
n. [數] 半正矢
The Haversine formula is used generally for computing great-circle distances between two pairs of coordinates on a sphere.
該矢公式用于計算之間的兩對大圈的距離,一般在一個球體上的坐标。
Haversine(半正矢函數)是地理計算和導航領域的重要數學概念,主要用于計算地球表面兩點之間的最短距離(大圓距離)。該術語源自拉丁語"haversinus",意為"半正矢",最早由19世紀英國數學家詹姆斯·安德魯提出,用于簡化航海學中的球面三角計算。
數學定義
Haversine函數定義為正矢函數(versine)的一半,其公式可表示為:
$$
text{haversin}(theta) = frac{1 - costheta}{2}
$$
該函數在球面三角學中具有數值穩定性的優勢,特别是在處理微小角度時,能有效避免浮點運算誤差。美國國家标準技術研究院(NIST)的數學函數手冊中對此有詳細說明。
應用場景
地理距離計算:Haversine公式通過兩點的經緯度計算球面距離,被廣泛應用于GPS導航系統和地理信息系統(GIS)。公式表達式為:
$$
a = text{haversin}(Deltaphi) + cosphi_1cosphi_2text{haversin}(Deltalambda)
$$
其中$phi$為緯度,$lambda$為經度,最終距離通過反函數計算得出。國際大地測量學協會(IAG)将此公式列為标準計算方法之一。
航空航天導航:飛機航路規劃使用該公式優化飛行路徑,美國聯邦航空管理局(FAA)的技術文檔中記錄了其在航程計算中的實際應用案例。
曆史沿革
該函數的現代形式由愛爾蘭數學家聖文森特在1849年完善,其數學推導過程收錄于《大英百科全書》的球面幾何條目。20世紀計算機技術的興起使其成為數字地圖服務的核心算法之一。
Haversine(半正矢)是一個數學術語,主要用于計算球面上兩點之間的最短距離(大圓距離)。以下是詳細解釋:
1. 定義與公式 Haversine公式通過兩點的經緯度計算球面距離,其核心是半正矢函數: $$ text{haversin}(theta) = sinleft(frac{theta}{2}right) $$ 完整距離公式為: $$ d = 2R cdot arcsinleft( sqrt{ sinleft(frac{Deltaphi}{2}right) + cosphi_1 cosphi_2 sinleft(frac{Deltalambda}{2}right) } right) $$ 其中:
2. 應用場景
3. 與平面近似的區别 相比平面歐幾裡得距離公式,Haversine考慮了地球曲率,在長距離計算中更精确(誤差<0.5%),而平面近似僅適用于短距離。
4. 名稱來源 源自"half-versed sine"(半正矢函數),是三角函數的一種變體,曆史上用于簡化球面三角計算。
5. 編程實現
Python等語言可通過geopy.distance.great_circle
或自定義函數實現該公式,JavaScript地圖庫(如Leaflet)也内置相關方法。
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