下面的计算器可用于找出二维空间(2D平面)或三维空间(3D空间)中两点之间的距离,以及计算用纬度和经度定义的两个地点之间的距离,或作为世界地图上的点所指示的距离。此页面上有3个计算器:
2D距离计算器
3D距离计算器
坐标之间的距离计算器
2D距离计算器还可用于确定连线方程,以及找到连接两个给定点的线的斜率和角度。
使用说明
2D距离计算器
此计算器找出二维平面上两点之间的距离:点1的坐标为(X₁, Y₁),点2的坐标为(X₂, Y₂)。要找出平面上两点之间的距离,请将两点的坐标(X₁, Y₁, X₂, Y₂)输入相应字段并按“计算”。
计算器将返回最终答案、详细的解决算法,以及坐标平面上点的图形表示。此外,计算器将找到连接两个给定点的线的斜率和角度,并确定相应的线方程。
3D距离计算器
此计算器找出三维空间中两点之间的距离:点1的坐标为(X₁, Y₁, Z₁),点2的坐标为(X₂, Y₂, Z₂)。要计算三维空间中两点之间的距离,请将两点的坐标(X₁, Y₁, Z₁, X₂, Y₂, Z₂)输入相应字段,并按“计算”。计算器将返回最终答案和详细的解决算法。
要清空所有字段,请按“清除”。
坐标之间的距离计算器 - 基于纬度和经度的距离
如果您知道两点的坐标(纬度和经度),使用此计算器可以找出地球表面上两点之间的距离。计算器基于假设地球的形状可以近似为椭球体,找出纬度1和经度1的点1与纬度2和经度2的点2之间的距离。计算使用Lambert公式。
要使用此计算器,请将给定的纬度1、经度1、纬度2和经度2的值输入相应字段,并按“计算”。计算器将以公里和英里返回点之间的距离。
输入值
坐标可以按以下方式输入:
度-分-秒格式,后跟下拉菜单中的一个方位方向 - 纬度的N(北)或S(南),经度的E(东)或W(西)。这里,纬度应由-90到90之间的值表示,经度应由-180到180之间的值表示。
小数格式而没有方位方向。则值的符号代表方向:北半球的纬度为正(赤道以北),南半球为负,东经的经度为正(本初子午线以东),西经为负。同样,这里,纬度应由-90到90之间的值表示,经度应由-180到180之间的值表示。
要清空所有字段,请按“清除”。
地图上两点之间的距离计算器
此计算器还可以根据假设地球形状可近似为椭球体,并使用Lambert公式进行计算,找出地球表面上两点之间的距离。
要使用此计算器,请在提供的地图上选择两个点。计算器将自动确定所选点的(小数)坐标,并计算以公里和英里为单位的距离。
所有计算器接受整数、小数和e记数法表示的数字作为输入。
公式
在下面展示的所有公式中,距离表示为d。
2D距离公式
二维平面上具有坐标(X₁, Y₁)和(X₂, Y₂)的两点之间的距离,通过以下公式借助勾股定理计算:
$$d=\sqrt{(X₂ - X₁)²+(Y₂ - Y₁)²}$$
3D距离公式
上述公式可以推广到3维空间,以找到具有坐标(X₁, Y₁, Z₁)的点1和具有坐标(X₂, Y₂, Z₂)的点2之间的距离,如下所示:
$$d=\sqrt{(X₂ - X₁)²+(Y₂ - Y₁)²+(Z₂ - Z₁)²}$$
基于纬度和经度计算距离
本节将使用以下符号:ϕ表示纬度,λ表示经度。一个具有纬度1和经度1的点将被描述为(ϕ1, λ1)。
要计算地球表面上两点之间的距离,我们需要计算沿地球表面的距离。因此,我们必须选择一个近似地球表面形状的方法。最常见的有三种近似方法:
平面。这种近似对短距离来说效果相当好。在这种情况下可以使用2D距离公式。还有几种进一步的近似方法,用于考虑将地球表面投影到平面上时子午线之间距离的变化。
球面。这种近似的公式基于假设地球表面可以近似为一个球体。然后使用球面三角学导出更精确的公式,该公式可用于相当长的距离,精度约为5%。这个公式被称为大圆距离公式或haversine公式,因为它是借助于一个特殊的三角函数——haversine(半正矢)导出的。角θ的haversine定义如下:\$hav\ θ=\frac{(1-cosθ)}{2}\$。具有坐标(ϕ₁, λ₁)和(ϕ₂, λ₂)的两点之间的haversine距离公式如下所示:
$$d=2r\ arcsin\sqrt{hav(φ₂-φ₁ )+(1-hav(φ₁-φ₂ )-hav(φ₁+φ₂ ))× hav(λ₂-λ₁)}$$
$$d=2r\ arcsin\left( \sqrt{(sin²\left( \frac{φ₂-φ₁}{2} \right)+cos\ φ₁×cos\ φ₂ × sin²\left( \frac{λ₂-λ₁}{2} \right)}\right)$$
其中r是所研究球体的半径(在我们的案例中,是地球的平均半径)。
椭球面。这种近似是最精确的,因为地球的实际形状比球体更接近椭球体。连接椭球体表面两点的最短线(路径)称为测地线,该路径的长度用Lambert公式计算。这些公式使用约化纬度β₁和β₂代替ϕ₁和ϕ₂:tan β = (1 - f) × tan ϕ,其中f是扁率。距离如下找出:
d = a (σ – f/2(X + Y))
其中a是椭球体的赤道半径(在我们的案例中,是地球),σ是点1(β₁, λ₁)和点2(β₂, λ₂)之间的中心角,以弧度计。这个角度使用上述haversine公式计算,假设在球体和相应的椭球体上经度相同。X和Y使用以下公式计算:
$$X=(σ-sinσ)\frac{sin²P\ cos²Q}{cos²\frac{σ}{2}}$$
$$Y=(σ-sinσ)\frac{cos²P\ sin²Q}{sin²\frac{σ}{2}}$$
其中,P = (β₁ + β₂)/2,Q = (β₂ – β₁)/2
现实生活中的应用
通常,当我们谈论距离时,我们指的是2D或3D距离。这包括各种例子:
队伍末端与队伍前端之间的距离(对于直线队伍)。
你正在滑雪的山坡的长度。
甚至是太阳与太阳系行星之间的距离。
纬度和经度距离,或地图上点之间的距离,经常用于计算飞机从点A飞往点B的飞行路径,因为从一个地方飞往另一个地方的飞机是沿着地球的椭球面飞行的 —— 正是Lambert公式所描述的情况!