如何测定地理纬度

A. 如何测量纬度

自从我初中里开始看凡尔纳的小说以来，有一个问题困扰了我长达十几年：如何测量经度。每当看到凡尔纳的小说里的人流落荒岛或者在海上航行时用六分仪来测量所在地经度，我就会想，如果有一天我流落荒岛或者身处一个人迹罕至的地方，我该如何获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，比如把经度纬度写在小纸片上塞在瓶子中并用油脂/凡士林密封，放到海里/河里任其漂流，希望能够在瓶子被撞碎或者纸上的字迹被海水浸泡模糊到无法辨认之前被某个有心人捡到。或者至少经度或纬度其中一个还能看清，那还有机会（参见《格兰特船长的儿女》）。

凡尔纳的小说里面有大量的关于测量的描述。其中除了测量经度，其余的量的测量方法，就算我现在真的流落荒岛了，也能凭脑子里面残存的在中学、小学里面学的一些地理、物理、数学知识想出来。比如，要测量一座山的高度，只需要测量三个量：

在几公里远处测量仰视山顶的视线与水平面的夹角α；

朝着山的方向走到山脚下再次测量仰视山顶的视线与水平面的夹角β；

两次观测点之间的距离d；
然后就可以用木棍搭一个相似三角形出来，底边长是d'，两个底角是α和180°-β。用尺子量出这个小三角形的高h'，按d/d'的比例放大就能知道山的高度h了。这样得到的结果虽然不太精确，但也差不多能达到“径一周三”的水平了。古埃及人就是这样测量金字塔高度的。

其他量的测量也不太难——比如测量船的航行速度，洞穴深度，远处一个岛屿的距离——也是可以想见的，只要有一个秒表，一把刻度尺，以及过硬的四则运算以及手算开平方根的能力。理论上来说，量角器都是可以不需要的，因为既然有了尺，只要再搞两根树枝绑成圆规，尺规作图就可以做出把需要的角度做出来了——可以用三等分弦来近似三等分小角度。古希腊的欧几里德(Euclid)就已经把这些事情都搞清楚了。

每次我看凡尔纳的小说的时候都对自己很有信心：书里面的人在流落荒岛后所做的事情我也都会做。好歹我初中是地理课代表，高中是化学课代表，物理和数学都是拿过一等奖的，生物是拿过二等奖的。所以，我很有自信一旦我流落荒岛，我也能够用放大镜生火、识别可食用的动植物、用气压计和通过观测云层来预测天气、烧制陶器、用动物油脂制造肥皂..但每次都会被同一个问题卡住：怎么测量经度。在我的知识范围里面，没有任何可以观测的量是以经度为自变量的。纬度相对容易一些，因为太阳高度是随纬度变的。立一根竹竿，每年都有一天的正午竹竿投影最短，用直角减去当时的太阳高度，就是当地纬度与南/北回归线的纬度差。古希腊的阿基米德(Archimedes)就已经知道这个方法了。

回到测量经度上来，我能想到的唯一办法是两地之间的时差——手表上的时间是出发地时间，已知经度；测量地的时间，可以等太阳投影最短就可以确定正午时刻，两者相减得到时差。《神秘岛》里面工程师赛勒斯·史密斯第一次测量"林肯岛"的经度就是用这个方法，但万一手表不准，误差可达几度、十几度，而且手表停了就歇菜了。粗粗Google了一些资料，看下来好像就算用六分仪来测量经度，也是需要一个基准时间的。貌似我的思路还是正确的。

其实，我一直想不出来怎么测量经度也很正常。前面很多测量方法在古希腊、古埃及就已经被人们掌握了，但是如何准确测量经度，一直到文艺复兴时期还是没有很好的方法。

B. 如何测量所在地的经纬度

个人是无法精确测量所在地的经纬度，需要有专门的的测量设备（WGS84、GRS80），还需要精确计算才可以。由于地面高低的不同和地球形状的不正规，天体测量所得的信息（如卫星导航系统）不足用于明确地计算地理位置。

