1 三角形面積 xy平面內,有三角形123,如下圖所示:
圖1 借助矢量叉積和點積,這個三角形的面積公式非常簡單:
這個面積是有符號的:1、2、3逆時針排列,則面積為正;1、2、3順時針排列,則面積為負。這是對右手系的總結,如果從背面看這個坐標系就成了左手系。在左手系下,面積的正負情況正好相反。所以,關于面積正負的準確說法應該是:1、2、3的排列順序與方位角增加的方向一致,則面積為正;1、2、3的排列順序與方位角增加的方向相反,則面積為負。 最后,上面的公式不夠美觀,來一個神來之筆:
2 多邊形面積 假定某個多邊形有n個頂點:1、2、3、……、n。現在任取一點C,它與n個頂點可以構成n個三角形:(C,1,2)、(C,2,3)、(C,3,4)、……、(C,n-1,n)、(C,n,1)。 現在把這些三角形的面積累積起來,就是多邊形的面積了,即:
注意上面公式的最后一項為S(C,n,n+1)。頂點n+1超過了n,就轉回去取值為1。 現在,把C點取為原點O,就可以得到多邊形的面積公式如下:
上式中, 多邊形面積同樣有正負,以下圖為例。多邊形有四個頂點1、2、3、4。23與14有交點P。
圖2
面積1、2、P為正,面積3、4、P為負。兩塊面積相加,多邊形的面積就是零了。所以使用 3 遞推公式
假定拿著手持GPS一邊走一邊顯示面積,那么
假定
可得多邊形面積計算的遞推公式如下:
上述遞推公式要計算3個三角形的面積,為了簡化計算,將C點取為1號頂點,則遞推公式變為:
因為
做為遞推公式,初始值很重要:
最終的遞推公式為:
4 精度評定 拿著手持GPS測量了一圈面積,其測量誤差能有多少?1畝地的面積測量誤差就達到了1畝,那這個測量就沒有什么實際意義了。
微分多邊形面積公式
注意上式中的 根據誤差傳播率,可知:
假定頂點坐標的點位中誤差為
兩邊開平方,可得多邊形面積的精度
上式中的
假定多邊形為正方形,且邊長為
假定多邊形為正 結論: 1、面積精度與多邊形的圖形結構是有關系的; 2、測量的范圍越大,面積精度越低,但面積的相對精度越高; 3、測量的頂點越密集,則面積精度和面積相對精度越高。 |