиндрическая проекция Гаусса-Крюгера

Рассмотрим эту проекцию на шаре. Для этого введём систему сферических координат, как это показано на рис. 5.9.

Рис.5.9

За начало координат принимается точка А, лежащая в пересечении экватора с меридианом P₁AP, принимаемого за начальный в данной системе. Будем называть его осевым меридианом.

В новой системе координат за условный экватор принимается осевой меридиан, а за условные полюса точки Q и Q₁ лежащие на экваторе и отстоящий от начала координат A на 90° по долготе. Положение точки M в этой системе координат определяется дугой осевого меридиана и дугой большого круга .

Зависимости между координатами , и координатами , выражается формулами сферической тригонометрии.

(5.25)

где - долгота осевого меридиана.

Возьмём теперь цилиндр, касательный к шару по осевому меридиану (рис.5.10) и перенесём на него условные меридианы Q₁AA₁A₂Q, Q₁aa₁a₂Q,, Q₁bb₁b₂Q… и условные параллели - дуги малых кругов, параллельных плоскости меридиана – A₁a₁b₁c₁, A₂a₂b₂c₂ так как мы это делаем в нормальной равноугольной проекции Меркатора (см.5.4).

Рис.5.10

За ось x примем осевой меридиан . За ось у - экватор Q,AQ (рис.5.10). Уравнения прямоугольных координат в этой проекции получим, если в выражениях (5.11) и (5.12) заменим на , а координаты и на и соответственно. В результате имеем

(5.26)

Так как проекция равноугольная, увеличение по осям и будет

(5.27)

а эллипсы искажений - окружности радиусом .

Из (5.27) следует, что искажение расстояний и площадей возрастает по мере удаления точки от осевого меридиана.

Чтобы эти искажения как-то ограничить, применение данной проекции ограниченно шестиградусными зонами. В каждой зоне имеется своя система прямоугольных координат , . При этом долгота осевого меридиана в каждой зоне определяет формула

где n =1,2, 3,...60 - номер зоны.

В пределах зоны величина достаточно мала. Поэтому вместо сферической ординаты удобней использовать её линейное значение. Для этого разложим в (5.27) в ряд, ограничиваясь двумя членами

.

Заменив его линейным значением , получим известную формулу

. (5.28)

В Украине искажения длин линий на краю шестиградусной зоны достигает

в южной части или 72 см на 1 км;

в северной части или 52 см на 1 км.

Искажение площадей соответственно

или 14 м² на 1 га;

или 10 м² на 1 га.

При составлении топографических планов в масштабе 1:5000 и крупнее такими искажениями пренебрегать нельзя. В этом случае применяют более узкие трёхградусные зоны, где долгота осевого меридиана вычисляется по формуле

.

Как это видно на рис.5.10 линии сферических координат в проекции Гаусса-Крюгера — прямые линии.

При обратном переходе от сферических координат к географическим осевой меридиан и экватор изобразятся перпендикулярными прямыми (рис.5.11). Остальные меридианы - кривые линии, обращенные вогнутостью к осевому меридиану, а параллели - кривые, обращённые вогнутостью к ближайшему полюсу.

Рис.5.11

До сих пор мы рассматривали эту проекцию на шаре. При переходе к эллипсоиду вращения общий характер проекции существенно не меняется.

Прямоугольные координаты на эллипсоиде вычисляют по формулам (2.15), а искажение длин линий по формуле (2.18).