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117 Commits
520f0973f0
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main
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|
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766f75efc1 |
157
ES/Hansen_ES_CMA.py
Normal file
157
ES/Hansen_ES_CMA.py
Normal file
@@ -0,0 +1,157 @@
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|
import numpy as np
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|
from numpy.typing import NDArray
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def felli(x: NDArray) -> float:
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N = x.shape[0]
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if N < 2:
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raise ValueError("dimension must be greater than one")
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exponents = np.arange(N) / (N - 1)
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return float(np.sum((1e6 ** exponents) * (x ** 2)))
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def escma(func, *, N=10, xmean=None, sigma=0.5, stopfitness=1e-14, stopeval=2000,
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func_args=(), func_kwargs=None, seed=0,
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bestEver=np.inf, noImproveGen=0, absTolImprove=1e-12, maxNoImproveGen=100, sigmaImprove=1e-12):
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if func_kwargs is None:
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func_kwargs = {}
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if seed is not None:
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np.random.seed(seed)
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# Initialization (aus Parametern statt hart verdrahtet)
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if xmean is None:
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xmean = np.random.rand(N)
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else:
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xmean = np.asarray(xmean, dtype=float)
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N = xmean.shape[0]
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if stopeval is None:
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stopeval = int(1e3 * N ** 2)
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# Strategy parameter setting: Selection
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lambda_ = 4 + int(np.floor(3 * np.log(N)))
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mu = lambda_ / 2.0
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# muXone recombination weights
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weights = np.log(mu + 0.5) - np.log(np.arange(1, int(mu) + 1))
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mu = int(np.floor(mu))
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|
weights = weights / np.sum(weights)
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mueff = np.sum(weights) ** 2 / np.sum(weights ** 2)
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# Strategy parameter setting: Adaptation
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cc = (4 + mueff / N) / (N + 4 + 2 * mueff / N)
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cs = (mueff + 2) / (N + mueff + 5)
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c1 = 2 / ((N + 1.3) ** 2 + mueff)
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cmu = min(1 - c1,
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2 * (mueff - 2 + 1 / mueff) / ((N + 2) ** 2 + 2 * mueff))
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damps = 1 + 2 * max(0, np.sqrt((mueff - 1) / (N + 1)) - 1) + cs
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# Initialize dynamic (internal) strategy parameters and constants
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pc = np.zeros(N)
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ps = np.zeros(N)
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B = np.eye(N)
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D = np.eye(N)
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C = B @ D @ (B @ D).T
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eigeneval = 0
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chiN = np.sqrt(N) * (1 - 1 / (4 * N) + 1 / (21 * N ** 2))
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# Generation Loop
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counteval = 0
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arx = np.zeros((N, lambda_))
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arz = np.zeros((N, lambda_))
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arfitness = np.zeros(lambda_)
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gen = 0
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# print(f' [CMA-ES] Start: lambda = {lambda_}, sigma ={round(sigma, 6)}, stopeval = {stopeval}')
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while counteval < stopeval:
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gen += 1
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# Generate and evaluate lambda offspring
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for k in range(lambda_):
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arz[:, k] = np.random.randn(N)
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arx[:, k] = xmean + sigma * (B @ D @ arz[:, k])
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arfitness[k] = float(func(arx[:, k], *func_args, **func_kwargs)) # <-- allgemein
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counteval += 1
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# Sort by fitness and compute weighted mean into xmean
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idx = np.argsort(arfitness)
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arfitness = arfitness[idx]
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arindex = idx
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xold = xmean.copy()
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xmean = arx[:, arindex[:mu]] @ weights
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zmean = arz[:, arindex[:mu]] @ weights
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# Stagnation check
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fbest = arfitness[0]
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if bestEver - fbest > absTolImprove:
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bestEver = fbest
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noImproveGen = 0
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else:
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noImproveGen += 1
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if gen == 1 or gen % 50 == 0:
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# print(f' [CMA-ES] Gen {gen}, best = {round(fbest, 6)}, sigma = {sigma:.3g}')
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pass
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if noImproveGen >= maxNoImproveGen:
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# print(f' [CMA-ES] Abbruch: keine Verbesserung > {round(absTolImprove, 3)} in {maxNoImproveGen} Generationen.')
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break
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if sigma < sigmaImprove:
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# print(f' [CMA-ES] Abbruch: sigma zu klein {sigma:.3g}')
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break
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# Cumulation: Update evolution paths
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ps = (1 - cs) * ps + np.sqrt(cs * (2 - cs) * mueff) * (B @ zmean)
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norm_ps = np.linalg.norm(ps)
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hsig = norm_ps / np.sqrt(1 - (1 - cs) ** (2 * counteval / lambda_)) / chiN < (1.4 + 2 / (N + 1))
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hsig = 1.0 if hsig else 0.0
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pc = (1 - cc) * pc + hsig * np.sqrt(cc * (2 - cc) * mueff) * (B @ D @ zmean)
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# Adapt covariance matrix C
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BDz = B @ D @ arz[:, arindex[:mu]]
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C = (1 - c1 - cmu) * C \
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+ c1 * (np.outer(pc, pc) + (1 - hsig) * cc * (2 - cc) * C) \
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+ cmu * BDz @ np.diag(weights) @ BDz.T
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# Adapt step-size sigma
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sigma = sigma * np.exp((cs / damps) * (norm_ps / chiN - 1))
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# Update B and D from C (Eigenzerlegung, O(N^2))
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if counteval - eigeneval > lambda_ / ((c1 + cmu) * N * 10):
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eigeneval = counteval
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# enforce symmetry
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C = (C + C.T) / 2.0
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eigvals, B = np.linalg.eigh(C)
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D = np.diag(np.sqrt(eigvals))
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# Break, if fitness is good enough
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if arfitness[0] <= stopfitness:
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break
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# Escape flat fitness, or better terminate?
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if arfitness[0] == arfitness[int(np.ceil(0.7 * lambda_)) - 1]:
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sigma = sigma * np.exp(0.2 + cs / damps)
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# print(' [CMA-ES] stopfitness erreicht.')
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# print("warning: flat fitness, consider reformulating the objective")
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break
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# print(f"{counteval}: {arfitness[0]}")
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# Final Message
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# print(f"{counteval}: {arfitness[0]}")
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xmin = arx[:, arindex[0]]
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bestValue = arfitness[0]
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# print(f' [CMA-ES] Ende: Gen = {gen}, best = {round(bestValue, 6)}')
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return xmin
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if __name__ == "__main__":
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xmin = escma(felli, N=10) # <-- Zielfunktion wird übergeben
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print("Bestes gefundenes x:", xmin)
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|
print("f(xmin) =", felli(xmin))
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||||||
247
ES/gha1_ES.py
Normal file
247
ES/gha1_ES.py
Normal file
@@ -0,0 +1,247 @@
|
|||||||
|
from __future__ import annotations
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||||||
|
from typing import List, Tuple
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|
import numpy as np
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|
from numpy.typing import NDArray
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|
import winkelumrechnungen as wu
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|
from ES.Hansen_ES_CMA import escma
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|
from GHA_triaxial.gha1_ana import gha1_ana
|
||||||
|
from GHA_triaxial.gha1_approx import gha1_approx
|
||||||
|
from GHA_triaxial.utils import jacobi_konstante
|
||||||
|
from ellipsoid_triaxial import EllipsoidTriaxial
|
||||||
|
from utils_angle import wrap_mpi_pi
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def ENU_beta_omega(beta: float, omega: float, ell: EllipsoidTriaxial) \
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||||||
|
-> Tuple[NDArray, NDArray, NDArray, float, float, NDArray]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Analytische ENU-Basis in ellipsoidische Koordinaten (β, ω) nach Karney (2025), S. 2
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:param beta: Beta Koordinate
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:param omega: Omega Koordinate
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:param ell: Ellipsoid
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:return: E_hat = Einheitsrichtung entlang wachsendem ω (East)
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N_hat = Einheitsrichtung entlang wachsendem β (North)
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||||||
|
U_hat = Einheitsnormale (Up)
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|
En & Nn = Längen der unnormierten Ableitungen
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|
R (XYZ) = Punkt in XYZ
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"""
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# Berechnungshilfen
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omega = wrap_mpi_pi(omega)
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cb = np.cos(beta)
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|
sb = np.sin(beta)
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|
co = np.cos(omega)
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||||||
|
so = np.sin(omega)
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||||||
|
# D = sqrt(a^2 - c^2)
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|
D = np.sqrt(ell.ax*ell.ax - ell.b*ell.b)
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|
# Sx = sqrt(a^2 - b^2 sin^2β - c^2 cos^2β)
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||||||
|
Sx = np.sqrt(ell.ax*ell.ax - ell.ay*ell.ay*(sb*sb) - ell.b*ell.b*(cb*cb))
|
||||||
|
# Sz = sqrt(a^2 sin^2ω + b^2 cos^2ω - c^2)
|
||||||
|
Sz = np.sqrt(ell.ax*ell.ax*(so*so) + ell.ay*ell.ay*(co*co) - ell.b*ell.b)
|
||||||
|
|
||||||
|
# Karney Gl. (4)
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X = ell.ax * co * Sx / D
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|
Y = ell.ay * cb * so
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|
Z = ell.b * sb * Sz / D
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|
R = np.array([X, Y, Z], dtype=float)
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||||||
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|
# --- Ableitungen - Karney Gl. (5a,b,c)---
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||||||
|
# E = ∂R/∂ω
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dX_dw = -ell.ax * so * Sx / D
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|
dY_dw = ell.ay * cb * co
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||||||
|
dZ_dw = ell.b * sb * (so * co * (ell.ax*ell.ax - ell.ay*ell.ay) / Sz) / D
|
||||||
|
E = np.array([dX_dw, dY_dw, dZ_dw], dtype=float)
|
||||||
|
|
||||||
|
# N = ∂R/∂β
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||||||
|
dX_db = ell.ax * co * (sb * cb * (ell.b*ell.b - ell.ay*ell.ay) / Sx) / D
|
||||||
|
dY_db = -ell.ay * sb * so
|
||||||
|
dZ_db = ell.b * cb * Sz / D
|
||||||
|
N = np.array([dX_db, dY_db, dZ_db], dtype=float)
|
||||||
|
|
||||||
|
# U = Grad(x^2/a^2 + y^2/b^2 + z^2/c^2 - 1)
|
||||||
|
U = np.array([X/(ell.ax*ell.ax), Y/(ell.ay*ell.ay), Z/(ell.b*ell.b)], dtype=float)
|
||||||
|
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||||||
|
En = float(np.linalg.norm(E))
|
||||||
|
Nn = float(np.linalg.norm(N))
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||||||
|
Un = float(np.linalg.norm(U))
|
||||||
|
|
||||||
|
N_hat = N / Nn
|
||||||
|
E_hat = E / En
|
||||||
|
U_hat = U / Un
|
||||||
|
E_hat -= float(np.dot(E_hat, N_hat)) * N_hat
|
||||||
|
E_hat = E_hat / max(np.linalg.norm(E_hat), 1e-18)
|
||||||
|
|
||||||
|
return E_hat, N_hat, U_hat, En, Nn, R
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def azimuth_at_ESpoint(P_prev: NDArray, P_curr: NDArray, E_hat_curr: NDArray, N_hat_curr: NDArray, U_hat_curr: NDArray) -> float:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Berechnet das Azimut in der lokalen Tangentialebene am aktuellen Punkt P_curr, gemessen
|
||||||
|
an der Bewegungsrichtung vom vorherigen Punkt P_prev nach P_curr.
|
||||||
|
:param P_prev: vorheriger Punkt
|
||||||
|
:param P_curr: aktueller Punkt
|
||||||
|
:param E_hat_curr: Einheitsvektor der lokalen Tangentialrichtung am Punkt P_curr
|
||||||
|
:param N_hat_curr: Einheitsvektor der lokalen Tangentialrichtung am Punkt P_curr
|
||||||
|
:param U_hat_curr: Einheitsnormalenvektor am Punkt P_curr
|
||||||
|
:return: Azimut in Radiant
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
v = (P_curr - P_prev).astype(float)
|
||||||
|
vT = v - float(np.dot(v, U_hat_curr)) * U_hat_curr
|
||||||
|
vTn = max(np.linalg.norm(vT), 1e-18)
|
||||||
|
vT_hat = vT / vTn
|
||||||
|
sE = float(np.dot(vT_hat, E_hat_curr))
|
||||||
|
sN = float(np.dot(vT_hat, N_hat_curr))
|
||||||
|
|
||||||
|
return wrap_mpi_pi(float(np.arctan2(sE, sN)))
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def optimize_next_point(beta_i: float, omega_i: float, alpha_i: float, ds: float, gamma0: float,
|
||||||
|
ell: EllipsoidTriaxial, maxSegLen: float = 1000.0, sigma0: float = None) -> Tuple[float, float, NDArray, float]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Berechnung der 1. GHA mithilfe der CMA-ES.
|
||||||
|
Die CMA-ES optimiert sukzessive einen Punkt, der maxSegLen vom vorherigen Punkt entfernt und zusätzlich auf der
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geodätischen Linien liegt. Somit entsteht ein Geodäten ähnlicher Polygonzug auf der Oberfläche des dreiachsigen Ellipsoids.
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:param beta_i: Beta Koordinate am Punkt i
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:param omega_i: Omega Koordinate am Punkt i
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:param alpha_i: Azimut am Punkt i
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|
:param ds: Gesamtlänge
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:param gamma0: Jacobi-Konstante am Startpunkt
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:param ell: Ellipsoid
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:param maxSegLen: maximale Segmentlänge
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:param sigma0:
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:return:
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"""
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# Startbasis
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E_i, N_i, U_i, En_i, Nn_i, P_i = ENU_beta_omega(beta_i, omega_i, ell)
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# Prediktor: dβ ≈ ds cosα / |N|, dω ≈ ds sinα / |E|
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En_eff = max(En_i, 1e-9)
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Nn_eff = max(Nn_i, 1e-9)
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d_beta = ds * np.cos(alpha_i) / Nn_eff
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d_omega = ds * np.sin(alpha_i) / En_eff
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# optional: harte Schritt-Clamps (verhindert wrap-chaos)
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d_beta = float(np.clip(d_beta, -0.2, 0.2)) # rad
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|
d_omega = float(np.clip(d_omega, -0.2, 0.2)) # rad
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# d_beta = ds * float(np.cos(alpha_i)) / Nn_i
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# d_omega = ds * float(np.sin(alpha_i)) / En_i
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beta_pred = beta_i + d_beta
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omega_pred = wrap_mpi_pi(omega_i + d_omega)
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xmean = np.array([beta_pred, omega_pred], dtype=float)
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if sigma0 is None:
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R0 = (ell.ax + ell.ay + ell.b) / 3
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sigma0 = 1e-5 * (ds / R0)
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def fitness(x: NDArray) -> float:
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"""
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Fitnessfunktion: Fitnesscheck erfolgt anhand der Segmentlänge und der Jacobi-Konstante.
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Die Segmentlänge muss möglichst gut zum Sollwert passen. Die Jacobi-Konstante am Punkt x muss zur
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Jacobi-Konstanten am Startpunkt passen, damit der Polygonzug auf derselben geodätischen Linie bleibt.
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:param x: Koordinate in beta, lambda aus der CMA-ES
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:return: Fitnesswert (f)
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"""
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beta = x[0]
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omega = wrap_mpi_pi(x[1])
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P = ell.ell2cart_karney(beta, omega) # in kartesischer Koordinaten
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d = float(np.linalg.norm(P - P_i)) # Distanz zwischen
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# maxSegLen einhalten
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J_len = ((d - ds) / ds) ** 2
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w_len = 1.0
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# Azimut für Jacobi-Konstante
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E_j, N_j, U_j, _, _, _ = ENU_beta_omega(beta, omega, ell)
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alpha_end = azimuth_at_ESpoint(P_i, P, E_j, N_j, U_j)
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# Jacobi-Konstante
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g_end = jacobi_konstante(beta, omega, alpha_end, ell)
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J_gamma = (g_end - gamma0) ** 2
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w_gamma = 10
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f = float(w_len * J_len + w_gamma * J_gamma)
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return f
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xb = escma(fitness, N=2, xmean=xmean, sigma=sigma0) # Aufruf CMA-ES
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beta_best = xb[0]
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omega_best = wrap_mpi_pi(xb[1])
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P_best = ell.ell2cart_karney(beta_best, omega_best)
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E_j, N_j, U_j, _, _, _ = ENU_beta_omega(beta_best, omega_best, ell)
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||||||
|
alpha_end = azimuth_at_ESpoint(P_i, P_best, E_j, N_j, U_j)
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|
return beta_best, omega_best, P_best, alpha_end
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def gha1_ES(ell: EllipsoidTriaxial, beta0: float, omega0: float, alpha0: float, s_total: float, maxSegLen: float = 1000, all_points: bool = False)\
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||||||
|
-> Tuple[NDArray, float, NDArray] | Tuple[NDArray, float]:
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"""
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Aufruf der 1. GHA mittels CMA-ES
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:param ell: Ellipsoid
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:param beta0: Beta Startkoordinate
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:param omega0: Omega Startkoordinate
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:param alpha0: Azimut Startkoordinate
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:param s_total: Gesamtstrecke
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|
:param maxSegLen: maximale Segmentlänge
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|
:param all_points: Alle Punkte ausgeben?
