太阳影子定位--毕业论文.docx

太阳影子定位摘要太阳与地球的运转规律造就了太阳在地球上的阴影规律,本文将根据其规律,通过太阳的变化确定阴影的位置。本文问题探究由浅到深,最终可通过视频中的阴影判断出视频的拍摄位置和拍摄时间。针对问题1,本文基于对太阳与地球的运转规律和太阳光在地球上的阴影变化规律分析,考虑到太阳高度角和经纬度及北京时间与当地时间等转换,建立了直杆影子长度和直杆杆长、直杆所在地经纬度、日序数、北京时间之间关系的空间解析几何模型,并最终通过已知数据计算并绘制出直杆在2015年10月22日北京时间9:00-15:00之间天安门广场3米高的直杆影子长度变化曲线。针对问题2,本文根据问题1得出的影子长度变化规律,将问题转换为寻找最优未知参数集使得所给实测影子长度和理论影长的最小二乘偏差最小。由于计算的复杂度,我们考虑“大小步长套用搜索”算法并通过合理地分析计算优化了搜索范围,最终通过相应Matlab程序计算出一组最可能参数集,即最可能地点为东经,南纬。针对问题3,相对问题2增加了未知参数赤纬角,因此利用与问题二类似的思想建立了相应的最小二乘模型,针对附件2和附件3给出的两种不同情况给出了相应的搜索算法,并最终各拟合出两组最可能地点,四个最可能日期,如附件2给出的数据一组最可能的地点为东经北纬相应日期为5月2日或7月21日。针对问题4,先对视频进行了去帧和图片的灰度处理,从而提取出了影子的变化数据,推算出了真实的影子变化数据。进而按照问题一所建立的关系式通过最小二乘法拟合参数。最后推算出的视频拍摄地点东经为,北纬,并在拍摄日期未知的情况下对模型进行了验证。本文严格推导了太阳光阴影变化规律,探究问题层层深入,最终解决了根据视频上的阴影变化确定视频拍摄地点及日期,同时也验证了我们建立的物体影子和物体所在经纬度之间关系的正确性。关键词:,太阳影子地位技术是通过分析视频中物体太阳影子的变化来确定视频拍摄拍摄地点和日期的一种方法。,应用所建模型画出2015年10月22日北京时间9:00-15:00之间天安门广场3米高的直杆的太阳影子长度变化曲线。,建立数学模型以确定直杆所处位置。将所建模型应用于附件1所给数据,给出若干个可能的地点。,建立数学模型以确定直杆所处位置和日期。将所建模型分别应用于附件2和附件3所给数据,给出若干个可能地点和日期。,根据附件4视频中太阳影子的变化,且通过某种方式已知直杆高度为2米,应用所建模型,给出若干个可能拍摄的地点。;;;,且自转周期恒为;,太阳光沿直线传播。(单位:小时)太阳射向直射点的光线太阳光射向直杆顶部的光线太阳照射直杆的高度角直杆影子长度直杆长度自元旦日起的日序数(如1月1日对应的,春分日3月22日对应的)北京时间东经的经度直射点的当地时间杆所在位置的当地时间第个时刻时杆影子的实际长度第个时刻时杆的理论影长,:太阳直射点是地球表面太阳光入射角度(即太阳高度角)为90度的地点,是地心与日心连线和地球球面的交点。太阳直射点所在的经线的地方时为正午12时。活动规律为:春分(3月21日前后),太阳直射点在赤道(0°),此后北移。夏至(6月22日前后),太阳直射点在北回归线(23°26′N)上,此后南移。秋分(9月23日前后),太阳直射点在赤道(0°),此后继续南移。冬至(12月22日前后),太阳直射点在南回归线(23°26′S)上,在此之后向北移动。太阳高度角:太阳光线与地平面之间的夹角,也就是太阳对地面的仰角。。太阳赤纬:指太阳中心和地球中心的连线与此连线在赤道平面的投影之间的夹角,通俗的理解即为太阳直射点的纬度。日出(落)时角:日出(落)时当地经度与直射点经度之差。,以球心为坐标原点如图1所示建立空间直角坐标系,平面为赤道平面,东经经线所在半平面为半平面。假设点为地球表面上任意一点,其球面坐标为,则根据经纬