如何測定地理緯度

A. 如何測量緯度

自從我初中里開始看凡爾納的小說以來，有一個問題困擾了我長達十幾年：如何測量經度。每當看到凡爾納的小說里的人流落荒島或者在海上航行時用六分儀來測量所在地經度，我就會想，如果有一天我流落荒島或者身處一個人跡罕至的地方，我該如何獲知我自己的地理位置。只有知道了自己的位置，才能做其他事情，比如把經度緯度寫在小紙片上塞在瓶子中並用油脂/凡士林密封，放到海里/河裡任其漂流，希望能夠在瓶子被撞碎或者紙上的字跡被海水浸泡模糊到無法辨認之前被某個有心人撿到。或者至少經度或緯度其中一個還能看清，那還有機會（參見《格蘭特船長的兒女》）。

凡爾納的小說裡面有大量的關於測量的描述。其中除了測量經度，其餘的量的測量方法，就算我現在真的流落荒島了，也能憑腦子裡面殘存的在中學、小學裡面學的一些地理、物理、數學知識想出來。比如，要測量一座山的高度，只需要測量三個量：

在幾公里遠處測量仰視山頂的視線與水平面的夾角α；

朝著山的方向走到山腳下再次測量仰視山頂的視線與水平面的夾角β；

兩次觀測點之間的距離d；
然後就可以用木棍搭一個相似三角形出來，底邊長是d'，兩個底角是α和180°-β。用尺子量出這個小三角形的高h'，按d/d'的比例放大就能知道山的高度h了。這樣得到的結果雖然不太精確，但也差不多能達到「徑一周三」的水平了。古埃及人就是這樣測量金字塔高度的。

其他量的測量也不太難——比如測量船的航行速度，洞穴深度，遠處一個島嶼的距離——也是可以想見的，只要有一個秒錶，一把刻度尺，以及過硬的四則運算以及手算開平方根的能力。理論上來說，量角器都是可以不需要的，因為既然有了尺，只要再搞兩根樹枝綁成圓規，尺規作圖就可以做出把需要的角度做出來了——可以用三等分弦來近似三等分小角度。古希臘的歐幾里德(Euclid)就已經把這些事情都搞清楚了。

每次我看凡爾納的小說的時候都對自己很有信心：書裡面的人在流落荒島後所做的事情我也都會做。好歹我初中是地理課代表，高中是化學課代表，物理和數學都是拿過一等獎的，生物是拿過二等獎的。所以，我很有自信一旦我流落荒島，我也能夠用放大鏡生火、識別可食用的動植物、用氣壓計和通過觀測雲層來預測天氣、燒制陶器、用動物油脂製造肥皂..但每次都會被同一個問題卡住：怎麼測量經度。在我的知識范圍裡面，沒有任何可以觀測的量是以經度為自變數的。緯度相對容易一些，因為太陽高度是隨緯度變的。立一根竹竿，每年都有一天的正午竹竿投影最短，用直角減去當時的太陽高度，就是當地緯度與南/北回歸線的緯度差。古希臘的阿基米德(Archimedes)就已經知道這個方法了。

回到測量經度上來，我能想到的唯一辦法是兩地之間的時差——手錶上的時間是出發地時間，已知經度；測量地的時間，可以等太陽投影最短就可以確定正午時刻，兩者相減得到時差。《神秘島》裡面工程師賽勒斯·史密斯第一次測量"林肯島"的經度就是用這個方法，但萬一手錶不準，誤差可達幾度、十幾度，而且手錶停了就歇菜了。粗粗Google了一些資料，看下來好像就算用六分儀來測量經度，也是需要一個基準時間的。貌似我的思路還是正確的。

其實，我一直想不出來怎麼測量經度也很正常。前面很多測量方法在古希臘、古埃及就已經被人們掌握了，但是如何准確測量經度，一直到文藝復興時期還是沒有很好的方法。

B. 如何測量所在地的經緯度

個人是無法精確測量所在地的經緯度，需要有專門的的測量設備（WGS84、GRS80），還需要精確計算才可以。由於地面高低的不同和地球形狀的不正規，天體測量所得的信息（如衛星導航系統）不足用於明確地計算地理位置。