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|
:return: Zielpunkt Pk, Azimut am Zielpunkt und Punktliste
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"""
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|
beta = float(beta0)
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|
omega = wrap_mpi_pi(float(omega0))
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alpha = wrap_mpi_pi(float(alpha0))
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|
gamma0 = jacobi_konstante(beta, omega, alpha, ell) # Referenz-γ0
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P_all: List[NDArray] = [ell.ell2cart_karney(beta, omega)]
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alpha_end: List[float] = [alpha]
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s_acc = 0.0
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step = 0
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nsteps_est = int(np.ceil(s_total / maxSegLen))
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while s_acc < s_total - 1e-9:
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step += 1
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ds = min(maxSegLen, s_total - s_acc)
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# print(f"[GHA1-ES] Step {step}/{nsteps_est} ds={ds:.3f} m s_acc={s_acc:.3f} m beta={beta:.6f} omega={omega:.6f} alpha={alpha:.6f}")
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beta, omega, P, alpha = optimize_next_point(beta_i=beta, omega_i=omega, alpha_i=alpha, ds=ds, gamma0=gamma0,
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ell=ell, maxSegLen=maxSegLen)
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s_acc += ds
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|
P_all.append(P)
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alpha_end.append(wrap_mpi_pi(alpha))
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if step > nsteps_est + 50:
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|
raise RuntimeError("GHA1_ES: Zu viele Schritte – vermutlich Konvergenzproblem / falsche Azimut-Konvention.")
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Pk = P_all[-1]
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alpha1 = float(alpha_end[-1])
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if all_points:
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return Pk, alpha1, np.array(P_all)
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else:
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return Pk, alpha1
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if __name__ == "__main__":
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ell = EllipsoidTriaxial.init_name("BursaSima1980round")
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s = 180000
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# alpha0 = 3
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alpha0 = wu.gms2rad([5, 0, 0])
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beta = 0
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omega = 0
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P0 = ell.ell2cart(beta, omega)
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point1, alpha1 = gha1_ana(ell, P0, alpha0=alpha0, s=s, maxM=100, maxPartCircum=32)
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point1app, alpha1app = gha1_approx(ell, P0, alpha0=alpha0, s=s, ds=1000)
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||||||
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res, alpha, points = gha1_ES(ell, beta0=beta, omega0=-omega, alpha0=alpha0, s_total=s, maxSegLen=1000)
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||||||
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print(point1)
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print(res)
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print(alpha)
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print(points)
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# print("alpha1 (am Endpunkt):", res.alpha1)
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|
print(res - point1)
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|
print(point1app - point1, "approx")
|
||||||
182
ES/gha2_ES.py
Normal file
182
ES/gha2_ES.py
Normal file
@@ -0,0 +1,182 @@
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|
from typing import Tuple
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import numpy as np
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import plotly.graph_objects as go
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from numpy.typing import NDArray
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from ES.Hansen_ES_CMA import escma
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|
from GHA_triaxial.gha2_num import gha2_num
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|
from GHA_triaxial.utils import sigma2alpha
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|
from ellipsoid_triaxial import EllipsoidTriaxial
|
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||||||
|
def Sehne(P1: NDArray, P2: NDArray) -> float:
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"""
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Berechnung der 3D-Distanz zwischen zwei kartesischen Punkten
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:param P1: kartesische Koordinate Punkt 1
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:param P2: kartesische Koordinate Punkt 2
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|
:return: Bogenlänge s
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"""
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R12 = P2-P1
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s = float(np.linalg.norm(R12))
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return s
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||||||
|
def gha2_ES(ell: EllipsoidTriaxial, P0: NDArray, Pk: NDArray, maxSegLen: float = None, all_points: bool = False) -> Tuple[float, float, float, NDArray] | Tuple[float, float, float]:
|
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|
"""
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|
Berechnen der 2. GHA mithilfe der CMA-ES.
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Die CMA-ES optimiert sukzessive den Mittelpunkt zwischen Start- und Zielpunkt. Der Abbruch der Berechnung erfolgt, wenn alle Segmentlängen <= maxSegLen sind.
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Die Distanzen zwischen den einzelnen Punkten werden als direkte 3D-Distanzen berechnet und aufaddiert.
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:param ell: Ellipsoid
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:param P0: Startpunkt
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:param Pk: Zielpunkt
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:param maxSegLen: maximale Segmentlänge
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|
:param all_points: Ergebnisliste mit allen Punkte, die wahlweise mit ausgegeben wird
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:return: Richtungswinkel in RAD des Start- und Zielpunktes und Gesamtlänge
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|
"""
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|
P_left: NDArray = None
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P_right: NDArray = None
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||||||
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|
def midpoint_fitness(x: tuple) -> float:
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|
"""
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|
Fitness für einen Mittelpunkt P_middle zwischen P_left und P_right auf dem triaxialen Ellipsoid:
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|
- Minimiert d(P_left, P_middle) + d(P_middle, P_right)
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|
- Erzwingt d(P_left,P_middle) ≈ d(P_middle,P_right) (echter Mittelpunkt im Sinne der Polygonkette)
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||||||
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:param x: enthält die Startwerte von u und v
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|
:return: Fitnesswert (f)
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"""
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|
nonlocal P_left, P_right, ell
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u, v = x
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P_middle = ell.para2cart(u, v)
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d1 = Sehne(P_left, P_middle)
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d2 = Sehne(P_middle, P_right)
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base = d1 + d2
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# midpoint penalty (dimensionslos)
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# relative Differenz, skaliert über verschiedene Segmentlängen
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denom = max(base, 1e-9)
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pen_equal = ((d1 - d2) / denom) ** 2
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w_equal = 10.0
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f = base + denom * w_equal * pen_equal
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return f
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R0 = (ell.ax + ell.ay + ell.b) / 3
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if maxSegLen is None:
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maxSegLen = R0 * 1 / (637.4*2) # 10km Segment bei mittleren Erdradius
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sigma_uv_nom = 1e-3 * (maxSegLen / R0) # ~1e-5
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points: list[NDArray] = [P0, Pk]
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startIter = 0
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||||||
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level = 0
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||||||
|
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||||||
|
while True:
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seg_lens = [Sehne(points[i], points[i+1]) for i in range(len(points)-1)]
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||||||
|
max_len = max(seg_lens)
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||||||
|
if max_len <= maxSegLen:
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|
break
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||||||
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||||||
|
level += 1
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||||||
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new_points: list[NDArray] = [points[0]]
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||||||
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for i in range(len(points) - 1):
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A = points[i]
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B = points[i+1]
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dAB = Sehne(A, B)
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# print(dAB)
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if dAB > maxSegLen:
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# global P_left, P_right
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P_left, P_right = A, B
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Au, Av = ell.cart2para(A)
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|
Bu, Bv = ell.cart2para(B)
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||||||
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u0 = (Au + Bu) / 2
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v0 = Av + 0.5 * np.arctan2(np.sin(Bv - Av), np.cos(Bv - Av))
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|
xmean = [u0, v0]
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||||||
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sigmaStep = sigma_uv_nom * (Sehne(A, B) / maxSegLen)
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u, v = escma(midpoint_fitness, N=2, xmean=xmean, sigma=sigmaStep) # Aufruf CMA-ES
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P_next = ell.para2cart(u, v)
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new_points.append(P_next)
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startIter += 1
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maxIter = 10000
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if startIter > maxIter:
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raise RuntimeError("GHA2_ES: maximale Iterationen überschritten")
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new_points.append(B)
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points = new_points
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# print(f"[Level {level}] Punkte: {len(points)} | max Segment: {max_len:.3f} m")
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P_all = np.vstack(points)
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totalLen = float(np.sum(np.linalg.norm(P_all[1:] - P_all[:-1], axis=1)))
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if len(points) >= 3:
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p0i = ell.point_onto_ellipsoid(P0 + 10.0 * (points[1] - P0) / np.linalg.norm(points[1] - P0))
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||||||
|
sigma0 = (p0i - P0) / np.linalg.norm(p0i - P0)
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||||||
|
alpha0 = sigma2alpha(ell, sigma0, P0)
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||||||
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||||||
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p1i = ell.point_onto_ellipsoid(Pk - 10.0 * (Pk - points[-2]) / np.linalg.norm(Pk - points[-2]))
|
||||||
|
sigma1 = (Pk - p1i) / np.linalg.norm(Pk - p1i)
|
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|
alpha1 = sigma2alpha(ell, sigma1, Pk)
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else:
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alpha0 = None
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alpha1 = None
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if all_points:
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return alpha0, alpha1, totalLen, P_all
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||||||
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return alpha0, alpha1, totalLen
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|
def show_points(points: NDArray, pointsES: NDArray, p0: NDArray, p1: NDArray):
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"""
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|
Anzeigen der Punkte
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:param points: wahre Punkte der Linie
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:param pointsES: Punkte der Linie aus ES
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:param p0: wahrer Startpunkt
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|
:param p1: wahrer Endpunkt
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||||||
|
"""
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fig = go.Figure()
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||||||
|
fig.add_scatter3d(x=pointsES[:, 0], y=pointsES[:, 1], z=pointsES[:, 2],
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||||||
|
mode='lines', line=dict(color="green", width=3), name="Numerisch")
|
||||||
|
fig.add_scatter3d(x=points[:, 0], y=points[:, 1], z=points[:, 2],
|
||||||
|
mode='lines', line=dict(color="red", width=3), name="ES")
|
||||||
|
