空间直角坐标系的两点距离公式(空间两点间不只有空间距离)(1)

2.空间直角坐标系

空间直角坐标系就是通过空间任意点O,作三条互相垂直的直线,并规定其正负方向,他们都以o为原点,具有相同的长度单位,这三条轴分别交x轴,y轴,z轴,通称为坐标轴。并且规定x轴,y轴所在的平面为水平面,z轴是铅垂线。这样三条坐标轴就组成了一个空间直角坐标系。见图1,图2

空间直角坐标系的两点距离公式(空间两点间不只有空间距离)(2)

教材教学时多用图1所示坐标系,大地测量和工程施工中多用图2所示坐标系。

3 空间直角坐标系中的空间点

在空间直角坐标系中,你只要用笔尖轻轻一点,这个点就可以用三个有序数字书写下来。比如图3中的A点,我们分别量取它到三个坐标轴的距离求得其坐标为A(30,10,20) 。

空间直角坐标系的两点距离公式(空间两点间不只有空间距离)(3)

如果我们随意地书写三个有序数字,比如B(—30,25,—20),我们把它填画到空间直角坐标系中,得图4。这组有序数字,就表示空间直角坐标系中的一个点。

空间直角坐标系的两点距离公式(空间两点间不只有空间距离)(4)

4 空间直角坐标系中两点间的空间距离

我们常说的空间两点间的空间距离见图5。

空间直角坐标系的两点距离公式(空间两点间不只有空间距离)(5)

图5中空间两点间的空间距离就是A、B点之间线段的长度,等于73.6546。

但是,仅仅只知道两点间的空间距离在实际应用中是远远不够的,还需要知道两点间的水平距离,方位角,高差,倾角。

5 空间直角坐标系中两点间的水平距离

大地测量坐标系中空间两点间的水平距离见图6。

空间直角坐标系的两点距离公式(空间两点间不只有空间距离)(6)

图6中,两点间的水平距离A1B1等于61.8466。

6 空间直角坐标系中两点所在直线的方位角

方位角是指大地测量坐标系中已知直线的投影与x轴正方向顺时针旋转的夹角。见图7。

空间直角坐标系的两点距离公式(空间两点间不只有空间距离)(7)

图7中,A,B两点所在直线的投影A1B1方向与x轴的正方向的夹角等于165.9638度。即AB直线的方位角等于165.9638度。

7 空间直角坐标系中两点间的高差

空间直角坐标系中A、B两点间的高差见图8。

空间直角坐标系的两点距离公式(空间两点间不只有空间距离)(8)

图8中,A、B两点的高差等于40.0000。

8 空间直角坐标系中 两点所在直线的倾角

空间直角坐标系中两点所在直线的倾角见图9。

空间直角坐标系的两点距离公式(空间两点间不只有空间距离)(9)

图9中,A、B两点所在直线的倾角等于32.8932度。

9 空间两点坐标在计算工程参数时的应用

图10为某煤矿工程立体示意图,根据需要,需在中央泵房A点与回风巷B点之间开掘回风联巷AB。AB点坐标已知,求在AB点之间开掘巷道的相关参数。 A(95.2290,19.4760,0.0000) B(96.0220,-48.0330,28.8640)

空间直角坐标系的两点距离公式(空间两点间不只有空间距离)(10)

解:本题是传统的各类建筑,开采,隧道工程中常用的由已知两点坐标计算相关工程参数的方法。计算结果见图11。

空间直角坐标系的两点距离公式(空间两点间不只有空间距离)(11)

图11中

空间直角坐标系的两点距离公式(空间两点间不只有空间距离)(12)

10 空间两点的图形类型

图11只是空间两点图形的一种,实际上空间点与空间点在空间直角坐标系中共有4种图形。其图形与数据关系见下表。

空间直角坐标系的两点距离公式(空间两点间不只有空间距离)(13)

11 总结

空间两点间不是仅仅有距离一个数据,两点间存在水平距,方位角,高差,倾角,空间距离五个数据,在施工工程中都非常重要,一个都不能少。

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