經緯度是經度與緯度的合稱組成一個坐標系統，稱為地理坐標系統，它是一種利用三度空間的球面來定義地球上的空間的球面坐標系統，能夠標示地球上的任何一個位置。

經線也稱子午線，和緯線一樣是人類為度量方便而假設出來的輔助線，定義為地球表面連接南北兩極的大圓線上的半圓弧。任兩根經線的長度相等，相交於南北兩極點。每一根經線都有其相對應的數值，稱為經度。經線指示南北方向。

(2)如何測定地理緯度擴展閱讀：

經緯度的計算方法：

1、先算兩分日

比如在中國某地，桿影最短時是中午13點20分，且桿長與影長之比為1，則可知該地是北緯45°（tgα=1)，東經100°（從120°里1小時減15°，4分鍾減1°）桿長與影長之比需查表求α，這里用了特殊角。

2、再算兩至日經度的演算法不變 緯度在北半球冬至α+23.5°，夏至α-23.5°在任意一天加減修正值即可。

3、修正值演算法：就是距兩分或兩至日的天數差乘以94/365. 比如2013年2月17日，2013年3月22日春分差33天，即太陽直射點在南緯

參考資料來源：網路--經緯度

C. 怎麼測自己所在地的緯線

一、緯度測量的理論依據 方法一：利用二分二至日正午的太陽高度角 我們已經知道，地球繞太陽公轉，由於地軸傾斜，地軸與公轉軌道平面始終保持66°34′的夾角，這樣才引起太陽直射點在南北緯23°26′之間往返移動，並決定了太陽光可直射的范圍：春、秋分日（北半球）太陽直射赤道——直射點的緯度為0°。冬至日（北半球）太陽直射南回歸線——即直射點的緯度為23°26′S。夏至日（北半球）太陽直射北回歸線——即直射點的緯度為23°26′N。 如果我們知道某地的二分二至日正午太陽的高度角的大小，依據下面這個公式就可以計算出此地的緯度大小。 正午太陽高度的計算公式為：H=90°－|φ－δ| 式中H為正午太陽高度，φ為當地地理緯度，δ為太陽直射點的緯度，在測量時，當地地處北半球，在夏至日時，δ取正、冬至日時取負。 例如：在冬至日測北半球某地的正午太陽高度為35°26′，求當地的地理緯度。 H=90°－│φ－(－23°26′)│=35°34′ ∴φ=31° 在春、秋日時,δ=0°,夏至日δ=23°26′N，冬至日時δ=23°26′S，所以在二分二至時測得當地正午太陽高度，就可計算出當地的地理緯度。 方法二：測量北極星的仰角。 因為地球在自轉和公轉的同時，地軸總是指向北極星附近，一般來說，這是不會改變的，當地地處北半球，理論上在晴朗的夜晚可以觀察到北極星。 設D為地球北半球任意一點，N為北極點，BC為赤道面，北極星在BN的延長線上。 ∵AB⊥BC ∴∠BAD+∠C=90° ∵AC是圓B的切線 ∴∠C+∠DBC=90° ∴∠BAD=∠DBC ∵AB∥ED ∴∠BAD=∠α∴∠α＝∠β 這就是說，北半球某地的地理緯度等於當地觀測北極星仰角的度數。 二、經度測量的理論依據。 由於地球自西向東自轉，在同緯度地區，相對位置偏東的地點，要比位置偏西的地點先看到日出，這樣時刻就有了早遲之分。顯然偏東地區的時刻要早一些。因經度而不同的時刻，統稱為地方時，經度每隔15°，地方時相差一小時；經度每隔1°，地方時相差4分鍾；經度每隔1′，地方時相差4秒鍾，經度上的微小差別，都能造 成相應的地方時差。 例如：某地地方時比東八區區時早20分鍾，求該地的地理經度。 此地比東八區早20分鍾，即此地東經120°以東20/4度，即該地是東經125°。 當地採用北京時間，所謂北京時間，是我國為了便於不同地區的聯系和協調，全國目前採用了北京所在東八區的區時，即東經120°的地方時。知道 當地的地方時與北京時間的時差，就可以知道經度數，於是就能求出當地的地理經度。 第二部分 測量器材 水平儀 直桿（1米長） 秒錶 皮尺 測角器 第三部分 測量步驟 一、利用正午太陽高度測緯度。 1、分別在二分二至日的晴天，找一塊平地，在地中間立一直桿。利用水平儀，使直桿與水平地面垂直。 2、觀測一天之中，直桿的影長，取其最短的影長，即當地正午直桿的影長，用皮尺量出此時影長的長度。 3、利用測量得的數據按照公式計算出緯度的大小。 為了使得計算出的緯度比較精確，應多測幾組，取其平均數。 二、利用北極星測緯度 1、找一塊平地，利用水平尺使地面較平整。 2、在晚上看到北極星的時候，用量角器測出北極星的仰角。 測出的仰角就是該地的緯度，為了使得測量出的數據比較精確，就多測幾次。（因為本地區位於山區谷地，往往晴朗的夜晚看不到北極星，這只是從理論上說明測量方法） 三、利用地方時和區時之間的差值測經度。 1、用秒錶設定北京時間。 2、晴天找一塊平地，在地中間立一直桿，用水平尺，使其直桿與水平地面垂直。 3、觀測太陽光照射出直桿的影長最短時，即當地地方時為十二點，看秒錶北京時間是什麼時間。 4、計算時差，得出經度數，從而得出當地經度。 當地午（地方時12點正）時的北京時間、時差、經度數、測量表