fig.add_scatter3d(x=[p0[0]], y=[p0[1]], z=[p0[2]],
|
||||||
|
mode='markers', marker=dict(color="black"), name="P0")
|
||||||
|
fig.add_scatter3d(x=[p1[0]], y=[p1[1]], z=[p1[2]],
|
||||||
|
mode='markers', marker=dict(color="black"), name="P1")
|
||||||
|
|
||||||
|
fig.update_layout(
|
||||||
|
scene=dict(xaxis_title='X [km]',
|
||||||
|
yaxis_title='Y [km]',
|
||||||
|
zaxis_title='Z [km]',
|
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|
aspectmode='data'))
|
||||||
|
|
||||||
|
fig.show()
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|
||||||
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if __name__ == '__main__':
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|
ell = EllipsoidTriaxial.init_name("Bursa1970")
|
||||||
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|
beta0, lamb0 = (0.2, 0.1)
|
||||||
|
P0 = ell.ell2cart(beta0, lamb0)
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beta1, lamb1 = (0.3, 0.2)
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P1 = ell.ell2cart(beta1, lamb1)
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||||||
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|
alpha0, alpha1, s_num, betas, lambs = gha2_num(ell, beta0, lamb0, beta1, lamb1, n=1000, all_points=True)
|
||||||
|
points_num = []
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for beta, lamb in zip(betas, lambs):
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||||||
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points_num.append(ell.ell2cart(beta, lamb))
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points_num = np.array(points_num)
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alpha0, alpha1, s, points = gha2_ES(ell, P0, P1)
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print(s_num)
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|
print(s)
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||||||
|
print(alpha0)
|
||||||
|
print(alpha1)
|
||||||
|
print(s - s_num)
|
||||||
|
show_points(points, points_num, P0, P1)
|
||||||
@@ -1,25 +0,0 @@
|
|||||||
from numpy import *
|
|
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import scipy as sp
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def gha1(re, phi_p1, lambda_p1, A_p1, s):
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psi_p1 = re.phi2psi(phi_p1)
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A_0 = arcsin(cos(psi_p1) * sin(A_p1))
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temp = sin(psi_p1) / cos(A_0)
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sigma_p1 = arcsin(sin(psi_p1) / cos(A_0))
|
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||||||
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|
||||||
sqrt_sigma = lambda sigma: sqrt(1 + re.e_ ** 2 * cos(A_0) ** 2 * sin(sigma) ** 2)
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|
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int_sqrt_sigma = lambda sigma: sp.integrate.quad(sqrt_sigma, sigma_p1, sigma)[0]
|
|
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f_sigma_p2i = lambda sigma_p2i: (int_sqrt_sigma(sigma_p2i) - s / re.b)
|
|
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||||||
sigma_p2_0 = sigma_p1 + s / re.a
|
|
||||||
sigma_p2 = sp.optimize.newton(f_sigma_p2i, sigma_p2_0)
|
|
||||||
psi_p2 = arcsin(cos(A_0) * sin(sigma_p2))
|
|
||||||
phi_p2 = re.psi2phi(psi_p2)
|
|
||||||
A_p2 = arcsin(sin(A_0) / cos(psi_p2))
|
|
||||||
|
|
||||||
f_d_lambda = lambda sigma: sin(A_0) * sqrt_sigma(sigma) / (1 - cos(A_0)**2 * sin(sigma)**2)
|
|
||||||
d_lambda = sqrt(1-re.e**2) * sp.integrate.quad(f_d_lambda, sigma_p1, sigma_p2)[0]
|
|
||||||
lambda_p2 = lambda_p1 + d_lambda
|
|
||||||
return phi_p2, lambda_p2, A_p2
|
|
||||||
107
GHA/gauss.py
107
GHA/gauss.py
@@ -1,107 +0,0 @@
|
|||||||
from numpy import sin, cos, pi, sqrt, tan, arcsin, arccos, arctan
|
|
||||||
import ausgaben as aus
|
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||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def gha1(re, phi_p1, lambda_p1, A_p1, s, eps):
|
|
||||||
"""
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|
||||||
Berechnung der 1. Geodätische Hauptaufgabe nach Gauß´schen Mittelbreitenformeln
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||||||
:param re: Klasse Ellipsoid
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||||||
:param phi_p1: Breite Punkt 1
|
|
||||||
:param lambda_p1: Länge Punkt 1
|
|
||||||
:param A_p1: Azimut der geodätischen Linie in Punkt 1
|
|
||||||
:param s: Strecke zu Punkt 2
|
|
||||||
:param eps: Abbruchkriterium für Winkelgrößen
|
|
||||||
:return: Breite, Länge, Azimut von Punkt 2
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
|
|
||||||
t = lambda phi: tan(phi)
|
|
||||||
eta = lambda phi: sqrt(re.e_ ** 2 * cos(phi) ** 2)
|
|
||||||
|
|
||||||
F1 = lambda A, phi, s: 1 + (2 + 3 * t(phi)**2 + 2 * eta(phi)**2) / (24 * re.N(phi) ** 2) * sin(A) ** 2 * s ** 2 \
|
|
||||||
+ (t(phi)**2 - 1) * eta(phi) ** 2 / (8 * re.N(phi) ** 2) * cos(A) ** 2 * s ** 2
|
|
||||||
|
|
||||||
F2 = lambda A, phi, s: 1 + t(phi) ** 2 / (24 * re.N(phi) ** 2) * sin(A) ** 2 * s ** 2 \
|
|
||||||
- (1 + eta(phi)**2 - 9 * eta(phi)**2 * t(phi)**2) / (24 * re.N(phi) ** 2) * cos(A) ** 2 * s ** 2
|
|
||||||
|
|
||||||
F3 = lambda A, phi, s: 1 + (1 + eta(phi)**2) / (12 * re.N(phi) ** 2) * sin(A) ** 2 * s ** 2 \
|
|
||||||
+ (3 + 8 * eta(phi)**2) / (24 * re.N(phi) ** 2) * cos(A) ** 2 * s ** 2
|
|
||||||
|
|
||||||
phi_p2_i = lambda A, phi: phi_p1 + cos(A) / re.M(phi) * s * F1(A, phi, s)
|
|
||||||
lambda_p2_i = lambda A, phi: lambda_p1 + sin(A) / (re.N(phi) * cos(phi)) * s * F2(A, phi, s)
|
|
||||||
A_p2_i = lambda A, phi: A_p1 + sin(A) * tan(phi) / re.N(phi) * s * F3(A, phi, s)
|
|
||||||
|
|
||||||
phi_p0_i = lambda phi2: (phi_p1 + phi2) / 2
|
|
||||||
A_p1_i = lambda A2: (A_p1 + A2) / 2
|
|
||||||
|
|
||||||
phi_p0 = []
|
|
||||||
A_p0 = []
|
|
||||||
phi_p2 = []
|
|
||||||
lambda_p2 = []
|
|
||||||
A_p2 = []
|
|
||||||
|
|
||||||
# 1. Näherung für P2
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|
||||||
phi_p2.append(phi_p1 + cos(A_p1) / re.M(phi_p1) * s)
|
|
||||||
lambda_p2.append(lambda_p1 + sin(A_p1) / (re.N(phi_p1) * cos(phi_p1)) * s)
|
|
||||||
A_p2.append(A_p1 + sin(A_p1) * tan(phi_p1) / re.N(phi_p1) * s)
|
|
||||||
|
|
||||||
while True:
|
|
||||||
# Berechnug P0 durch Mittelbildung
|
|
||||||
phi_p0.append(phi_p0_i(phi_p2[-1]))
|
|
||||||
A_p0.append(A_p1_i(A_p2[-1]))
|
|
||||||
# Berechnung P2
|
|
||||||
phi_p2.append(phi_p2_i(A_p0[-1], phi_p0[-1]))
|
|
||||||
lambda_p2.append(lambda_p2_i(A_p0[-1], phi_p0[-1]))
|
|
||||||
A_p2.append(A_p2_i(A_p0[-1], phi_p0[-1]))
|
|
||||||
|
|
||||||
# Abbruchkriterium
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|
||||||
if abs(phi_p2[-2] - phi_p2[-1]) < eps and \
|
|
||||||
abs(lambda_p2[-2] - lambda_p2[-1]) < eps and \
|
|
||||||
abs(A_p2[-2] - A_p2[-1]) < eps:
|
|
||||||
break
|
|
||||||
|
|
||||||
nks = 5
|
|
||||||
for i in range(len(phi_p2)):
|
|
||||||
print(f"P2[{i}]: {aus.gms('phi', phi_p2[i], nks)}\t{aus.gms('lambda', lambda_p2[i], nks)}\t{aus.gms('A', A_p2[i], nks)}")
|
|
||||||
if i != len(phi_p2)-1:
|
|
||||||
print(f"P0[{i}]: {aus.gms('phi', phi_p0[i], nks)}\t\t\t\t\t\t\t\t{aus.gms('A', A_p0[i], nks)}")
|
|
||||||
return phi_p2, lambda_p2, A_p2
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def gha2(re, phi_p1, lambda_p1, phi_p2, lambda_p2):
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
Berechnung der 2. Geodätische Hauptaufgabe nach Gauß´schen Mittelbreitenformeln
|
|
||||||
:param re: Klasse Ellipsoid
|
|
||||||
:param phi_p1: Breite Punkt 1
|
|
||||||
:param lambda_p1: Länge Punkt 1
|
|
||||||
:param phi_p2: Breite Punkt 2
|
|
||||||
:param lambda_p2: Länge Punkt 2
|
|
||||||
:return: Länge der geodätischen Linie, Azimut von P1 nach P2, Azimut von P2 nach P1
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
|
|
||||||
t = lambda phi: tan(phi)
|
|
||||||
eta = lambda phi: sqrt(re.e_ ** 2 * cos(phi) ** 2)
|
|
||||||
|
|
||||||
phi_0 = (phi_p1 + phi_p2) / 2
|
|
||||||
d_phi = phi_p2 - phi_p1
|
|
||||||
d_lambda = lambda_p2 - lambda_p1
|
|
||||||
|
|
||||||
f_A = lambda phi: (2 + 3*t(phi)**2 + 2*eta(phi)**2) / 24
|
|
||||||
f_B = lambda phi: ((t(phi)**2 - 1) * eta(phi)**2) / 8
|
|
||||||
# f_C = lambda phi: (t(phi)**2) / 24
|
|
||||||
f_D = lambda phi: (1 + eta(phi)**2 - 9 * eta(phi)**2 * t(phi)**2) / 24
|
|
||||||
|
|
||||||
F1 = lambda phi: d_phi * re.M(phi) * (1 - f_A(phi) * d_lambda ** 2 * cos(phi) ** 2 -
|
|
||||||
f_B(phi) * d_phi ** 2 / re.V(phi) ** 4)
|
|
||||||
F2 = lambda phi: d_lambda * re.N(phi) * cos(phi) * (1 - 1 / 24 * d_lambda ** 2 * sin(phi) ** 2 +
|
|
||||||
f_D(phi) * d_phi ** 2 / re.V(phi) ** 4)
|
|
||||||
|
|
||||||
s = sqrt(F1(phi_0) ** 2 + F2(phi_0) ** 2)
|
|
||||||
A_0 = arctan(F2(phi_0) / F1(phi_0))
|
|
||||||
d_A = d_lambda * sin(phi_0) * (1 + (1 + eta(phi_0) ** 2) / 12 * s ** 2 * sin(A_0) ** 2 / re.N(phi_0) ** 2 +
|
|
||||||
(3 + 8 * eta(phi_0) ** 2) / 24 * s ** 2 * cos(A_0) ** 2 / re.N(phi_0) ** 2)
|
|
||||||
|
|
||||||
A_p1 = A_0 - d_A / 2
|
|
||||||
A_p2 = A_0 + d_A / 2
|
|
||||||
A_p2_p1 = A_p2 + pi
|
|
||||||
|
|
||||||
return s, A_p1, A_p2_p1
|
|
||||||
17
GHA/rk.py
17
GHA/rk.py
@@ -1,17 +0,0 @@
|
|||||||
import Numerische_Integration.num_int_runge_kutta as rk
|
|
||||||
from numpy import sin, cos, tan
|
|
||||||
import winkelumrechnungen as wu
|
|
||||||
from ellipsoide import EllipsoidBiaxial
|
|
||||||
|
|
||||||
def gha1(re: EllipsoidBiaxial, x0, y0, z0, A0, s, num):
|
|
||||||
phi0, lamb0, h0 = re.cart2ell(0.001, wu.gms2rad([0, 0, 0.001]), x0, y0, z0)
|
|
||||||
|
|
||||||
f_phi = lambda s, phi, lam, A: cos(A) * re.V(phi) ** 3 / re.c
|
|
||||||
f_lam = lambda s, phi, lam, A: sin(A) * re.V(phi) / (cos(phi) * re.c)
|
|
||||||
f_A = lambda s, phi, lam, A: tan(phi) * sin(A) * re.V(phi) / re.c
|
|
||||||
|
|
||||||
funktionswerte = rk.verfahren([f_phi, f_lam, f_A],
|
|
||||||
[0, phi0, lamb0, A0],
|
|
||||||
s, num)
|
|
||||||
coords = re.ell2cart(funktionswerte[-1][1], funktionswerte[-1][2], h0)
|
|
||||||
return coords
|
|
||||||
@@ -1,108 +0,0 @@
|
|||||||
import numpy as np
|
|
||||||
from numpy import sin, cos, arcsin, arccos, arctan2
|
|
||||||
from ellipsoide import EllipsoidTriaxial
|
|
||||||
import matplotlib.pyplot as plt
|
|
||||||
|
|
||||||
dbeta_dc = lambda ell, beta, lamb, alpha: -2 * ell.Ey**2 * sin(alpha)**2 * cos(beta) * sin(beta)
|
|
||||||
dlamb_dc = lambda ell, beta, lamb, alpha: -2 * ell.Ee**2 * cos(alpha)**2 * sin(lamb) * cos(lamb)
|
|
||||||
dalpha_dc = lambda ell, beta, lamb, alpha: (2 * sin(alpha) * cos(alpha) *
|
|
||||||
(ell.Ey**2 * cos(beta)**2 + ell.Ee**2 * sin(lamb)**2))
|
|
||||||
|
|
||||||
lamb2_sphere = lambda r, phi1, lamb1, a12, s: lamb1 + arctan2(sin(s/r) * sin(a12),
|
|
||||||
cos(phi1) * cos(s/r) - sin(s/r) * cos(a12))
|
|
||||||
phi2_sphere = lambda r, phi1, lamb1, a12, s: arcsin(sin(phi1) * cos(s/r) + cos(phi1) * sin(s/r) * cos(a12))
|
|
||||||
|
|
||||||
a12_sphere = lambda phi1, lamb1, phi2, lamb2: arctan2(cos(phi2) * sin(lamb2 - lamb1),
|
|
||||||
cos(phi1) * cos(phi2) -
|
|
||||||
sin(phi1) * cos(phi2) * cos(lamb2 - lamb1))
|
|
||||||
s_sphere = lambda r, phi1, lamb1, phi2, lamb2: r * arccos(sin(phi1) * sin(phi2) +
|
|
||||||
cos(phi1) * cos(phi2) * cos(lamb2 - lamb1))
|
|
||||||
|
|
||||||
louville = lambda beta, lamb, alpha: (ell.Ey**2 * cos(beta)**2 * sin(alpha)**2 -
|
|
||||||
ell.Ee**2 * sin(lamb)**2 * cos(alpha)**2)
|
|
||||||
|
|
||||||
def points_approx_gha2(r: float, phi1: np.ndarray, lamb1: np.ndarray, phi2: np.ndarray, lamb2: np.ndarray, num: int = None, step_size: float = 10000):
|
|
||||||
s_approx = s_sphere(r, phi1, lamb1, phi2, lamb2)
|
|
||||||
if num is not None:
|
|
||||||
step_size = s_approx / (num+1)
|
|
||||||
a_approx = a12_sphere(phi1, lamb1, phi2, lamb2)
|
|
||||||
|
|
||||||
points = [np.array([phi1, lamb1, a_approx])]
|
|
||||||
current_s = step_size
|
|
||||||
while current_s < s_approx:
|
|
||||||
phi_n = phi2_sphere(r, phi1, lamb1, a_approx, current_s)
|
|
||||||
lamb_n = lamb2_sphere(r, phi1, lamb1, a_approx, current_s)
|
|
||||||
points.append(np.array([phi_n, lamb_n, a_approx]))
|
|
||||||
current_s += step_size
|
|
||||||
points.append(np.array([phi2, lamb2, a_approx]))
|
|
||||||
return points
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def num_update(ell: EllipsoidTriaxial, points, diffs):
|
|
||||||
for i, (beta, lamb, alpha) in enumerate(points):
|
|
||||||
dalpha = dalpha_dc(ell, beta, lamb, alpha)
|
|
||||||
if i == 0 or i == len(points) - 1:
|
|
||||||
grad = np.array([0, 0, dalpha])
|
|
||||||
else:
|
|
||||||
dbeta = dbeta_dc(ell, beta, lamb, alpha)
|
|
||||||
dlamb = dlamb_dc(ell, beta, lamb, alpha)
|
|
||||||
grad = np.array([dbeta, dlamb, dalpha])
|
|
||||||
|
|
||||||
delta = -diffs[i] * grad / np.dot(grad, grad)
|
|
||||||
points[i] += delta
|
|
||||||
return points
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def gha2(ell: EllipsoidTriaxial, p1: np.ndarray, p2: np.ndarray, maxI: int):
|
|
||||||
beta1, lamb1 = ell.cart2ell(p1)
|
|
||||||
beta2, lamb2 = ell.cart2ell(p2)
|
|
||||||
points = points_approx_gha2(ell.ax, beta1, lamb1, beta2, lamb2, 5)
|
|
||||||
|
|
||||||
for j in range(maxI):
|
|
||||||
constants = [louville(point[0], point[1], point[2]) for point in points]
|
|
||||||
mean_constant = np.mean(constants)
|
|
||||||
diffs = constants - mean_constant
|
|
||||||
if np.mean(np.abs(diffs)) > 10:
|
|
||||||
points = num_update(ell, points, diffs)
|
|
||||||
else:
|
|
||||||
break
|
|
||||||
for k in range(maxI):
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
last_diff_alpha = points[-2][-1] - points[-3][-1]
|
|
||||||
alpha_extrap = points[-2][-1] + last_diff_alpha
|
|
||||||
if abs(alpha_extrap - points[-1][-1]) > 0.0005:
|
|
||||||
pass
|
|
||||||
else:
|
|
||||||
break
|
|
||||||
pass
|
|
||||||
pass
|
|
||||||
return points
|
|
||||||
|
|
||||||
def show_points(ell: EllipsoidTriaxial, points):
|
|
||||||
points_cart = []
|
|
||||||
for point in points:
|
|
||||||
points_cart.append(ell.ell2cart(point[0], point[1]))
|
|
||||||
points_cart = np.array(points_cart)
|
|
||||||
|
|
||||||
fig = plt.figure()
|
|
||||||
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
|
|
||||||
|
|
||||||
ax.plot(points_cart[:, 0], points_cart[:, 1], points_cart[:, 2])
|
|
||||||
ax.scatter(points_cart[:, 0], points_cart[:, 1], points_cart[:, 2])
|
|
||||||
|
|
||||||
ax.set_xlabel('X')
|
|
||||||
ax.set_ylabel('Y')
|
|
||||||
ax.set_zlabel('Z')
|
|
||||||
|
|
||||||
plt.show()
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
if __name__ == "__main__":
|
|
||||||
ell = EllipsoidTriaxial.init_name("Eitschberger1978")
|
|
||||||
p1 = np.array([4189000, 812000, 4735000])
|
|
||||||
p2 = np.array([4090000, 868000, 4808000])
|
|
||||||
p1, phi1, lamb1, h1 = ell.cartonell(p1)
|
|
||||||
p2, phi2, lamb2, h2 = ell.cartonell(p2)
|
|
||||||
points = gha2(ell, p1, p2, 10)
|
|
||||||
show_points(ell, points)
|
|
||||||
145
GHA_triaxial/gha1_ana.py
Normal file
145
GHA_triaxial/gha1_ana.py
Normal file
@@ -0,0 +1,145 @@
|
|||||||
|
import math
|
||||||
|
from math import comb
|
||||||
|
from typing import Tuple
|
||||||
|
|
||||||
|
import numpy as np
|
||||||
|
from numpy import arctan2, cos, sin
|
||||||
|
from numpy.typing import NDArray
|
||||||
|
|
||||||
|
import winkelumrechnungen as wu
|
||||||
|
from GHA_triaxial.utils import pq_para
|
||||||
|
from ellipsoid_triaxial import EllipsoidTriaxial
|
||||||
|
from utils_angle import wrap_0_2pi
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def gha1_ana_step(ell: EllipsoidTriaxial, point: NDArray, alpha0: float, s: float, maxM: int) -> Tuple[NDArray, float]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Panou, Korakitits 2020, 5ff.