经纬度是经度与纬度的合称组成一个坐标系统，称为地理坐标系统，它是一种利用三度空间的球面来定义地球上的空间的球面坐标系统，能够标示地球上的任何一个位置。

经线也称子午线，和纬线一样是人类为度量方便而假设出来的辅助线，定义为地球表面连接南北两极的大圆线上的半圆弧。任两根经线的长度相等，相交于南北两极点。每一根经线都有其相对应的数值，称为经度。经线指示南北方向。

(2)如何测定地理纬度扩展阅读：

经纬度的计算方法：

1、先算两分日

比如在中国某地，杆影最短时是中午13点20分，且杆长与影长之比为1，则可知该地是北纬45°（tgα=1)，东经100°（从120°里1小时减15°，4分钟减1°）杆长与影长之比需查表求α，这里用了特殊角。

2、再算两至日经度的算法不变 纬度在北半球冬至α+23.5°，夏至α-23.5°在任意一天加减修正值即可。

3、修正值算法：就是距两分或两至日的天数差乘以94/365. 比如2013年2月17日，2013年3月22日春分差33天，即太阳直射点在南纬

参考资料来源：网络--经纬度

C. 怎么测自己所在地的纬线

一、纬度测量的理论依据 方法一：利用二分二至日正午的太阳高度角 我们已经知道，地球绕太阳公转，由于地轴倾斜，地轴与公转轨道平面始终保持66°34′的夹角，这样才引起太阳直射点在南北纬23°26′之间往返移动，并决定了太阳光可直射的范围：春、秋分日（北半球）太阳直射赤道——直射点的纬度为0°。冬至日（北半球）太阳直射南回归线——即直射点的纬度为23°26′S。夏至日（北半球）太阳直射北回归线——即直射点的纬度为23°26′N。 如果我们知道某地的二分二至日正午太阳的高度角的大小，依据下面这个公式就可以计算出此地的纬度大小。 正午太阳高度的计算公式为：H=90°－|φ－δ| 式中H为正午太阳高度，φ为当地地理纬度，δ为太阳直射点的纬度，在测量时，当地地处北半球，在夏至日时，δ取正、冬至日时取负。 例如：在冬至日测北半球某地的正午太阳高度为35°26′，求当地的地理纬度。 H=90°－│φ－(－23°26′)│=35°34′ ∴φ=31° 在春、秋日时,δ=0°,夏至日δ=23°26′N，冬至日时δ=23°26′S，所以在二分二至时测得当地正午太阳高度，就可计算出当地的地理纬度。 方法二：测量北极星的仰角。 因为地球在自转和公转的同时，地轴总是指向北极星附近，一般来说，这是不会改变的，当地地处北半球，理论上在晴朗的夜晚可以观察到北极星。 设D为地球北半球任意一点，N为北极点，BC为赤道面，北极星在BN的延长线上。 ∵AB⊥BC ∴∠BAD+∠C=90° ∵AC是圆B的切线 ∴∠C+∠DBC=90° ∴∠BAD=∠DBC ∵AB∥ED ∴∠BAD=∠α∴∠α＝∠β 这就是说，北半球某地的地理纬度等于当地观测北极星仰角的度数。 二、经度测量的理论依据。 由于地球自西向东自转，在同纬度地区，相对位置偏东的地点，要比位置偏西的地点先看到日出，这样时刻就有了早迟之分。显然偏东地区的时刻要早一些。因经度而不同的时刻，统称为地方时，经度每隔15°，地方时相差一小时；经度每隔1°，地方时相差4分钟；经度每隔1′，地方时相差4秒钟，经度上的微小差别，都能造 成相应的地方时差。 例如：某地地方时比东八区区时早20分钟，求该地的地理经度。 此地比东八区早20分钟，即此地东经120°以东20/4度，即该地是东经125°。 当地采用北京时间，所谓北京时间，是我国为了便于不同地区的联系和协调，全国目前采用了北京所在东八区的区时，即东经120°的地方时。知道 当地的地方时与北京时间的时差，就可以知道经度数，于是就能求出当地的地理经度。 第二部分 测量器材 水平仪 直杆（1米长） 秒表 皮尺 测角器 第三部分 测量步骤 一、利用正午太阳高度测纬度。 1、分别在二分二至日的晴天，找一块平地，在地中间立一直杆。利用水平仪，使直杆与水平地面垂直。 2、观测一天之中，直杆的影长，取其最短的影长，即当地正午直杆的影长，用皮尺量出此时影长的长度。 3、利用测量得的数据按照公式计算出纬度的大小。 为了使得计算出的纬度比较精确，应多测几组，取其平均数。 二、利用北极星测纬度 1、找一块平地，利用水平尺使地面较平整。 2、在晚上看到北极星的时候，用量角器测出北极星的仰角。 测出的仰角就是该地的纬度，为了使得测量出的数据比较精确，就多测几次。（因为本地区位于山区谷地，往往晴朗的夜晚看不到北极星，这只是从理论上说明测量方法） 三、利用地方时和区时之间的差值测经度。 1、用秒表设定北京时间。 2、晴天找一块平地，在地中间立一直杆，用水平尺，使其直杆与水平地面垂直。 3、观测太阳光照射出直杆的影长最短时，即当地地方时为十二点，看秒表北京时间是什么时间。 4、计算时差，得出经度数，从而得出当地经度。 当地午（地方时12点正）时的北京时间、时差、经度数、测量表