D. 經緯度是如何確定的

緯度劃分：自赤道開始向南、向北各劃分為90°，向南為南緯，向北為北緯。

經度劃分：自本初子午線開始向東、向西各劃分180°，向東為東經度，向西為西經度。

經緯度是經度與緯度的合稱組成一個坐標系統。經度是地球上一個地點離一根被稱為本初子午線的南北方向走線以東或以西的度數。

緯度是指某點與地球球心的連線和地球赤道面所成的線面角，其數值在0至90度之間。經緯度是經度與緯度的合稱組成一個坐標系統。又稱為地理坐標系統。

(4)如何測定地理緯度擴展閱讀：

經緯度以度數表示，一般可直接以小數點表示，但亦可把度數的小數點分為角分（1角分等於六十分之一度），和秒（一秒等於六十分之一分）。表示經緯度有多樣模式，以下是其中一些例子。

1 度分秒錶示（度:分:秒）－49°30'00"-49d30m00s

2 度分表示（度:分）－49°30.0'-49d30.0m

3 度數表示－49.5000°-49.5000d（一般會有四位小數）。

不少軟體可把不同的經緯度表示方式轉換。

在地球上任何地點，只要有隻表，有根竹竿，一根捲尺，就可知道當地經緯度。但表必須與該國標准時校對。

方法如下： 1、先算兩分日

比如在中國某地，桿影最短時是中午13點20分，且桿長與影長之比為1，則可知該地是北緯45°（tgα=1)，東經100°（從120°里1小時減15°，4分鍾減1°）桿長與影長之比需查表求α，這里用了特殊角。