|
||||||
|
:param ell: Ellipsoid
|
||||||
|
:param point: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
:param alpha0: Azimut im Startpunkt
|
||||||
|
:param s: Strecke
|
||||||
|
:param maxM: maximale Ordnung
|
||||||
|
:return: Zwischenpunkt, Azimut im Zwischenpunkt
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
x, y, z = point
|
||||||
|
|
||||||
|
# S. 6
|
||||||
|
x_m = [x]
|
||||||
|
y_m = [y]
|
||||||
|
z_m = [z]
|
||||||
|
|
||||||
|
p, q = pq_para(ell, point)
|
||||||
|
|
||||||
|
# 48-50
|
||||||
|
x_m.append(p[0] * sin(alpha0) + q[0] * cos(alpha0))
|
||||||
|
y_m.append(p[1] * sin(alpha0) + q[1] * cos(alpha0))
|
||||||
|
z_m.append(p[2] * sin(alpha0) + q[2] * cos(alpha0))
|
||||||
|
|
||||||
|
# 34
|
||||||
|
H_ = lambda p: np.sum([comb(p, p - i) * (x_m[p - i] * x_m[i] +
|
||||||
|
1 / (1 - ell.ee ** 2) ** 2 * y_m[p - i] * y_m[i] +
|
||||||
|
1 / (1 - ell.ex ** 2) ** 2 * z_m[p - i] * z_m[i])
|
||||||
|
for i in range(0, p + 1)])
|
||||||
|
|
||||||
|
# 35
|
||||||
|
h_ = lambda q: np.sum([comb(q, q-j) * (x_m[q-j+1] * x_m[j+1] +
|
||||||
|
1 / (1 - ell.ee ** 2) * y_m[q-j+1] * y_m[j+1] +
|
||||||
|
1 / (1 - ell.ex ** 2) * z_m[q-j+1] * z_m[j+1])
|
||||||
|
for j in range(0, q+1)])
|
||||||
|
|
||||||
|
# 31
|
||||||
|
hH_ = lambda t: 1/H_(0) * (h_(t) - np.sum([comb(t, l-1) * H_(t+1-l) * hH_t[l-1] for l in range(1, t+1)]))
|
||||||
|
|
||||||
|
# 28-30
|
||||||
|
x_ = lambda m: - np.sum([comb(m-2, k) * hH_t[m-2-k] * x_m[k] for k in range(0, m-2+1)])
|
||||||
|
y_ = lambda m: -1 / (1-ell.ee**2) * np.sum([comb(m-2, k) * hH_t[m-2-k] * y_m[k] for k in range(0, m-2+1)])
|
||||||
|
z_ = lambda m: -1 / (1-ell.ex**2) * np.sum([comb(m-2, k) * hH_t[m-2-k] * z_m[k] for k in range(0, m-2+1)])
|
||||||
|
|
||||||
|
hH_t = []
|
||||||
|
a_m = []
|
||||||
|
b_m = []
|
||||||
|
c_m = []
|
||||||
|
for m in range(0, maxM+1):
|
||||||
|
if m >= 2:
|
||||||
|
hH_t.append(hH_(m-2))
|
||||||
|
x_m.append(x_(m))
|
||||||
|
y_m.append(y_(m))
|
||||||
|
z_m.append(z_(m))
|
||||||
|
fact_m = math.factorial(m)
|
||||||
|
|
||||||
|
# 22-24
|
||||||
|
a_m.append(x_m[m] / fact_m)
|
||||||
|
b_m.append(y_m[m] / fact_m)
|
||||||
|
c_m.append(z_m[m] / fact_m)
|
||||||
|
|
||||||
|
# 19-21
|
||||||
|
x_s = 0
|
||||||
|
for a in reversed(a_m):
|
||||||
|
x_s = x_s * s + a
|
||||||
|
y_s = 0
|
||||||
|
for b in reversed(b_m):
|
||||||
|
y_s = y_s * s + b
|
||||||
|
z_s = 0
|
||||||
|
for c in reversed(c_m):
|
||||||
|
z_s = z_s * s + c
|
||||||
|
|
||||||
|
p1 = np.array([x_s, y_s, z_s])
|
||||||
|
p_s, q_s = pq_para(ell, p1)
|
||||||
|
|
||||||
|
# 57-59
|
||||||
|
dx_s = 0
|
||||||
|
for i, a in reversed(list(enumerate(a_m[1:], start=1))):
|
||||||
|
dx_s = dx_s * s + i * a
|
||||||
|
|
||||||
|
dy_s = 0
|
||||||
|
for i, b in reversed(list(enumerate(b_m[1:], start=1))):
|
||||||
|
dy_s = dy_s * s + i * b
|
||||||
|
|
||||||
|
dz_s = 0
|
||||||
|
for i, c in reversed(list(enumerate(c_m[1:], start=1))):
|
||||||
|
dz_s = dz_s * s + i * c
|
||||||
|
|
||||||
|
# 52-53
|
||||||
|
sigma = np.array([dx_s, dy_s, dz_s])
|
||||||
|
P = float(p_s @ sigma)
|
||||||
|
Q = float(q_s @ sigma)
|
||||||
|
|
||||||
|
# 51
|
||||||
|
alpha1 = arctan2(P, Q)
|
||||||
|
|
||||||
|
if alpha1 < 0:
|
||||||
|
alpha1 += 2 * np.pi
|
||||||
|
|
||||||
|
return p1, wrap_0_2pi(alpha1)
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def gha1_ana(ell: EllipsoidTriaxial, point: NDArray, alpha0: float, s: float, maxM: int, maxPartCircum: int = 4) -> Tuple[NDArray, float]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
:param ell: Ellipsoid
|
||||||
|
:param point: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
:param alpha0: Azimut im Startpunkt
|
||||||
|
:param s: Strecke
|
||||||
|
:param maxM: maximale Ordnung
|
||||||
|
:param maxPartCircum: maximale Aufteilung (1/x halber Ellipsoidumfang)
|
||||||
|
:return: Zielpunkt, Azimut im Zielpunkt
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
if s > np.pi / maxPartCircum * ell.ax:
|
||||||
|
s /= 2
|
||||||
|
point_step, alpha_step = gha1_ana(ell, point, alpha0, s, maxM, maxPartCircum)
|
||||||
|
point_end, alpha_end = gha1_ana(ell, point_step, alpha_step, s, maxM, maxPartCircum)
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
point_end, alpha_end = gha1_ana_step(ell, point, alpha0, s, maxM)
|
||||||
|
|
||||||
|
_, _, h = ell.cart2geod(point_end, "ligas3")
|
||||||
|
if h > 1e-5:
|
||||||
|
raise Exception("GHA1_ana: explodiert, Punkt liegt nicht mehr auf dem Ellipsoid")
|
||||||
|
|
||||||
|
return point_end, wrap_0_2pi(alpha_end)
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
if __name__ == "__main__":
|
||||||
|
ell = EllipsoidTriaxial.init_name("BursaSima1980round")
|
||||||
|
p0 = ell.ell2cart(wu.deg2rad(10), wu.deg2rad(20))
|
||||||
|
p1, alpha1 = gha1_ana(ell, p0, wu.deg2rad(36), 200000, 70)
|
||||||
|
print(p1, wu.rad2gms(alpha1))
|
||||||
108
GHA_triaxial/gha1_approx.py
Normal file
108
GHA_triaxial/gha1_approx.py
Normal file
@@ -0,0 +1,108 @@
|
|||||||
|
from typing import Tuple
|
||||||
|
|
||||||
|
import numpy as np
|
||||||
|
import plotly.graph_objects as go
|
||||||
|
from numpy import cos, sin
|
||||||
|
from numpy.typing import NDArray
|
||||||
|
|
||||||
|
import winkelumrechnungen as wu
|
||||||
|
from GHA_triaxial.utils import louville_constant, pq_ell
|
||||||
|
from ellipsoid_triaxial import EllipsoidTriaxial
|
||||||
|
from utils_angle import wrap_0_2pi
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def gha1_approx(ell: EllipsoidTriaxial, p0: np.ndarray, alpha0: float, s: float, ds: float, all_points: bool = False) \
|
||||||
|
-> Tuple[NDArray, float] | Tuple[NDArray, float, NDArray, NDArray]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Berechung einer Näherungslösung der ersten Hauptaufgabe
|
||||||
|
:param ell: Ellipsoid
|
||||||
|
:param p0: Anfangspunkt
|
||||||
|
:param alpha0: Azimut im Anfangspunkt
|
||||||
|
:param s: Strecke bis zum Endpunkt
|
||||||
|
:param ds: Länge einzelner Streckenelemente
|
||||||
|
:param all_points: Ausgabe aller Punkte als Array?
|
||||||
|
:return: Endpunkt, Azimut im Endpunkt, optional alle Punkte
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
l0 = louville_constant(ell, p0, alpha0)
|
||||||
|
points = [p0]
|
||||||
|
alphas = [alpha0]
|
||||||
|
s_curr = 0.0
|
||||||
|
last_sigma = None
|
||||||
|
last_p = None
|
||||||
|
|
||||||
|
while s_curr < s:
|
||||||
|
ds_step = min(ds, s - s_curr)
|
||||||
|
if ds_step < 1e-8:
|
||||||
|
break
|
||||||
|
|
||||||
|
p1 = points[-1]
|
||||||
|
alpha1 = alphas[-1]
|
||||||
|
|
||||||
|
p, q = pq_ell(ell, p1)
|
||||||
|
if last_p is not None and np.dot(p, last_p) < 0:
|
||||||
|
p = -p
|
||||||
|
q = -q
|
||||||
|
last_p = p
|
||||||
|
sigma = p * sin(alpha1) + q * cos(alpha1)
|
||||||
|
if last_sigma is not None and np.dot(sigma, last_sigma) < 0:
|
||||||
|
sigma = -sigma
|
||||||
|
alpha1 += np.pi
|
||||||
|
alpha1 = wrap_0_2pi(alpha1)
|
||||||
|
p2 = p1 + ds_step * sigma
|
||||||
|
p2 = ell.point_onto_ellipsoid(p2)
|
||||||
|
|
||||||
|
dalpha = 1e-9
|
||||||
|
l2 = louville_constant(ell, p2, alpha1)
|
||||||
|
dl_dalpha = (louville_constant(ell, p2, alpha1+dalpha) - l2) / dalpha
|
||||||
|
if abs(dl_dalpha) < 1e-20:
|
||||||
|
alpha2 = alpha1 + 0
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
alpha2 = alpha1 + (l0 - l2) / dl_dalpha
|
||||||
|
points.append(p2)
|
||||||
|
alphas.append(wrap_0_2pi(alpha2))
|
||||||
|
|
||||||
|
ds_step = np.linalg.norm(p2 - p1)
|
||||||
|
s_curr += ds_step
|
||||||
|
last_sigma = sigma
|
||||||
|
pass
|
||||||
|
|
||||||
|
if all_points:
|
||||||
|
return points[-1], alphas[-1], np.array(points), np.array(alphas)
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
return points[-1], alphas[-1]
|
||||||
|
|
||||||
|
def show_points(points: NDArray, p0: NDArray, p1: NDArray):
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Anzeigen der Punkte
|
||||||
|
:param points: Array aller approximierten Punkte
|
||||||
|
:param p0: Startpunkt
|
||||||
|
:param p1: wahrer Endpunkt
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
fig = go.Figure()
|
||||||
|
|
||||||
|
fig.add_scatter3d(x=points[:, 0], y=points[:, 1], z=points[:, 2],
|
||||||
|
mode='lines', line=dict(color="red", width=3), name="Approx")
|
||||||
|
fig.add_scatter3d(x=[p0[0]], y=[p0[1]], z=[p0[2]],
|
||||||
|
mode='markers', marker=dict(color="green"), name="P0")
|
||||||
|
fig.add_scatter3d(x=[p1[0]], y=[p1[1]], z=[p1[2]],
|
||||||
|
mode='markers', marker=dict(color="green"), name="P1")
|
||||||
|
|
||||||
|
fig.update_layout(
|
||||||
|
scene=dict(xaxis_title='X [km]',
|
||||||
|
yaxis_title='Y [km]',
|
||||||
|
zaxis_title='Z [km]',
|
||||||
|
aspectmode='data'),
|
||||||
|
title="CHAMP")
|
||||||
|
|
||||||
|
fig.show()
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
if __name__ == '__main__':
|
||||||
|
ell = EllipsoidTriaxial.init_name("KarneyTest2024")
|
||||||
|
P0 = ell.ell2cart(wu.deg2rad(15), wu.deg2rad(15))
|
||||||
|
alpha0 = wu.deg2rad(270)
|
||||||
|
s = 1
|
||||||
|
P1_app, alpha1_app, points, alphas = gha1_approx(ell, P0, alpha0, s, ds=0.1, all_points=True)
|
||||||
|
# P1_ana, alpha1_ana = gha1_ana(ell, P0, alpha0, s, maxM=40, maxPartCircum=32)
|
||||||
|
# print(np.linalg.norm(P1_app - P1_ana))
|
||||||
|
# show_points(points, P0, P0)
|
||||||
133
GHA_triaxial/gha1_num.py
Normal file
133
GHA_triaxial/gha1_num.py
Normal file
@@ -0,0 +1,133 @@
|
|||||||
|
from typing import Callable, List, Tuple
|
||||||
|
|
||||||
|
import numpy as np
|
||||||
|
from numpy import arctan2, cos, sin
|
||||||
|
from numpy.typing import NDArray
|
||||||
|
|
||||||
|
import GHA_triaxial.numeric_examples_karney as ne_karney
|
||||||
|
import runge_kutta as rk
|
||||||
|
import winkelumrechnungen as wu
|
||||||
|
from GHA_triaxial.gha1_ana import gha1_ana
|
||||||
|
from GHA_triaxial.utils import alpha_ell2para, pq_ell
|
||||||
|
from ellipsoid_triaxial import EllipsoidTriaxial
|
||||||
|
from utils_angle import wrap_0_2pi
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def buildODE(ell: EllipsoidTriaxial) -> Callable:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Aufbau des DGL-Systems
|
||||||
|
:param ell: Ellipsoid
|
||||||
|
:return: DGL-System
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
|
||||||
|
def ODE(s: float, v: NDArray) -> NDArray:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
DGL-System
|
||||||
|
:param s: unabhängige Variable
|
||||||
|
:param v: abhängige Variablen
|
||||||
|
:return: Ableitungen der abhängigen Variablen
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
x, dxds, y, dyds, z, dzds = v
|
||||||
|
|
||||||
|
H = ell.func_H(np.array([x, y, z]))
|
||||||
|
h = dxds ** 2 + 1 / (1 - ell.ee ** 2) * dyds ** 2 + 1 / (1 - ell.ex ** 2) * dzds ** 2
|
||||||
|
|
||||||
|
ddx = -(h / H) * x
|
||||||
|
ddy = -(h / H) * y / (1 - ell.ee ** 2)
|
||||||
|
ddz = -(h / H) * z / (1 - ell.ex ** 2)
|
||||||
|
|
||||||
|
return np.array([dxds, ddx, dyds, ddy, dzds, ddz])
|
||||||
|
|
||||||
|
return ODE
|
||||||
|
|
||||||
|
def gha1_num(ell: EllipsoidTriaxial, point: NDArray, alpha0: float, s: float, num: int, all_points: bool = False) -> Tuple[NDArray, float] | Tuple[NDArray, float, List]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Panou, Korakitits 2019
|
||||||
|
:param ell: Ellipsoid
|
||||||
|
:param point: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
:param alpha0: Azimut im Startpunkt
|
||||||
|
:param s: Strecke
|
||||||
|
:param num: Anzahl Zwischenpunkte
|
||||||
|
:param all_points: Ausgabe aller Punkte?