D. 经纬度是如何确定的

纬度划分：自赤道开始向南、向北各划分为90°，向南为南纬，向北为北纬。

经度划分：自本初子午线开始向东、向西各划分180°，向东为东经度，向西为西经度。

经纬度是经度与纬度的合称组成一个坐标系统。经度是地球上一个地点离一根被称为本初子午线的南北方向走线以东或以西的度数。

纬度是指某点与地球球心的连线和地球赤道面所成的线面角，其数值在0至90度之间。经纬度是经度与纬度的合称组成一个坐标系统。又称为地理坐标系统。

(4)如何测定地理纬度扩展阅读：

经纬度以度数表示，一般可直接以小数点表示，但亦可把度数的小数点分为角分（1角分等于六十分之一度），和秒（一秒等于六十分之一分）。表示经纬度有多样模式，以下是其中一些例子。

1 度分秒表示（度:分:秒）－49°30'00"-49d30m00s

2 度分表示（度:分）－49°30.0'-49d30.0m

3 度数表示－49.5000°-49.5000d（一般会有四位小数）。

不少软件可把不同的经纬度表示方式转换。

在地球上任何地点，只要有只表，有根竹竿，一根卷尺，就可知道当地经纬度。但表必须与该国标准时校对。

方法如下： 1、先算两分日

比如在中国某地，杆影最短时是中午13点20分，且杆长与影长之比为1，则可知该地是北纬45°（tgα=1)，东经100°（从120°里1小时减15°，4分钟减1°）杆长与影长之比需查表求α，这里用了特殊角。

