平面與球形地球計算機

比較平面基準與球形地球的曲率落差及幾何地平線距離。

比較平面與球形地球幾何模型
輸入地表距離與觀察者高度,採用的地球平均半徑為 6,371 公里。

關於平面與球形地球幾何

本計算機在指定地表距離下,比較兩種理想化幾何模型。平面基準中的完全平坦表面沒有曲率落差,因此不論距離多遠,數值皆為零。球形模型的表面則持續偏離起點切線。工具以 6,371 公里的地球平均半徑計算精確圓幾何關係,而非僅使用短距離經驗近似。 此處曲率落差是沿輸入弧長移動後,起點切線與圓形表面的垂直間距。圓心角等於弧長除以地球半徑,落差則為半徑乘以一減去該角度的餘弦值。短距離時,結果與距離平方除以兩倍半徑非常接近。落差近似隨距離平方增加,所以在田地範圍很小,跨越數十或數百公里便十分明顯。 觀察者高度另外用來求幾何地平線。地平線直線距離來自直角三角形,其中兩邊為地球半徑,以及地球半徑加觀察者高度。這是真空幾何結果。大氣折射通常使光線向下彎曲,讓可見地平線更遠;地形、波浪、建築、植被及儀器高度則可能限制視野。曲率落差也不直接等於特定觀察者看不見的遠方物體高度,後者須使用兩端高度進行完整視線計算。 此比較可用於測量教學、攝影規劃、無線電路徑的直觀理解,以及檢視常見曲率近似,但不是大地測量模型。地球是扁橢球體而非完美球體,各地高程不同,局部重力也無法在長路徑上定義單一通用的視覺水平面。精密工程或導航應使用橢球地球模型、實測座標、大氣假設與地形資料。本工具提供透明且可重現的比較,方便理解曲率的數學影響。

平面與球形地球範例

距離與觀察者高度球形模型結果解讀
10 km 與 2 m落差 7.848 m;地平線 5.049 km典型站立眼睛高度
50 km 與 5 m落差 196.200 m;地平線 7.982 km長距離地面視線
100 km 與 10 m落差 784.790 m;地平線 11.288 km區域尺度比較

如何比較模型

  1. 以公里輸入沿地球表面的距離。
  2. 以公尺輸入觀察者距地表的高度。
  3. 選擇「比較模型」,計算曲率與地平線幾何。
  4. 比較零落差的平面基準與球形曲率落差。
  5. 將地平線結果視為尚未考慮折射或地形影響的幾何距離。

常見問題

計算機採用多少地球半徑?

採用慣用的 6,371 公里平均地球半徑。局部橢球半徑會隨緯度與方向略變,精密測量需使用大地測量模型。

曲率落差等於遮蔽高度嗎?

不等於。曲率落差以起點切線為基準。遮蔽高度則取決於觀察者與目標高度、距離、折射和中間地形。

為何可見地平線可能不同?

計算機呈現真空中的純幾何地平線。大氣折射、高程變化、波浪與障礙物可能改變或遮住視覺上的地平線。

為何平面模型落差為零?

幾何平面不會彎曲偏離起點切線,因此零就是比較球面曲率的直接基準。

地球曲率是否恰好符合每平方英里八英寸?

這是圓幾何的短距離近似,且取決於落差的定義。本工具使用地表弧長與精確餘弦公式,在較長距離仍保持一致。