|
||||||
|
:return: Zielpunkt, Azimut im Zielpunkt (, alle Punkte)
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
phi, lam, _ = ell.cart2geod(point, "ligas3")
|
||||||
|
p0 = ell.geod2cart(phi, lam, 0)
|
||||||
|
x0, y0, z0 = p0
|
||||||
|
|
||||||
|
p, q = pq_ell(ell, p0)
|
||||||
|
dxds0 = p[0] * sin(alpha0) + q[0] * cos(alpha0)
|
||||||
|
dyds0 = p[1] * sin(alpha0) + q[1] * cos(alpha0)
|
||||||
|
dzds0 = p[2] * sin(alpha0) + q[2] * cos(alpha0)
|
||||||
|
|
||||||
|
v_init = np.array([x0, dxds0, y0, dyds0, z0, dzds0])
|
||||||
|
|
||||||
|
ode = buildODE(ell)
|
||||||
|
|
||||||
|
_, werte = rk.rk4(ode, 0, v_init, s, num)
|
||||||
|
x1, dx1ds, y1, dy1ds, z1, dz1ds = werte[-1]
|
||||||
|
|
||||||
|
point1 = np.array([x1, y1, z1])
|
||||||
|
|
||||||
|
p1, q1 = pq_ell(ell, point1)
|
||||||
|
sigma = np.array([dx1ds, dy1ds, dz1ds])
|
||||||
|
P = float(p1 @ sigma)
|
||||||
|
Q = float(q1 @ sigma)
|
||||||
|
|
||||||
|
alpha1 = arctan2(P, Q)
|
||||||
|
|
||||||
|
alpha1 = wrap_0_2pi(alpha1)
|
||||||
|
|
||||||
|
_, _, h = ell.cart2geod(point1, "ligas3")
|
||||||
|
if h > 1e-5:
|
||||||
|
raise Exception("GHA1_num: explodiert, Punkt liegt nicht mehr auf dem Ellipsoid")
|
||||||
|
|
||||||
|
if all_points:
|
||||||
|
return point1, alpha1, werte
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
return point1, alpha1
|
||||||
|
|
||||||
|
if __name__ == "__main__":
|
||||||
|
|
||||||
|
# ell = ellipsoide.EllipsoidTriaxial.init_name("BursaSima1980round")
|
||||||
|
# diffs_panou = []
|
||||||
|
# examples_panou = ne_panou.get_random_examples(5)
|
||||||
|
# for example in examples_panou:
|
||||||
|
# beta0, lamb0, beta1, lamb1, _, alpha0_ell, alpha1_ell, s = example
|
||||||
|
# P0 = ell.ell2cart(beta0, lamb0)
|
||||||
|
#
|
||||||
|
# P1_num, alpha1_num = gha1_num(ell, P0, alpha0_ell, s, 100)
|
||||||
|
# beta1_num, lamb1_num = ell.cart2ell(P1_num)
|
||||||
|
#
|
||||||
|
# _, _, alpha0_para = alpha_ell2para(ell, beta0, lamb0, alpha0_ell)
|
||||||
|
# P1_ana, alpha1_ana = gha1_ana(ell, P0, alpha0_para, s, 60)
|
||||||
|
# beta1_ana, lamb1_ana = ell.cart2ell(P1_ana)
|
||||||
|
# diffs_panou.append((abs(beta1-beta1_num), abs(lamb1-lamb1_num), abs(beta1-beta1_ana), abs(lamb1-lamb1_ana)))
|
||||||
|
# diffs_panou = np.array(diffs_panou)
|
||||||
|
# mask_360 = (diffs_panou > 359) & (diffs_panou < 361)
|
||||||
|
# diffs_panou[mask_360] = np.abs(diffs_panou[mask_360] - 360)
|
||||||
|
# print(diffs_panou)
|
||||||
|
|
||||||
|
ell: EllipsoidTriaxial = EllipsoidTriaxial.init_name("KarneyTest2024")
|
||||||
|
diffs_karney = []
|
||||||
|
# examples_karney = ne_karney.get_examples((30499, 30500, 40500))
|
||||||
|
examples_karney = ne_karney.get_random_examples(20)
|
||||||
|
for example in examples_karney:
|
||||||
|
beta0, lamb0, alpha0_ell, beta1, lamb1, alpha1_ell, s = example
|
||||||
|
P0 = ell.ell2cart(beta0, lamb0)
|
||||||
|
|
||||||
|
P1_num, alpha1_num = gha1_num(ell, P0, alpha0_ell, s, 10000)
|
||||||
|
beta1_num, lamb1_num = ell.cart2ell(P1_num)
|
||||||
|
|
||||||
|
try:
|
||||||
|
_, _, alpha0_para = alpha_ell2para(ell, beta0, lamb0, alpha0_ell)
|
||||||
|
P1_ana, alpha1_ana = gha1_ana(ell, P0, alpha0_para, s, 45, maxPartCircum=32)
|
||||||
|
beta1_ana, lamb1_ana = ell.cart2ell(P1_ana)
|
||||||
|
except:
|
||||||
|
beta1_ana, lamb1_ana = np.inf, np.inf
|
||||||
|
|
||||||
|
diffs_karney.append((wu.rad2deg(abs(beta1-beta1_num)), wu.rad2deg(abs(lamb1-lamb1_num)), wu.rad2deg(abs(beta1-beta1_ana)), wu.rad2deg(abs(lamb1-lamb1_ana))))
|
||||||
|
diffs_karney = np.array(diffs_karney)
|
||||||
|
mask_360 = (diffs_karney > 359) & (diffs_karney < 361)
|
||||||
|
diffs_karney[mask_360] = np.abs(diffs_karney[mask_360] - 360)
|
||||||
|
print(diffs_karney)
|
||||||
105
GHA_triaxial/gha2_approx.py
Normal file
105
GHA_triaxial/gha2_approx.py
Normal file
@@ -0,0 +1,105 @@
|
|||||||
|
from typing import Tuple
|
||||||
|
|
||||||
|
import numpy as np
|
||||||
|
import plotly.graph_objects as go
|
||||||
|
from numpy.typing import NDArray
|
||||||
|
|
||||||
|
import winkelumrechnungen as wu
|
||||||
|
from GHA_triaxial.gha2_num import gha2_num
|
||||||
|
from GHA_triaxial.utils import sigma2alpha
|
||||||
|
from ellipsoid_triaxial import EllipsoidTriaxial
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def gha2_approx(ell: EllipsoidTriaxial, p0: NDArray, p1: NDArray, ds: float, all_points: bool = False) -> Tuple[float, float, float] | Tuple[float, float, float, NDArray]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Numerische Approximation für die zweite Hauptaufgabe
|
||||||
|
:param ell: Ellipsoid
|
||||||
|
:param p0: Startpunkt
|
||||||
|
:param p1: Endpunkt
|
||||||
|
:param ds: maximales Streckenelement
|
||||||
|
:param all_points: Alle Punkte ausgeben?
|
||||||
|
:return:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
points = np.array([p0, p1])
|
||||||
|
while True:
|
||||||
|
new_points = []
|
||||||
|
|
||||||
|
for i in range(len(points)-1):
|
||||||
|
new_points.append(points[i])
|
||||||
|
|
||||||
|
pi = points[i] + 1/2 * (points[i+1] - points[i])
|
||||||
|
pi = ell.point_onto_ellipsoid(pi)
|
||||||
|
|
||||||
|
new_points.append(pi)
|
||||||
|
|
||||||
|
new_points.append(points[-1])
|
||||||
|
points = np.array(new_points)
|
||||||
|
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||||||
|
elements = np.array([np.linalg.norm(points[i] - points[i+1]) for i in range(len(points)-1)])
|
||||||
|
|
||||||
|
if np.average(elements) < ds:
|
||||||
|
break
|
||||||
|
|
||||||
|
p0i = ell.point_onto_ellipsoid(p0 + ds / 100 * (points[1] - p0) / np.linalg.norm(points[1] - p0))
|
||||||
|
sigma0 = (p0i - p0) / np.linalg.norm(p0i - p0)
|
||||||
|
alpha0 = sigma2alpha(ell, sigma0, p0)
|
||||||
|
|
||||||
|
p1i = ell.point_onto_ellipsoid(p1 - ds / 100 * (p1 - points[-2]) / np.linalg.norm(p1 - points[-2]))
|
||||||
|
sigma1 = (p1 - p1i) / np.linalg.norm(p1 - p1i)
|
||||||
|
alpha1 = sigma2alpha(ell, sigma1, p1)
|
||||||
|
|
||||||
|
s = np.sum(np.array([np.linalg.norm(points[i] - points[i+1]) for i in range(len(points)-1)]))
|
||||||
|
|
||||||
|
if all_points:
|
||||||
|
return alpha0, alpha1, s, np.array(points)
|
||||||
|
else:
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||||||
|
return alpha0, alpha1, s
|
||||||
|
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||||||
|
def show_points(points: NDArray, points_app: NDArray, p0: NDArray, p1: NDArray):
|
||||||
|
"""
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|
Anzeigen der Punkte
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|
:param points: wahre Punkte der Linie
|
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|
:param points_app: approximierte Punkte der Linie
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|
:param p0: wahrer Startpunkt
|
||||||
|
:param p1: wahrer Endpunkt
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
fig = go.Figure()
|
||||||
|
|
||||||
|
fig.add_scatter3d(x=points[:, 0], y=points[:, 1], z=points[:, 2],
|
||||||
|
mode='lines', line=dict(color="green", width=3), name="Analytisch")
|
||||||
|
fig.add_scatter3d(x=points_app[:, 0], y=points_app[:, 1], z=points_app[:, 2],
|
||||||
|
mode='lines', line=dict(color="red", width=3), name="Approximiert")
|
||||||
|
fig.add_scatter3d(x=[p0[0]], y=[p0[1]], z=[p0[2]],
|
||||||
|
mode='markers', marker=dict(color="black"), name="P0")
|
||||||
|
fig.add_scatter3d(x=[p1[0]], y=[p1[1]], z=[p1[2]],
|
||||||
|
mode='markers', marker=dict(color="black"), name="P1")
|
||||||
|
|
||||||
|
fig.update_layout(
|
||||||
|
scene=dict(xaxis_title='X [km]',
|
||||||
|
yaxis_title='Y [km]',
|
||||||
|
zaxis_title='Z [km]',
|
||||||
|
aspectmode='data'))
|
||||||
|
|
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|
fig.show()
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|
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if __name__ == '__main__':
|
||||||
|
ell = EllipsoidTriaxial.init_name("Bursa1970")
|
||||||
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||||||
|
beta0, lamb0 = (0.1, 0.1)
|
||||||
|
P0 = ell.ell2cart(beta0, lamb0)
|
||||||
|
beta1, lamb1 = (0.3, np.pi)
|
||||||
|
P1 = ell.ell2cart(beta1, lamb1)
|
||||||
|
|
||||||
|
alpha0_app, alpha1_app, s_app, points = gha2_approx(ell, P0, P1, ds=100, all_points=True)
|
||||||
|
print("done")
|
||||||
|
alpha0, alpha1, s, betas, lambs = gha2_num(ell, beta0, lamb0, beta1, lamb1, n=10000, all_points=True)
|
||||||
|
points_ana = []
|
||||||
|
for beta, lamb in zip(betas, lambs):
|
||||||
|
points_ana.append(ell.ell2cart(beta, lamb))
|
||||||
|
points_ana = np.array(points_ana)
|
||||||
|
|
||||||
|
show_points(points_ana, points, P0, P1)
|
||||||
|
print(f"Differenz s: {s_app - s} m")
|
||||||
|
print(f"Differenz alpha0: {wu.rad2deg(alpha0_app - alpha0)}°")
|
||||||
|
print(f"Differenz alpha1: {wu.rad2deg(alpha1_app - alpha1)}°")
|
||||||
643
GHA_triaxial/gha2_num.py
Normal file
643
GHA_triaxial/gha2_num.py
Normal file
@@ -0,0 +1,643 @@
|
|||||||
|
from typing import Tuple
|
||||||
|
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|
import numpy as np
|
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|
from numpy.typing import NDArray
|
||||||
|
|
||||||
|
import GHA_triaxial.numeric_examples_karney as ne_karney
|
||||||
|
import GHA_triaxial.numeric_examples_panou as ne_panou
|
||||||
|
import ausgaben as aus
|
||||||
|
import winkelumrechnungen as wu
|
||||||
|
from ellipsoid_triaxial import EllipsoidTriaxial
|
||||||
|
from runge_kutta import rk4, rk4_end, rk4_integral
|
||||||
|
from utils_angle import cot, wrap_0_2pi, wrap_mpi_pi
|
||||||
|
|
||||||
|
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|
def norm_a(a: float) -> float:
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|
a = float(a) % (2 * np.pi)
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|
return a
|
||||||
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||||||
|
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|
def azimut(E: float, G: float, dbeta_du: float, dlamb_du: float) -> float:
|
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|
north = np.sqrt(E) * dbeta_du
|
||||||
|
east = np.sqrt(G) * dlamb_du
|
||||||
|
return norm_a(np.arctan2(east, north))
|
||||||
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|
|
||||||
|
def sph_azimuth(beta1, lam1, beta2, lam2):
|
||||||
|
dlam = wrap_mpi_pi(lam2 - lam1)
|
||||||
|
y = np.sin(dlam) * np.cos(beta2)
|
||||||
|
x = np.cos(beta1) * np.sin(beta2) - np.sin(beta1) * np.cos(beta2) * np.cos(dlam)
|
||||||
|
a = np.arctan2(y, x)
|
||||||
|
if a < 0:
|
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|
a += 2 * np.pi
|
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|
return a
|
||||||
|
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||||||
|
|
||||||
|
# Panou 2013
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|
def gha2_num(
|
||||||
|
ell: EllipsoidTriaxial,
|
||||||
|
beta_0: float,
|
||||||
|
lamb_0: float,
|
||||||
|
beta_1: float,
|
||||||
|
lamb_1: float,
|
||||||
|
n: int = 16000,
|
||||||
|
epsilon: float = 10**-12,
|
||||||
|
iter_max: int = 30,
|
||||||
|
all_points: bool = False,
|
||||||
|
) -> Tuple[float, float, float] | Tuple[float, float, float, NDArray, NDArray]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
:param ell: Ellipsoid
|
||||||
|
:param beta_0: Beta Punkt 0
|
||||||
|
:param lamb_0: Lambda Punkt 0
|
||||||
|
:param beta_1: Beta Punkt 1
|
||||||
|
:param lamb_1: Lambda Punkt 1
|
||||||
|
:param n: Anzahl Schritte
|
||||||
|
:param epsilon: Genauigkeit
|
||||||
|
:param iter_max: Maximale Iterationen
|
||||||
|
:param all_points: Ausgabe aller Punkte
|
||||||
|
:return: Azimut Startpunkt, Azumit Zielpunkt, Strecke
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
|
||||||
|