2、再算两至日经度的算法不变 纬度在北半球冬至α+23.5°，夏至α-23.5°在任意一天加减修正值即可。

3、修正值算法：就是距两分或两至日的天数差乘以94/365. 比如2013年2月17日，2013年3月22日春分差33天，即太阳直射点在南纬

33×94/365=8.5°

所以今天正午时得到的纬度是（arctgα+8.5）°

tgα= 杆长/影长

判定经线和纬线

根据经线和纬线的概念得知：经线指示南北，纬线指示东西，这样就可以判断出哪是经线、哪是纬线以及经度和纬度。

纬度、经度判定方法：

经度 若数值向东越来越大，则是东经；若数值向西越来越大，则是西经；

纬度 若数值向北越来越大，则是北纬 ；若数值向南越来越大，则是南纬。

E. 怎么测自己所在地的纬线

一、纬度测量的理论依据 方法一：利用二分二至日正午的太阳高度角 我们已经知道,地球绕太阳公转,由于地轴倾斜,地轴与公转轨道平面始终保持66°34′的夹角,这样才引起太阳直射点在南北纬23°26′之间往返移动,并决定了太阳光可直射的范围：春、秋分日（北半球）太阳直射赤道——直射点的纬度为0°.冬至日（北半球）太阳直射南回归线——即直射点的纬度为23°26′S.夏至日（北半球）太阳直射北回归线——即直射点的纬度为23°26′N.如果我们知道某地的二分二至日正午太阳的高度角的大小,依据下面这个公式就可以计算出此地的纬度大小.正午太阳高度的计算公式为：H=90°－|φ－δ| 式中H为正午太阳高度,φ为当地地理纬度,δ为太阳直射点的纬度,在测量时,当地地处北半球,在夏至日时,δ取正、冬至日时取负.例如：在冬至日测北半球某地的正午太阳高度为35°26′,求当地的地理纬度.H=90°－│φ－(－23°26′)│=35°34′ ∴φ=31° 在春、秋日时,δ=0°,夏至日δ=23°26′N,冬至日时δ=23°26′S,所以在二分二至时测得当地正午太阳高度,就可计算出当地的地理纬度.方法二：测量北极星的仰角.因为地球在自转和公转的同时,地轴总是指向北极星附近,一般来说,这是不会改变的,当地地处北半球,理论上在晴朗的夜晚可以观察到北极星.设D为地球北半球任意一点,N为北极点,BC为赤道面,北极星在BN的延长线上.∵AB⊥BC ∴∠BAD+∠C=90° ∵AC是圆B的切线 ∴∠C+∠DBC=90° ∴∠BAD=∠DBC ∵AB∥ED ∴∠BAD=∠α∴∠α＝∠β 这就是说,北半球某地的地理纬度等于当地观测北极星仰角的度数.二、经度测量的理论依据.由于地球自西向东自转,在同纬度地区,相对位置偏东的地点,要比位置偏西的地点先看到日出,这样时刻就有了早迟之分.显然偏东地区的时刻要早一些.因经度而不同的时刻,统称为地方时,经度每隔15°,地方时相差一小时；经度每隔1°,地方时相差4分钟；经度每隔1′,地方时相差4秒钟,经度上的微小差别,都能造 成相应的地方时差.例如：某地地方时比东八区区时早20分钟,求该地的地理经度.此地比东八区早20分钟,即此地东经120°以东20/4度,即该地是东经125°.当地采用北京时间,所谓北京时间,是我国为了便于不同地区的联系和协调,全国目前采用了北京所在东八区的区时,即东经120°的地方时.知道 当地的地方时与北京时间的时差,就可以知道经度数,于是就能求出当地的地理经度.第二部分 测量器材 水平仪 直杆（1米长） 秒表 皮尺 测角器 第三部分 测量步骤 一、利用正午太阳高度测纬度.1、分别在二分二至日的晴天,找一块平地,在地中间立一直杆.利用水平仪,使直杆与水平地面垂直.2、观测一天之中,直杆的影长,取其最短的影长,即当地正午直杆的影长,用皮尺量出此时影长的长度.3、利用测量得的数据按照公式计算出纬度的大小.为了使得计算出的纬度比较精确,应多测几组,取其平均数.二、利用北极星测纬度 1、找一块平地,利用水平尺使地面较平整.2、在晚上看到北极星的时候,用量角器测出北极星的仰角.测出的仰角就是该地的纬度,为了使得测量出的数据比较精确,就多测几次.（因为本地区位于山区谷地,往往晴朗的夜晚看不到北极星,这只是从理论上说明测量方法） 三、利用地方时和区时之间的差值测经度.1、用秒表设定北京时间.2、晴天找一块平地,在地中间立一直杆,用水平尺,使其直杆与水平地面垂直.3、观测太阳光照射出直杆的影长最短时,即当地地方时为十二点,看秒表北京时间是什么时间.4、计算时差,得出经度数,从而得出当地经度.当地午（地方时12点正）时的北京时间、时差、经度数、测量表