2、再算兩至日經度的演算法不變 緯度在北半球冬至α+23.5°，夏至α-23.5°在任意一天加減修正值即可。

3、修正值演算法：就是距兩分或兩至日的天數差乘以94/365. 比如2013年2月17日，2013年3月22日春分差33天，即太陽直射點在南緯

33×94/365=8.5°

所以今天正午時得到的緯度是（arctgα+8.5）°

tgα= 桿長/影長

判定經線和緯線

根據經線和緯線的概念得知：經線指示南北，緯線指示東西，這樣就可以判斷出哪是經線、哪是緯線以及經度和緯度。

緯度、經度判定方法：

經度 若數值向東越來越大，則是東經；若數值向西越來越大，則是西經；

緯度 若數值向北越來越大，則是北緯 ；若數值向南越來越大，則是南緯。

E. 怎麼測自己所在地的緯線

一、緯度測量的理論依據 方法一：利用二分二至日正午的太陽高度角 我們已經知道,地球繞太陽公轉,由於地軸傾斜,地軸與公轉軌道平面始終保持66°34′的夾角,這樣才引起太陽直射點在南北緯23°26′之間往返移動,並決定了太陽光可直射的范圍：春、秋分日（北半球）太陽直射赤道——直射點的緯度為0°.冬至日（北半球）太陽直射南回歸線——即直射點的緯度為23°26′S.夏至日（北半球）太陽直射北回歸線——即直射點的緯度為23°26′N.如果我們知道某地的二分二至日正午太陽的高度角的大小,依據下面這個公式就可以計算出此地的緯度大小.正午太陽高度的計算公式為：H=90°－|φ－δ| 式中H為正午太陽高度,φ為當地地理緯度,δ為太陽直射點的緯度,在測量時,當地地處北半球,在夏至日時,δ取正、冬至日時取負.例如：在冬至日測北半球某地的正午太陽高度為35°26′,求當地的地理緯度.H=90°－│φ－(－23°26′)│=35°34′ ∴φ=31° 在春、秋日時,δ=0°,夏至日δ=23°26′N,冬至日時δ=23°26′S,所以在二分二至時測得當地正午太陽高度,就可計算出當地的地理緯度.方法二：測量北極星的仰角.因為地球在自轉和公轉的同時,地軸總是指向北極星附近,一般來說,這是不會改變的,當地地處北半球,理論上在晴朗的夜晚可以觀察到北極星.設D為地球北半球任意一點,N為北極點,BC為赤道面,北極星在BN的延長線上.∵AB⊥BC ∴∠BAD+∠C=90° ∵AC是圓B的切線 ∴∠C+∠DBC=90° ∴∠BAD=∠DBC ∵AB∥ED ∴∠BAD=∠α∴∠α＝∠β 這就是說,北半球某地的地理緯度等於當地觀測北極星仰角的度數.二、經度測量的理論依據.由於地球自西向東自轉,在同緯度地區,相對位置偏東的地點,要比位置偏西的地點先看到日出,這樣時刻就有了早遲之分.顯然偏東地區的時刻要早一些.因經度而不同的時刻,統稱為地方時,經度每隔15°,地方時相差一小時；經度每隔1°,地方時相差4分鍾；經度每隔1′,地方時相差4秒鍾,經度上的微小差別,都能造 成相應的地方時差.例如：某地地方時比東八區區時早20分鍾,求該地的地理經度.此地比東八區早20分鍾,即此地東經120°以東20/4度,即該地是東經125°.當地採用北京時間,所謂北京時間,是我國為了便於不同地區的聯系和協調,全國目前採用了北京所在東八區的區時,即東經120°的地方時.知道 當地的地方時與北京時間的時差,就可以知道經度數,於是就能求出當地的地理經度.第二部分 測量器材 水平儀 直桿（1米長） 秒錶 皮尺 測角器 第三部分 測量步驟 一、利用正午太陽高度測緯度.1、分別在二分二至日的晴天,找一塊平地,在地中間立一直桿.利用水平儀,使直桿與水平地面垂直.2、觀測一天之中,直桿的影長,取其最短的影長,即當地正午直桿的影長,用皮尺量出此時影長的長度.3、利用測量得的數據按照公式計算出緯度的大小.為了使得計算出的緯度比較精確,應多測幾組,取其平均數.二、利用北極星測緯度 1、找一塊平地,利用水平尺使地面較平整.2、在晚上看到北極星的時候,用量角器測出北極星的仰角.測出的仰角就是該地的緯度,為了使得測量出的數據比較精確,就多測幾次.（因為本地區位於山區谷地,往往晴朗的夜晚看不到北極星,這只是從理論上說明測量方法） 三、利用地方時和區時之間的差值測經度.1、用秒錶設定北京時間.2、晴天找一塊平地,在地中間立一直桿,用水平尺,使其直桿與水平地面垂直.3、觀測太陽光照射出直桿的影長最短時,即當地地方時為十二點,看秒錶北京時間是什麼時間.4、計算時差,得出經度數,從而得出當地經度.當地午（地方時12點正）時的北京時間、時差、經度數、測量表