ax2 = float(ell.ax) * float(ell.ax)
|
||||||
|
ay2 = float(ell.ay) * float(ell.ay)
|
||||||
|
b2 = float(ell.b) * float(ell.b)
|
||||||
|
Ex2 = float(ell.Ex) * float(ell.Ex)
|
||||||
|
Ey2 = float(ell.Ey) * float(ell.Ey)
|
||||||
|
Ee2 = float(ell.Ee) * float(ell.Ee)
|
||||||
|
Ey4 = Ey2 * Ey2
|
||||||
|
Ee4 = Ee2 * Ee2
|
||||||
|
two_pi = 2.0 * np.pi
|
||||||
|
|
||||||
|
# Berechnung Koeffizienten, Gaußschen Fundamentalgrößen 1. Ordnung sowie deren Ableitungen
|
||||||
|
def BETA_LAMBDA(beta, lamb):
|
||||||
|
sb = np.sin(beta)
|
||||||
|
cb = np.cos(beta)
|
||||||
|
sl = np.sin(lamb)
|
||||||
|
cl = np.cos(lamb)
|
||||||
|
|
||||||
|
sb2 = sb * sb
|
||||||
|
cb2 = cb * cb
|
||||||
|
sl2 = sl * sl
|
||||||
|
cl2 = cl * cl
|
||||||
|
|
||||||
|
s2b = 2.0 * sb * cb
|
||||||
|
c2b = cb2 - sb2
|
||||||
|
s2l = 2.0 * sl * cl
|
||||||
|
c2l = cl2 - sl2
|
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|
|
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|
denB = Ex2 - Ey2 * sb2
|
||||||
|
denL = Ex2 - Ee2 * cl2
|
||||||
|
|
||||||
|
BETA = (ay2 * sb2 + b2 * cb2) / denB
|
||||||
|
LAMBDA = (ax2 * sl2 + ay2 * cl2) / denL
|
||||||
|
|
||||||
|
BETA_ = (ax2 * Ey2 * s2b) / (denB * denB)
|
||||||
|
LAMBDA_ = -(b2 * Ee2 * s2l) / (denL * denL)
|
||||||
|
|
||||||
|
BETA__ = (2.0 * ax2 * Ey4 * (s2b * s2b)) / (denB * denB * denB) + (2.0 * ax2 * Ey2 * c2b) / (
|
||||||
|
denB * denB
|
||||||
|
)
|
||||||
|
LAMBDA__ = (2.0 * b2 * Ee4 * (s2l * s2l)) / (denL * denL * denL) - (2.0 * b2 * Ee2 * s2l) / (
|
||||||
|
denL * denL
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
Q = Ey2 * cb2 + Ee2 * sl2
|
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|
|
||||||
|
E = BETA * Q
|
||||||
|
G = LAMBDA * Q
|
||||||
|
|
||||||
|
E_beta = BETA_ * Q - BETA * Ey2 * s2b
|
||||||
|
E_lamb = BETA * Ee2 * s2l
|
||||||
|
|
||||||
|
G_beta = -LAMBDA * Ey2 * s2b
|
||||||
|
G_lamb = LAMBDA_ * Q + LAMBDA * Ee2 * s2l
|
||||||
|
|
||||||
|
E_beta_beta = BETA__ * Q - 2.0 * BETA_ * Ey2 * s2b - 2.0 * BETA * Ey2 * c2b
|
||||||
|
E_beta_lamb = BETA_ * Ee2 * s2l
|
||||||
|
E_lamb_lamb = 2.0 * BETA * Ee2 * c2l
|
||||||
|
|
||||||
|
G_beta_beta = -2.0 * LAMBDA * Ey2 * c2b
|
||||||
|
G_beta_lamb = -LAMBDA_ * Ey2 * s2b
|
||||||
|
G_lamb_lamb = LAMBDA__ * Q + 2.0 * LAMBDA_ * Ee2 * s2l + 2.0 * LAMBDA * Ee2 * c2l
|
||||||
|
|
||||||
|
return (
|
||||||
|
BETA,
|
||||||
|
LAMBDA,
|
||||||
|
E,
|
||||||
|
G,
|
||||||
|
BETA_,
|
||||||
|
LAMBDA_,
|
||||||
|
BETA__,
|
||||||
|
LAMBDA__,
|
||||||
|
E_beta,
|
||||||
|
E_lamb,
|
||||||
|
G_beta,
|
||||||
|
G_lamb,
|
||||||
|
E_beta_beta,
|
||||||
|
E_beta_lamb,
|
||||||
|
E_lamb_lamb,
|
||||||
|
G_beta_beta,
|
||||||
|
G_beta_lamb,
|
||||||
|
G_lamb_lamb,
|
||||||
|
)
|
||||||
|
|
||||||
|
# Berechnung der ODE Koeffizienten für Fall 1 (lambda_0 != lambda_1)
|
||||||
|
def p_coef(beta, lamb):
|
||||||
|
(
|
||||||
|
BETA,
|
||||||
|
LAMBDA,
|
||||||
|
E,
|
||||||
|
G,
|
||||||
|
BETA_,
|
||||||
|
LAMBDA_,
|
||||||
|
BETA__,
|
||||||
|
LAMBDA__,
|
||||||
|
E_beta,
|
||||||
|
E_lamb,
|
||||||
|
G_beta,
|
||||||
|
G_lamb,
|
||||||
|
E_beta_beta,
|
||||||
|
E_beta_lamb,
|
||||||
|
E_lamb_lamb,
|
||||||
|
G_beta_beta,
|
||||||
|
G_beta_lamb,
|
||||||
|
G_lamb_lamb,
|
||||||
|
) = BETA_LAMBDA(beta, lamb)
|
||||||
|
|
||||||
|
p_3 = -0.5 * (E_lamb / G)
|
||||||
|
p_2 = (G_beta / G) - 0.5 * (E_beta / E)
|
||||||
|
p_1 = 0.5 * (G_lamb / G) - (E_lamb / E)
|
||||||
|
p_0 = 0.5 * (G_beta / E)
|
||||||
|
|
||||||
|
p_33 = -0.5 * ((E_beta_lamb * G - E_lamb * G_beta) / (G**2))
|
||||||
|
p_22 = ((G * G_beta_beta - G_beta * G_beta) / (G**2)) - 0.5 * (
|
||||||
|
(E * E_beta_beta - E_beta * E_beta) / (E**2)
|
||||||
|
)
|
||||||
|
p_11 = 0.5 * ((G * G_beta_lamb - G_beta * G_lamb) / (G**2)) - (
|
||||||
|
(E * E_beta_lamb - E_beta * E_lamb) / (E**2)
|
||||||
|
)
|
||||||
|
p_00 = 0.5 * ((E * G_beta_beta - E_beta * G_beta) / (E**2))
|
||||||
|
|
||||||
|
return BETA, LAMBDA, E, G, p_3, p_2, p_1, p_0, p_33, p_22, p_11, p_00
|
||||||
|
|
||||||
|
# Berechnung der ODE Koeffizienten für Fall 2 (lambda_0 == lambda_1)
|
||||||
|
def q_coef(beta, lamb):
|
||||||
|
(
|
||||||
|
BETA,
|
||||||
|
LAMBDA,
|
||||||
|
E,
|
||||||
|
G,
|
||||||
|
BETA_,
|
||||||
|
LAMBDA_,
|
||||||
|
BETA__,
|
||||||
|
LAMBDA__,
|
||||||
|
E_beta,
|
||||||
|
E_lamb,
|
||||||
|
G_beta,
|
||||||
|
G_lamb,
|
||||||
|
E_beta_beta,
|
||||||
|
E_beta_lamb,
|
||||||
|
E_lamb_lamb,
|
||||||
|
G_beta_beta,
|
||||||
|
G_beta_lamb,
|
||||||
|
G_lamb_lamb,
|
||||||
|
) = BETA_LAMBDA(beta, lamb)
|
||||||
|
|
||||||
|
q_3 = -0.5 * (G_beta / E)
|
||||||
|
q_2 = (E_lamb / E) - 0.5 * (G_lamb / G)
|
||||||
|
q_1 = 0.5 * (E_beta / E) - (G_beta / G)
|
||||||
|
q_0 = 0.5 * (E_lamb / G)
|
||||||
|
|
||||||
|
q_33 = -0.5 * ((E * G_beta_lamb - E_lamb * G_lamb) / (E**2))
|
||||||
|
q_22 = ((E * E_lamb_lamb - E_lamb * E_lamb) / (E**2)) - 0.5 * (
|
||||||
|
(G * G_lamb_lamb - G_lamb * G_lamb) / (G**2)
|
||||||
|
)
|
||||||
|
q_11 = 0.5 * ((E * E_beta_lamb - E_beta * E_lamb) / (E**2)) - (
|
||||||
|
(G * G_beta_lamb - G_beta * G_lamb) / (G**2)
|
||||||
|
)
|
||||||
|
q_00 = 0.5 * ((E_lamb_lamb * G - E_lamb * G_lamb) / (G**2))
|
||||||
|
|
||||||
|
return BETA, LAMBDA, E, G, q_3, q_2, q_1, q_0, q_33, q_22, q_11, q_00
|
||||||
|
|
||||||
|
def integrand_lambda(lamb, y):
|
||||||
|
beta = y[0]
|
||||||
|
beta_p = y[1]
|
||||||
|
(_, _, E, G, *_) = BETA_LAMBDA(beta, lamb)
|
||||||
|
return np.sqrt(E * beta_p**2 + G)
|
||||||
|
|
||||||
|
def integrand_beta(beta, y):
|
||||||
|
lamb = y[0]
|
||||||
|
lamb_p = y[1]
|
||||||
|
(_, _, E, G, *_) = BETA_LAMBDA(beta, lamb)
|
||||||
|
return np.sqrt(E + G * lamb_p**2)
|
||||||
|
|
||||||
|
def solve_lambda_branch(beta0, lamb0, beta1, lamb1_target, N_run, N_newt, it_max):
|
||||||
|
dlamb = float(lamb1_target - lamb0)
|
||||||
|
if abs(dlamb) < 1e-15:
|
||||||
|
return None
|
||||||
|
|
||||||
|
sgn = 1.0 if dlamb >= 0.0 else -1.0
|
||||||
|
|
||||||
|
def ode_lamb(lamb, v):
|
||||||
|
beta, beta_p, X3, X4 = v
|
||||||
|
(_, _, _, _, p_3, p_2, p_1, p_0, p_33, p_22, p_11, p_00) = p_coef(beta, lamb)
|
||||||
|
|
||||||
|
dbeta = beta_p
|
||||||
|
dbeta_p = p_3 * beta_p**3 + p_2 * beta_p**2 + p_1 * beta_p + p_0
|
||||||
|
dX3 = X4
|
||||||
|
dX4 = (p_33 * beta_p**3 + p_22 * beta_p**2 + p_11 * beta_p + p_00) * X3 + (
|
||||||
|
3 * p_3 * beta_p**2 + 2 * p_2 * beta_p + p_1
|
||||||
|
) * X4
|
||||||
|
return np.array([dbeta, dbeta_p, dX3, dX4], dtype=float)
|
||||||
|
|
||||||
|
alpha0_sph = sph_azimuth(beta0, lamb0, beta1, lamb1_target)
|
||||||
|
(_, _, E0, G0, *_) = BETA_LAMBDA(beta0, lamb0)
|
||||||
|
beta_p0_sph = np.sqrt(G0 / E0) * cot(alpha0_sph)
|
||||||
|
|
||||||
|
def solve_newton(beta_p0_init: float):
|
||||||
|
beta_p0 = float(beta_p0_init)
|
||||||
|
for _ in range(it_max):
|
||||||
|
v0 = np.array([beta0, beta_p0, 0.0, 1.0], dtype=float)
|
||||||
|
_, y_end = rk4_end(ode_lamb, lamb0, v0, dlamb, N_newt)
|
||||||
|
|
||||||
|
beta_end, _, X3_end, _ = y_end
|
||||||
|
delta = beta_end - beta1
|
||||||
|
|
||||||
|
if abs(delta) < epsilon:
|
||||||
|
return True, beta_p0
|
||||||
|
|
||||||
|
if abs(X3_end) < 1e-20:
|
||||||
|
return False, None
|
||||||
|
|
||||||
|
step = delta / X3_end
|
||||||
|
step = float(np.clip(step, -0.5, 0.5))
|
||||||
|
beta_p0 -= step
|
||||||
|
|
||||||
|
return False, None
|
||||||
|
|
||||||
|
seeds = [beta_p0_sph, -beta_p0_sph, 0.5 * beta_p0_sph, 2.0 * beta_p0_sph]
|
||||||
|
best = None
|
||||||
|
|
||||||
|
for seed in seeds:
|
||||||
|
ok, sol = solve_newton(seed)
|
||||||
|
if not ok:
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
v0_sol = np.array([beta0, sol, 0.0, 1.0], dtype=float)
|
||||||
|
_, _, s_val = rk4_integral(ode_lamb, lamb0, v0_sol, dlamb, N_run, integrand_lambda)
|
||||||
|
if (best is None) or (s_val < best[0]):
|
||||||
|
best = (float(s_val), float(sol))
|
||||||
|
|
||||||
|
if best is None:
|
||||||
|
return None
|
||||||
|
|
||||||
|
return best[0], best[1], sgn, dlamb, ode_lamb
|
||||||
|
|
||||||
|
def solve_beta_branch(beta0, lamb0, beta1, lamb1, N_run, N_newt, it_max):
|
||||||
|
dbeta = float(beta1 - beta0)
|
||||||
|
if abs(dbeta) < 1e-15:
|
||||||
|
return None
|
||||||
|
|
||||||
|
sgn = 1.0 if dbeta >= 0.0 else -1.0
|
||||||
|
|
||||||
|
def ode_beta(beta, v):
|
||||||
|
lamb, lamb_p, Y3, Y4 = v
|
||||||
|
(_, _, _, _, q_3, q_2, q_1, q_0, q_33, q_22, q_11, q_00) = q_coef(beta, lamb)
|
||||||
|
|
||||||
|
dlamb = lamb_p
|
||||||
|
dlamb_p = q_3 * lamb_p**3 + q_2 * lamb_p**2 + q_1 * lamb_p + q_0
|
||||||
|
dY3 = Y4
|
||||||
|
dY4 = (q_33 * lamb_p**3 + q_22 * lamb_p**2 + q_11 * lamb_p + q_00) * Y3 + (
|
||||||
|
3 * q_3 * lamb_p**2 + 2 * q_2 * lamb_p + q_1
|
||||||
|
) * Y4
|
||||||
|
return np.array([dlamb, dlamb_p, dY3, dY4], dtype=float)
|
||||||
|
|
||||||
|
def solve_newton(lamb_p0_init: float):
|
||||||
|
lamb_p0 = float(lamb_p0_init)
|
||||||
|
for _ in range(it_max):
|
||||||
|
v0 = np.array([lamb0, lamb_p0, 0.0, 1.0], dtype=float)
|
||||||
|
_, y_end = rk4_end(ode_beta, beta0, v0, dbeta, N_newt)
|
||||||
|
|
||||||
|
lamb_end, _, Y3_end, _ = y_end
|
||||||
|
delta = lamb_end - lamb1
|
||||||
|
|
||||||
|
if abs(delta) < epsilon:
|
||||||
|
return True, lamb_p0
|
||||||
|
|
||||||
|
if abs(Y3_end) < 1e-20:
|
||||||
|
return False, None
|
||||||
|
|
||||||
|
step = delta / Y3_end
|
||||||
|
step = float(np.clip(step, -1.0, 1.0))
|
||||||
|
lamb_p0 -= step
|
||||||
|
|
||||||
|
return False, None
|
||||||
|
|
||||||
|
seeds = [0.0, 0.25, -0.25, 1.0, -1.0]
|
||||||
|
best = None
|
||||||
|
|
||||||
|
for seed in seeds:
|
||||||
|
ok, sol = solve_newton(seed)
|
||||||
|
if not ok:
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
v0_sol = np.array([lamb0, sol, 0.0, 1.0], dtype=float)
|
||||||
|
_, _, s_val = rk4_integral(ode_beta, beta0, v0_sol, dbeta, N_run, integrand_beta)
|
||||||
|
if (best is None) or (s_val < best[0]):
|
||||||
|
best = (float(s_val), float(sol))
|
||||||
|
|
||||||
|
if best is None:
|
||||||
|
return None
|
||||||
|
|
||||||
|
return best[0], best[1], sgn, dbeta, ode_beta
|
||||||
|
|
||||||
|
lamb0 = float(wrap_mpi_pi(lamb_0))
|
||||||
|
lamb1 = float(wrap_mpi_pi(lamb_1))
|
||||||
|
beta0 = float(beta_0)
|
||||||
|
beta1 = float(beta_1)
|
||||||
|
|
||||||
|
N_full = int(n)
|
||||||
|
if N_full < 2:
|
||||||
|
N_full = 2
|
||||||
|
|
||||||
|
if all_points:
|
||||||
|
N_fast = min(2000, max(400, N_full // 10))
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
N_fast = min(1500, max(300, N_full // 12))
|
||||||
|
|
||||||
|
k0 = int(np.round((lamb0 - lamb1) / two_pi))
|
||||||
|
lamb_targets = []
|
||||||
|
for dk in (-1, 0, 1):
|
||||||
|
lt = lamb1 + two_pi * float(k0 + dk)
|
||||||
|
dl = lt - lamb0
|
||||||
|
if abs(dl) <= np.pi + 1e-12:
|
||||||
|
lamb_targets.append(float(lt))
|
||||||
|
if not lamb_targets:
|
||||||
|
lamb_targets = [float(lamb1 + two_pi * float(k0))]
|
||||||
|
|
||||||
|
best_fast = None
|
||||||
|
|
||||||
|
for lt in lamb_targets:
|
||||||
|
if abs(lt - lamb0) >= 1e-15:
|
||||||
|
res = solve_lambda_branch(beta0, lamb0, beta1, lt, N_fast, min(N_fast, 800), min(iter_max, 12))
|
||||||
|
if res is None:
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
s_fast, beta_p0_fast, sgn_fast, dlamb_fast, _ = res
|
||||||
|
cand = ("lambda", s_fast, lt, beta_p0_fast, sgn_fast, dlamb_fast)
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
res = solve_beta_branch(beta0, lamb0, beta1, lamb1, N_fast, min(N_fast, 800), min(iter_max, 12))
|
||||||
|
if res is None:
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
s_fast, lamb_p0_fast, sgn_fast, dbeta_fast, _ = res
|
||||||
|
cand = ("beta", s_fast, lt, lamb_p0_fast, sgn_fast, dbeta_fast)
|
||||||
|
|
||||||
|
if (best_fast is None) or (cand[1] < best_fast[1]):
|
||||||
|
best_fast = cand
|
||||||
|
|
