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在上一篇文章 (為什麼俄羅斯看起來這麼大?原來麥卡托投影是500年前的古老製圖法?!) 當中,我們聊到了麥卡托投影法,特別是它對極地地區造成的面積誇大問題。

在這期間,為了改善這樣的缺陷,一直有學者試圖發展出比較理想的製圖法,直到大約300年後,一位天才數學家卡爾·高斯 (Friedrich Gauss) 提出了一種新的製圖方法,終於讓高緯度地區的面積失真問題得到大幅度的改善。接著後來在20世紀初,再由約翰·克吕格 (Johann Heinrich Louis Krüger) 進一步完善,就成為了我們所知的高斯-克吕格投影法

為什麼高斯-克吕格更精確?

高斯-克吕格投影法的設計重點是分區投影,它將地球劃分為多個區域,每個區域使用自己的中央經線進行投影,這大大減少了麥卡托在極地地區的面積誇大問題。這種方法可以有效地提高中高緯度地區的面積和距離精度,尤其適合於國家測繪和地理資訊系統 (GIS) 中的應用。

如果要比較好理解,我們可以想像把地球用圓筒包起來,對每個區域進行「快照」,然後拼接起來。這種方法確保了每個區域的投影精確,特別是在測繪精度要求高的情況下,這是高斯-克吕格無可取代的一種優勢。

File:Usgs map traverse mercator.PNG
高斯克呂格投影法的投影概念 (圖源: United States Geological Survey)

但為什麼不能完全取代麥卡托?

然而,沒有一個投影法是完美的。高斯-克吕格雖然解決了麥卡托的面積失真問題,但它也失去了一些麥卡托的核心優勢,特別是在導航簡便性方面。麥卡托投影法的經緯線平行設計,使得長途航行中的方向保持穩定,非常直觀。而高斯-克吕格因為分區設計,無法提供這種全球範圍的直線導航路徑。這使得它雖然精確,卻不適合用於需要快速簡單定位的日常導航工具。

除此之外,高斯-克吕格投影法在製圖成本和運算資源上也更為複雜。尤其在大範圍測繪時,成本會隨著精度的提升而提高。因此,高斯-克吕格更適合用於小範圍或局部的測繪工作,而比較少應用在全球性的地圖上。

什麼情況下選擇麥卡托,什麼時候用高斯-克吕格?

高斯-克吕格投影法特別適合於精密測量和高精度要求的應用,像是國家測繪或地理資訊系統(GIS)。當你需要準確地描繪某個地區的面積或進行土地規劃時,它是最佳選擇。而對於日常的導航和全球地圖的粗略展示,麥卡托投影法依然是不可替代的理想方案,尤其當需要簡單明了的路線圖時,麥卡托的優勢還是難以忽視的。