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全国数学建模大赛-利用太阳影子定位定时

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得经纬度分别为(48°N,119.25°E)和(33°N,119.25°E)确定的地点在地图上的位置图表5.3.3-2和5.3.3-3所示

图5.3.3-2

图5.3.3-3

依据附件3求纬度

当日期为5月1日求得纬度为40°;当日期为9月3日求得纬度为38°综上所得经纬度分别为(40°N,116.5°E)和(38°N,116.5°E)确定的地点在地图上的位置图表5.3.3-4和5.3.3-5所示

图5.3.3-4

图5.3.3-5

5.4 模型四

5.4.1模型准备

a,b,c:常数(与模型三相同)

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假设最短影长为l=1m

5.4.2 模型的建立

根据附件4分别记录多组影子与杆的比例数据,求出不同的影长和tanα值,又根据公式

sin2α+cos2α=1, sin α=sin? sin δ+cos ?cosδ cos t

求出纬度

依据附表4求得影长随时间的变化率,求出最短影长的时间,按照时差求出经度

5.4.3 模型的求解 (1)已知 杆长2m (2)计算 1纬度计算 ○根据公式

sin α=sin? sin δ+cos ?cosδ cos t sin2α+cos2α=1

sinα=a,sinδ=b,cosδ*cost=c; 可以求得

22ac?(-2ac)-(4c2?b2)?(a2-b2)cos?= 22(2c?b)求出当地纬度为19°和25° 2经度计算 ○

分别记录附件4 中8:55,9:00,…,9:30(每隔5分钟取一组数据),按照比例分别求出不同的影长和影长岁时间的变化率

(2.357143-1.785714)/40=0.0143

求得最短影长点与附件4 中9:45的时间差值为55分钟,则求得最短影长时间为10:30,根据东经120°到达正午的时间是12:00,而此地到达正午的时间是10:30,根据时差可以求此地经度109°(每小时相差15°)。

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综上所得经纬度分别为(25°N,109°E)和(19°N,109°E)确定的地点在地图上的位置图5.4.3-1和图5.4.3-2所示

图5.4.3-2

图5.4.3-1 六、模型检验与评价

对于模型一

模型一运用几何模型和曲线拟合的原理,建立的影长随时间的变化规律符合生活规律(早上到正午影长由长变短,正午到傍晚影长由长变短),所以该模型是合理的,求得变化规律函数如下

l = 0.1943*T2 - 4.7694*T + 30.676

该模型基于严密的数学推导,结果可信度高,说服力强,影长随时间变化规律明显。

对于模型二

模型二基于模型一的基础,进一步推理,假设杆长已知。求出了可能的经度和纬度为(33°N,109.25°E)和(33.5°N,109.25°E),得到的可能地点分别为陕西省安康市和陕西省商洛市。

该模型是在假设杆长度的基础上建立的,说服力一般,在杆长未知的情况下不适用,但是模型建立的逻辑思维清晰,具有一定的科学性。 对于模型三

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模型三建立的思想与模型二无异,依据附表2中的数据得到经纬度为(48°N,119.25°E)和(33°N,119.25°E),可能的地点分别在内蒙古呼伦贝尔和江苏省淮安市;依据附表3中的数据得到经纬度为(40°N,116.5°E)和(38°N,116.5°E)得到可能的地点分别在北京市朝阳区和河北省衡水市。

该模型排除了跨国的点在一定的程度上会影响其准确性。 对于模型四

我们取了附件4视频中的若干个直杆与影长的比例,求得不同时间的影长,基于模型二理论确定了可能的经纬度(25°N,109°E)和(19°N,109°E)得到可能的地点分别位于广西河池市和海南东方市。

该模型在测量比例的时候难免有些误差,但基于模型二的严谨理论,可靠性较强。

九、模型推广

当今社会对科技的需求越来越高,卫星定位系统已不再是一个陌生的词语,太阳影子定位作为一门新兴的技术,即将广泛应用于生活中的各个领域,带给人们更多的便捷。

首先,太阳影子定位是廉价的,不用发射卫星等作为导航,只要有阳光就有影子,就可以实现影子定位。其次,若将太阳影子定位集成与某种设备上,即可实现非卫星的定位其开发空间远大。太阳影子定位系统可以用于以下几个方面的活动:紧急救生、个人旅游及野外探险、个人通讯终端、各种等级的大地测量,控制测量等

十、参考文献

[1] 百度百科,太阳高度角,http://baike.http://www.china-audit.com//,2015年9月12日

[2] 王美玲,《地图投影与坐标变换》,北京:电子工业出版社,2014年1月113页-125页

[3]百度百科,时角,http://baike.http://www.china-audit.com//view/823827.htm,2015年9月13日

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