||||||
|
if best_fast is None:
|
||||||
|
if abs(lamb1 - lamb0) >= 1e-15:
|
||||||
|
best_fast = ("lambda", 0.0, lamb1, None, 1.0, float(lamb1 - lamb0))
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
best_fast = ("beta", 0.0, lamb1, None, 1.0, float(beta1 - beta0))
|
||||||
|
|
||||||
|
if best_fast[0] == "lambda":
|
||||||
|
lt = float(best_fast[2])
|
||||||
|
dlamb = float(lt - lamb0)
|
||||||
|
sgn = 1.0 if dlamb >= 0.0 else -1.0
|
||||||
|
|
||||||
|
def ode_lamb(lamb, v):
|
||||||
|
beta, beta_p, X3, X4 = v
|
||||||
|
(_, _, _, _, p_3, p_2, p_1, p_0, p_33, p_22, p_11, p_00) = p_coef(beta, lamb)
|
||||||
|
|
||||||
|
dbeta = beta_p
|
||||||
|
dbeta_p = p_3 * beta_p**3 + p_2 * beta_p**2 + p_1 * beta_p + p_0
|
||||||
|
dX3 = X4
|
||||||
|
dX4 = (p_33 * beta_p**3 + p_22 * beta_p**2 + p_11 * beta_p + p_00) * X3 + (
|
||||||
|
3 * p_3 * beta_p**2 + 2 * p_2 * beta_p + p_1
|
||||||
|
) * X4
|
||||||
|
return np.array([dbeta, dbeta_p, dX3, dX4], dtype=float)
|
||||||
|
|
||||||
|
alpha0_sph = sph_azimuth(beta0, lamb0, beta1, lt)
|
||||||
|
(_, _, E0, G0, *_) = BETA_LAMBDA(beta0, lamb0)
|
||||||
|
beta_p0_sph = np.sqrt(G0 / E0) * cot(alpha0_sph)
|
||||||
|
|
||||||
|
beta_p0_init = best_fast[3]
|
||||||
|
if beta_p0_init is None:
|
||||||
|
beta_p0_init = beta_p0_sph
|
||||||
|
beta_p0_init = float(beta_p0_init)
|
||||||
|
|
||||||
|
N_newton = min(N_full, 4000)
|
||||||
|
|
||||||
|
def solve_newton_refine(beta_p0_init: float):
|
||||||
|
beta_p0 = float(beta_p0_init)
|
||||||
|
for _ in range(iter_max):
|
||||||
|
v0 = np.array([beta0, beta_p0, 0.0, 1.0], dtype=float)
|
||||||
|
_, y_end = rk4_end(ode_lamb, lamb0, v0, dlamb, N_newton)
|
||||||
|
|
||||||
|
beta_end, _, X3_end, _ = y_end
|
||||||
|
delta = beta_end - beta1
|
||||||
|
|
||||||
|
if abs(delta) < epsilon:
|
||||||
|
return True, beta_p0
|
||||||
|
|
||||||
|
if abs(X3_end) < 1e-20:
|
||||||
|
return False, None
|
||||||
|
|
||||||
|
step = delta / X3_end
|
||||||
|
step = float(np.clip(step, -0.5, 0.5))
|
||||||
|
beta_p0 -= step
|
||||||
|
|
||||||
|
return False, None
|
||||||
|
|
||||||
|
ok, beta_p0_sol = solve_newton_refine(beta_p0_init)
|
||||||
|
|
||||||
|
if not ok:
|
||||||
|
seeds = [beta_p0_sph, -beta_p0_sph, 0.5 * beta_p0_sph, 2.0 * beta_p0_sph]
|
||||||
|
best = None
|
||||||
|
for seed in seeds:
|
||||||
|
ok_s, sol_s = solve_newton_refine(seed)
|
||||||
|
if not ok_s:
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
v0_s = np.array([beta0, sol_s, 0.0, 1.0], dtype=float)
|
||||||
|
_, _, s_s = rk4_integral(ode_lamb, lamb0, v0_s, dlamb, min(N_full, 2000), integrand_lambda)
|
||||||
|
if (best is None) or (s_s < best[0]):
|
||||||
|
best = (float(s_s), float(sol_s))
|
||||||
|
if best is None:
|
||||||
|
raise RuntimeError("GHA2_num: Keine Startwert-Variante konvergiert (lambda-Fall)")
|
||||||
|
beta_p0_sol = best[1]
|
||||||
|
|
||||||
|
beta_p0 = float(beta_p0_sol)
|
||||||
|
v0_final = np.array([beta0, beta_p0, 0.0, 1.0], dtype=float)
|
||||||
|
|
||||||
|
if all_points:
|
||||||
|
lamb_list, states = rk4(ode_lamb, lamb0, v0_final, dlamb, N_full, False)
|
||||||
|
lamb_arr = np.array(lamb_list, dtype=float)
|
||||||
|
beta_arr = np.array([st[0] for st in states], dtype=float)
|
||||||
|
beta_p_arr = np.array([st[1] for st in states], dtype=float)
|
||||||
|
|
||||||
|
(_, _, E_start, G_start, *_) = BETA_LAMBDA(beta_arr[0], lamb_arr[0])
|
||||||
|
(_, _, E_end, G_end, *_) = BETA_LAMBDA(beta_arr[-1], lamb_arr[-1])
|
||||||
|
|
||||||
|
alpha_0 = azimut(E_start, G_start, dbeta_du=beta_p_arr[0] * sgn, dlamb_du=1.0 * sgn)
|
||||||
|
alpha_1 = azimut(E_end, G_end, dbeta_du=beta_p_arr[-1] * sgn, dlamb_du=1.0 * sgn)
|
||||||
|
|
||||||
|
integrand = np.zeros(N_full + 1, dtype=float)
|
||||||
|
for i in range(N_full + 1):
|
||||||
|
(_, _, Ei, Gi, *_) = BETA_LAMBDA(beta_arr[i], lamb_arr[i])
|
||||||
|
integrand[i] = np.sqrt(Ei * beta_p_arr[i] ** 2 + Gi)
|
||||||
|
|
||||||
|
h = abs(dlamb) / N_full
|
||||||
|
if N_full % 2 == 0:
|
||||||
|
S = integrand[0] + integrand[-1] + 4.0 * np.sum(integrand[1:-1:2]) + 2.0 * np.sum(
|
||||||
|
integrand[2:-1:2]
|
||||||
|
)
|
||||||
|
s = h / 3.0 * S
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
s = np.trapz(integrand, dx=h)
|
||||||
|
|
||||||
|
return float(wrap_0_2pi(alpha_0)), float(wrap_0_2pi(alpha_1)), float(s), beta_arr, lamb_arr
|
||||||
|
|
||||||
|
_, y_end, s = rk4_integral(ode_lamb, lamb0, v0_final, dlamb, N_full, integrand_lambda)
|
||||||
|
beta_end, beta_p_end, _, _ = y_end
|
||||||
|
|
||||||
|
(_, _, E_start, G_start, *_) = BETA_LAMBDA(beta0, lamb0)
|
||||||
|
alpha_0 = azimut(E_start, G_start, dbeta_du=beta_p0 * sgn, dlamb_du=1.0 * sgn)
|
||||||
|
|
||||||
|
(_, _, E_end, G_end, *_) = BETA_LAMBDA(float(beta_end), float(lamb0 + dlamb))
|
||||||
|
alpha_1 = azimut(E_end, G_end, dbeta_du=float(beta_p_end) * sgn, dlamb_du=1.0 * sgn)
|
||||||
|
|
||||||
|
return float(wrap_0_2pi(alpha_0)), float(wrap_0_2pi(alpha_1)), float(s)
|
||||||
|
|
||||||
|
# Fall 2 (lambda_0 == lambda_1)
|
||||||
|
N = int(n)
|
||||||
|
dbeta = float(beta_1 - beta_0)
|
||||||
|
|
||||||
|
if abs(dbeta) < 1e-15:
|
||||||
|
if all_points:
|
||||||
|
return 0.0, 0.0, 0.0, np.array([]), np.array([])
|
||||||
|
return 0.0, 0.0, 0.0
|
||||||
|
|
||||||
|
sgn = 1.0 if dbeta >= 0.0 else -1.0
|
||||||
|
|
||||||
|
def ode_beta(beta, v):
|
||||||
|
lamb, lamb_p, Y3, Y4 = v
|
||||||
|
(_, _, _, _, q_3, q_2, q_1, q_0, q_33, q_22, q_11, q_00) = q_coef(beta, lamb)
|
||||||
|
|
||||||
|
dlamb = lamb_p
|
||||||
|
dlamb_p = q_3 * lamb_p**3 + q_2 * lamb_p**2 + q_1 * lamb_p + q_0
|
||||||
|
dY3 = Y4
|
||||||
|
dY4 = (q_33 * lamb_p**3 + q_22 * lamb_p**2 + q_11 * lamb_p + q_00) * Y3 + (
|
||||||
|
3 * q_3 * lamb_p**2 + 2 * q_2 * lamb_p + q_1
|
||||||
|
) * Y4
|
||||||
|
return np.array([dlamb, dlamb_p, dY3, dY4], dtype=float)
|
||||||
|
|
||||||
|
lamb_p0 = float(best_fast[3]) if (best_fast[0] == "beta" and best_fast[3] is not None) else 0.0
|
||||||
|
|
||||||
|
for _ in range(iter_max):
|
||||||
|
v0 = np.array([lamb0, lamb_p0, 0.0, 1.0], dtype=float)
|
||||||
|
_, y_end = rk4_end(ode_beta, beta0, v0, dbeta, N)
|
||||||
|
|
||||||
|
lamb_end, _, Y3_end, _ = y_end
|
||||||
|
delta = lamb_end - lamb1
|
||||||
|
|
||||||
|
if abs(delta) < epsilon:
|
||||||
|
break
|
||||||
|
|
||||||
|
if abs(Y3_end) < 1e-20:
|
||||||
|
raise RuntimeError("GHA2_num: Ableitung ~ 0 im beta-Fall")
|
||||||
|
|
||||||
|
step = delta / Y3_end
|
||||||
|
step = float(np.clip(step, -1.0, 1.0))
|
||||||
|
lamb_p0 -= step
|
||||||
|
|
||||||
|
v0_final = np.array([lamb0, lamb_p0, 0.0, 1.0], dtype=float)
|
||||||
|
|
||||||
|
if all_points:
|
||||||
|
beta_list, states = rk4(ode_beta, beta0, v0_final, dbeta, N, False)
|
||||||
|
beta_arr = np.array(beta_list, dtype=float)
|
||||||
|
lamb_arr = np.array([st[0] for st in states], dtype=float)
|
||||||
|
lamb_p_arr = np.array([st[1] for st in states], dtype=float)
|
||||||
|
|
||||||
|
(_, _, E_start, G_start, *_) = BETA_LAMBDA(beta_arr[0], lamb_arr[0])
|
||||||
|
(_, _, E_end, G_end, *_) = BETA_LAMBDA(beta_arr[-1], lamb_arr[-1])
|
||||||
|
|
||||||
|
alpha_0 = azimut(E_start, G_start, dbeta_du=1.0 * sgn, dlamb_du=lamb_p_arr[0] * sgn)
|
||||||
|
alpha_1 = azimut(E_end, G_end, dbeta_du=1.0 * sgn, dlamb_du=lamb_p_arr[-1] * sgn)
|
||||||
|
|
||||||
|
integrand = np.zeros(N + 1, dtype=float)
|
||||||
|
for i in range(N + 1):
|
||||||
|
(_, _, Ei, Gi, *_) = BETA_LAMBDA(beta_arr[i], lamb_arr[i])
|
||||||
|
integrand[i] = np.sqrt(Ei + Gi * lamb_p_arr[i] ** 2)
|
||||||
|
|
||||||
|
h = abs(dbeta) / N
|
||||||
|
if N % 2 == 0:
|
||||||
|
S = integrand[0] + integrand[-1] + 4.0 * np.sum(integrand[1:-1:2]) + 2.0 * np.sum(
|
||||||
|
integrand[2:-1:2]
|
||||||
|
)
|
||||||
|
s = h / 3.0 * S
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
s = np.trapz(integrand, dx=h)
|
||||||
|
|
||||||
|
return float(wrap_0_2pi(alpha_0)), float(wrap_0_2pi(alpha_1)), float(s), beta_arr, lamb_arr
|
||||||
|
|
||||||
|
_, y_end, s = rk4_integral(ode_beta, beta0, v0_final, dbeta, N, integrand_beta)
|
||||||
|
lamb_end, lamb_p_end, _, _ = y_end
|
||||||
|
|
||||||
|
(_, _, E_start, G_start, *_) = BETA_LAMBDA(beta0, lamb0)
|
||||||
|
alpha_0 = azimut(E_start, G_start, dbeta_du=1.0 * sgn, dlamb_du=lamb_p0 * sgn)
|
||||||
|
|
||||||
|
(_, _, E_end, G_end, *_) = BETA_LAMBDA(beta1, float(lamb_end))
|
||||||
|
alpha_1 = azimut(E_end, G_end, dbeta_du=1.0 * sgn, dlamb_du=float(lamb_p_end) * sgn)
|
||||||
|
|
||||||
|
return float(wrap_0_2pi(alpha_0)), float(wrap_0_2pi(alpha_1)), float(s)
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
if __name__ == "__main__":
|
||||||
|
ell = EllipsoidTriaxial.init_name("BursaSima1980round")
|
||||||
|
beta1 = np.deg2rad(75)
|
||||||
|
lamb1 = np.deg2rad(-90)
|
||||||
|
beta2 = np.deg2rad(75)
|
||||||
|
lamb2 = np.deg2rad(66)
|
||||||
|
a0, a1, s = gha2_num(ell, beta1, lamb1, beta2, lamb2, n=100)
|
||||||
|
print(aus.gms("a0", a0, 4))
|
||||||
|
print(aus.gms("a1", a1, 4))
|
||||||
|
print("s: ", s)
|
||||||
|
# print(aus.gms("a2", a2, 4))
|
||||||
|
# print(s)
|
||||||
|
cart1 = ell.para2cart(0, 0)
|
||||||
|
cart2 = ell.para2cart(0.4, 1.4)
|
||||||
|
beta1, lamb1 = ell.cart2ell(cart1)
|
||||||
|
beta2, lamb2 = ell.cart2ell(cart2)
|
||||||
|
|
||||||
|
a1, a2, s = gha2_num(ell, beta1, lamb1, beta2, lamb2, n=5000)
|
||||||
|
print(s)
|
||||||
|
|
||||||
|
ell = EllipsoidTriaxial.init_name("BursaSima1980round")
|
||||||
|
diffs_panou = []
|
||||||
|
examples_panou = ne_panou.get_random_examples(4)
|
||||||
|
for example in examples_panou:
|
||||||
|
beta0, lamb0, beta1, lamb1, _, alpha0, alpha1, s = example
|
||||||
|
P0 = ell.ell2cart(beta0, lamb0)
|
||||||
|
try:
|
||||||
|
alpha0_num, alpha1_num, s_num = gha2_num(ell, beta0, lamb0, beta1, lamb1, n=4000, iter_max=10)
|
||||||
|
diffs_panou.append(
|
||||||
|
(wu.rad2deg(abs(alpha0 - alpha0_num)), wu.rad2deg(abs(alpha1 - alpha1_num)), abs(s - s_num)))
|
||||||
|
except:
|
||||||
|
print(f"Fehler für {beta0}, {lamb0}, {beta1}, {lamb1}")
|
||||||
|
diffs_panou = np.array(diffs_panou)
|
||||||
|
print(diffs_panou)
|
||||||
|
|
||||||
|
ell = EllipsoidTriaxial.init_name("KarneyTest2024")
|
||||||
|
diffs_karney = []
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||||||
|
# examples_karney = ne_karney.get_examples((30500, 40500))
|
||||||
|
examples_karney = ne_karney.get_random_examples(2)
|
||||||
|
for example in examples_karney:
|
||||||
|
beta0, lamb0, alpha0, beta1, lamb1, alpha1, s = example
|
||||||
|
|
||||||
|
try:
|
||||||
|
alpha0_num, alpha1_num, s_num = gha2_num(ell, beta0, lamb0, beta1, lamb1, n=4000, iter_max=10)
|
||||||
|
diffs_karney.append((wu.rad2deg(abs(alpha0-alpha0_num)), wu.rad2deg(abs(alpha1-alpha1_num)), abs(s-s_num)))
|
||||||
|
except:
|
||||||
|
print(f"Fehler für {beta0}, {lamb0}, {beta1}, {lamb1}")
|
||||||
|
diffs_karney = np.array(diffs_karney)
|
||||||
|
print(diffs_karney)
|
||||||
|
|
||||||
|
pass
|
||||||
118
GHA_triaxial/numeric_examples_karney.py
Normal file
118
GHA_triaxial/numeric_examples_karney.py
Normal file
@@ -0,0 +1,118 @@
|
|||||||
|
import random
|
||||||
|
from typing import List
|
||||||
|
|
||||||
|
import winkelumrechnungen as wu
|
||||||
|
from GHA_triaxial.utils import jacobi_konstante
|
||||||
|
from ellipsoid_triaxial import EllipsoidTriaxial
|
||||||
|
|
||||||
|
ell = EllipsoidTriaxial.init_name("KarneyTest2024")
|
||||||
|
file_path = r"Karney_2024_Testset.txt"
|
||||||
|
|
||||||
|
def line2example(line: str) -> List:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Line-String in Liste umwandeln
|
||||||
|
:param line: Line-String
|
||||||
|
:return: Liste mit Zahlenwerten
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
split = line.split()
|
||||||
|
example = [float(value) for value in split[:7]]
|
||||||
|
for i, value in enumerate(example):
|
||||||
|
if i < 6:
|
||||||
|
example[i] = wu.deg2rad(value)
|
||||||
|
# example[i] = value
|
||||||
|
return example
|
||||||
|
|
||||||
|
def get_random_examples(num: int, seed: int = None) -> List:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Rückgabe zufälliger Beispiele
|
||||||
|
beta0, lamb0, alpha0, beta1, lamb1, alpha1, s12
|
||||||
|
:param num: Anzahl zufälliger Beispiele
|
||||||
|
:param seed: Random-Seed
|
||||||
|
:return: Liste mit Beispielen
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
if seed is not None:
|
||||||
|
random.seed(seed)
|
||||||
|
with open(file_path) as datei:
|
||||||
|
lines = datei.readlines()
|
||||||
|
examples = []
|
||||||
|
for i in range(num):
|
||||||
|
example = line2example(lines[random.randint(0, len(lines) - 1)])
|
||||||
|
examples.append(example)
|
||||||
|
return examples
|
||||||
|
|
||||||
|
def get_examples(l_i: List) -> List:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Rückgabe ausgewählter Beispiele
|
||||||
|
beta0, lamb0, alpha0, beta1, lamb1, alpha1, s12
|
||||||
|
:param l_i: Liste von Indizes
|
||||||
|
:return: Liste mit Beispielen
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
with open(file_path) as datei:
|
||||||
|
lines = datei.readlines()
|
||||||
|
examples = []
|
||||||
|
for i in l_i:
|
||||||
|
example = line2example(lines[i])
|
||||||
|
examples.append(example)
|
||||||
|
return examples
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def get_random_examples_gamma(group: str, num: int, seed: int = None, length: str = None) -> List:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Zufällige Beispiele aus Karney in Gruppen nach Einteilung anhand der Jacobi-Konstanten
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||||||
|
:param group: Gruppe
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|
:param num: Anzahl
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|
:param seed: Random-Seed
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||||||
|
:param length: long oder short, sond egal
|
||||||
|
:return: Liste mit Beispielen
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
eps = 1e-20
|
||||||
|
long_short = 2
|
||||||
|
if seed is not None:
|
||||||
|
random.seed(seed)
|
||||||
|
with open(file_path) as datei:
|
||||||
|
lines = datei.readlines()
|
||||||
|
examples = []
|
||||||
|
i = 0
|
||||||
|
while len(examples) < num and i < len(lines):
|
||||||
|
example = line2example(lines[random.randint(0, len(lines) - 1)])
|
||||||
|
if example in examples:
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
i += 1
|
||||||
|
|
||||||
|
beta0, lamb0, alpha0_ell, beta1, lamb1, alpha1_ell, s = example
|
||||||
|
gamma = jacobi_konstante(beta0, lamb0, alpha0_ell, ell)
|
||||||
|
|
||||||
|
if group not in ["a", "b", "c", "d", "e", "de"]:
|
||||||
|
break
|
||||||
|
elif group == "a" and not 1 >= gamma >= 0.01:
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
elif group == "b" and not 0.01 > gamma > eps:
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
elif group == "c" and not abs(gamma) <= eps:
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
elif group == "d" and not -eps > gamma > -1e-17:
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
elif group == "e" and not -1e-17 >= gamma >= -1:
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
elif group == "de" and not -eps > gamma > -1:
|
||||||
|
continue
|
||||||
|
|
||||||
|
if length == "short":
|
||||||
|
if example[6] < long_short:
|
||||||
|
examples.append(example)
|
||||||
|
elif length == "long":
|
||||||
|
if example[6] >= long_short:
|
||||||
|
examples.append(example)
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
examples.append(example)
|
||||||
|
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||||||
|
return examples
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
if __name__ == "__main__":
|
||||||
|
examples_a = get_random_examples_gamma("a", 10, 42)
|
||||||
|
examples_b = get_random_examples_gamma("b", 10, 42)
|
||||||
|
examples_c = get_random_examples_gamma("c", 10, 42)
|
||||||
|
examples_d = get_random_examples_gamma("d", 10, 42)
|
||||||
|
examples_e = get_random_examples_gamma("e", 10, 42)
|
||||||
|
pass
|
||||||
154
GHA_triaxial/numeric_examples_panou.py
Normal file
154
GHA_triaxial/numeric_examples_panou.py
Normal file
@@ -0,0 +1,154 @@
|
|||||||
|
from typing import Tuple, List
|
||||||
|
|
||||||
|
import winkelumrechnungen as wu
|
||||||
|
import random
|
||||||
|
|
||||||
|
table1 = [
|
||||||
|
(wu.deg2rad(0), wu.deg2rad(0), wu.deg2rad(0), wu.deg2rad(90), 1.00000000000,
|
||||||
|
wu.gms2rad([90, 0, 0.0000]), wu.gms2rad([90, 0, 0.0000]), 10018754.9569),
|
||||||
|
|
||||||
|
(wu.deg2rad(1), wu.deg2rad(0), wu.deg2rad(-80), wu.deg2rad(5), 0.05883743460,
|
||||||
|
wu.gms2rad([179, 7, 12.2719]), wu.gms2rad([174, 40, 13.8487]), 8947130.7221),
|
||||||
|
|
||||||
|
(wu.deg2rad(5), wu.deg2rad(0), wu.deg2rad(-60), wu.deg2rad(40), 0.34128138370,
|
||||||
|
wu.gms2rad([160, 13, 24.5001]), wu.gms2rad([137, 26, 47.0036]), 8004762.4330),
|
||||||
|
|
||||||
|
(wu.deg2rad(30), wu.deg2rad(0), wu.deg2rad(-30), wu.deg2rad(175), 0.86632464962,
|
||||||
|
wu.gms2rad([91, 7, 30.9337]), wu.gms2rad([91, 7, 30.8672]), 19547128.7971),
|
||||||
|
|
||||||
|
(wu.deg2rad(60), wu.deg2rad(0), wu.deg2rad(60), wu.deg2rad(175), 0.06207487624,
|
||||||
|
wu.gms2rad([2, 52, 26.2393]), wu.gms2rad([177, 4, 13.6373]), 6705715.1610),
|
||||||
|
|
||||||
|
(wu.deg2rad(75), wu.deg2rad(0), wu.deg2rad(80), wu.deg2rad(120), 0.11708984898,
|
||||||
|
wu.gms2rad([23, 20, 34.7823]), wu.gms2rad([140, 55, 32.6385]), 2482501.2608),
|
||||||
|
|
||||||
|
(wu.deg2rad(80), wu.deg2rad(0), wu.deg2rad(60), wu.deg2rad(90), 0.17478427424,
|
||||||
|
wu.gms2rad([72, 26, 50.4024]), wu.gms2rad([159, 38, 30.3547]), 3519745.1283)
|
||||||
|
]
|
||||||
|
|
||||||
|
table2 = [
|
||||||
|
(wu.deg2rad(0), wu.deg2rad(-90), wu.deg2rad(0), wu.deg2rad(89.5), 1.00000000000,
|
||||||
|
wu.gms2rad([90, 0, 0.0000]), wu.gms2rad([90, 0, 0.0000]), 19981849.8629),
|
||||||
|
|
||||||
|
(wu.deg2rad(1), wu.deg2rad(-90), wu.deg2rad(1), wu.deg2rad(89.5), 0.18979826428,
|
||||||
|
wu.gms2rad([10, 56, 33.6952]), wu.gms2rad([169, 3, 26.4359]), 19776667.0342),
|
||||||
|
|
||||||
|
(wu.deg2rad(5), wu.deg2rad(-90), wu.deg2rad(5), wu.deg2rad(89), 0.09398403161,
|
||||||
|
wu.gms2rad([5, 24, 48.3899]), wu.gms2rad([174, 35, 12.6880]), 18889165.0873),
|
||||||
|
|
||||||
|
(wu.deg2rad(30), wu.deg2rad(-90), wu.deg2rad(30), wu.deg2rad(86), 0.06004022935,
|
||||||
|
wu.gms2rad([3, 58, 23.8038]), wu.gms2rad([176, 2, 7.2825]), 13331814.6078),
|
||||||
|
|
||||||
|
(wu.deg2rad(60), wu.deg2rad(-90), wu.deg2rad(60), wu.deg2rad(78), 0.06076096484,
|
||||||
|
wu.gms2rad([6, 56, 46.4585]), wu.gms2rad([173, 11, 5.9592]), 6637321.6350),
|
||||||
|
|
||||||
|
(wu.deg2rad(75), wu.deg2rad(-90), wu.deg2rad(75), wu.deg2rad(66), 0.05805851008,
|
||||||
|
wu.gms2rad([12, 40, 34.9009]), wu.gms2rad([168, 20, 26.7339]), 3267941.2812),
|
||||||
|
|
||||||
|
(wu.deg2rad(80), wu.deg2rad(-90), wu.deg2rad(80), wu.deg2rad(55), 0.05817384452,
|
||||||
|
wu.gms2rad([18, 35, 40.7848]), wu.gms2rad([164, 25, 34.0017]), 2132316.9048)
|
||||||
|
]
|
||||||
|
|
||||||
|
table3 = [
|
||||||
|
(wu.deg2rad(0), wu.deg2rad(0.5), wu.deg2rad(80), wu.deg2rad(0.5), 0.05680316848,
|
||||||
|
wu.gms2rad([0, 0, 16.0757]), wu.gms2rad([0, 1, 32.5762]), 8831874.3717),
|
||||||
|
|
||||||
|
(wu.deg2rad(-1), wu.deg2rad(5), wu.deg2rad(75), wu.deg2rad(5), 0.05659149555,
|
||||||
|
wu.gms2rad([0, -1, 47.2105]), wu.gms2rad([0, 6, 54.0958]), 8405370.4947),
|
||||||
|
|
||||||
|
(wu.deg2rad(-5), wu.deg2rad(30), wu.deg2rad(60), wu.deg2rad(30), 0.04921108945,
|
||||||
|
wu.gms2rad([0, -4, 22.3516]), wu.gms2rad([0, 8, 42.0756]), 7204083.8568),
|
||||||
|
|
||||||
|
(wu.deg2rad(-30), wu.deg2rad(45), wu.deg2rad(30), wu.deg2rad(45), 0.04017812574,
|
||||||
|
wu.gms2rad([0, -3, 41.2461]), wu.gms2rad([0, 3, 41.2461]), 6652788.1287),
|
||||||
|
|
||||||
|
(wu.deg2rad(-60), wu.deg2rad(60), wu.deg2rad(5), wu.deg2rad(60), 0.02843082609,
|
||||||
|
wu.gms2rad([0, -8, 40.4575]), wu.gms2rad([0, 4, 22.1675]), 7213412.4477),
|
||||||
|
|
||||||
|
(wu.deg2rad(-75), wu.deg2rad(85), wu.deg2rad(1), wu.deg2rad(85), 0.00497802414,
|
||||||
|
wu.gms2rad([0, -6, 44.6115]), wu.gms2rad([0, 1, 47.0474]), 8442938.5899),
|
||||||
|
|
||||||
|
(wu.deg2rad(-80),wu.deg2rad(89.5), wu.deg2rad(0), wu.deg2rad(89.5), 0.00050178253,
|
||||||
|
wu.gms2rad([0, -1, 27.9705]), wu.gms2rad([0, 0, 16.0490]), 8888783.7815)
|
||||||
|
]
|
||||||
|
|
||||||
|
# table4 = [
|
||||||
|
# (wu.deg2rad(0), wu.deg2rad(0), wu.deg2rad(0), wu.deg2rad(90), 1.00000000000,
|
||||||
|
# wu.gms2rad([90, 0, 0.0000]), wu.gms2rad([90, 0, 0.0000]), 10018754.1714),
|
||||||
|
#
|
||||||
|
# (wu.deg2rad(1), wu.deg2rad(0), wu.deg2rad(0), wu.deg2rad(179.5), 0.30320665822,
|
||||||
|
# wu.gms2rad([17, 39, 11.0942]), wu.gms2rad([162, 20, 58.9032]), 19884417.8083),
|
||||||
|
#
|
||||||
|
# (wu.deg2rad(5), wu.deg2rad(0), wu.deg2rad(-80), wu.deg2rad(170), 0.03104258442,
|
||||||
|
# wu.gms2rad([178, 12, 51.5083]), wu.gms2rad([10, 17, 52.6423]), 11652530.7514),
|
||||||
|
#
|
||||||
|
# (wu.deg2rad(30), wu.deg2rad(0), wu.deg2rad(-75), wu.deg2rad(120), 0.24135347134,
|
||||||
|
# wu.gms2rad([163, 49, 4.4615]), wu.gms2rad([68, 49, 50.9617]), 14057886.8752),
|
||||||
|
#
|
||||||
|
# (wu.deg2rad(60), wu.deg2rad(0), wu.deg2rad(-60), wu.deg2rad(40), 0.19408499032,
|
||||||
|
# wu.gms2rad([157, 9, 33.5589]), wu.gms2rad([157, 9, 33.5589]), 13767414.8267),
|
||||||
|
#
|
||||||
|
# (wu.deg2rad(75), wu.deg2rad(0), wu.deg2rad(-30), wu.deg2rad(0.5), 0.00202789418,
|
||||||
|
# wu.gms2rad([179, 33, 3.8613]), wu.gms2rad([179, 51, 57.0077]), 11661713.4496),
|
||||||
|
#
|
||||||
|
# (wu.deg2rad(80), wu.deg2rad(0), wu.deg2rad(-5), wu.deg2rad(120), 0.15201222384,
|
||||||
|
# wu.gms2rad([61, 5, 33.9600]), wu.gms2rad([171, 13, 22.0148]), 11105138.2902),
|
||||||
|
#
|
||||||
|
# (wu.deg2rad(0), wu.deg2rad(0), wu.deg2rad(60), wu.deg2rad(0), 0.00000000000,
|
||||||
|
# wu.gms2rad([0, 0, 0.0000]), wu.gms2rad([0, 0, 0.0000]), 6663348.2060)
|
||||||
|
# ]
|
||||||
|
|
||||||
|
tables = [table1, table2, table3]
|
||||||
|
|
||||||
|
def get_example(table: int, example: int) -> Tuple:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Rückgabe eines Beispiels
|
||||||
|
:param table: Tabellen-Nummer
|
||||||
|
:param example: Beispiel-Nummer
|
||||||
|
:return: Bespiel
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
table -= 1
|
||||||
|
example -= 1
|
||||||
|
tables = get_tables()
|
||||||
|
beta0, lamb0, beta1, lamb1, _, alpha0_ell, alpha1_ell, s = tables[table][example]
|
||||||
|
return beta0, lamb0, alpha0_ell, beta1, lamb1, alpha1_ell, s
|
||||||
|
|
||||||
|
def get_tables() -> List:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Rückgabe aller Tabellen
|
||||||
|
:return: Alle Tabellen
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
sorted_tables = []
|
||||||
|
for table in tables:
|
||||||
|
sorted_tables.append([])
|
||||||
|
for example in table:
|
||||||
|
beta0, lamb0, beta1, lamb1, _, alpha0_ell, alpha1_ell, s = example
|
||||||
|
sorted_tables[-1].append((beta0, lamb0, alpha0_ell, beta1, lamb1, alpha1_ell, s))
|
||||||
|
return sorted_tables
|
||||||
|
|
||||||
|
def get_random_examples(num: int, seed: int = None) -> List:
|
||||||
|
"""
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||||||
|
Rückgabe zufälliger Beispiele
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||||||
|
:param num: Anzahl Beispiele
|
||||||
|
:param seed: Random-Seed
|
||||||
|
:return:
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||||||
|
"""
|
||||||
|
if seed is not None:
|
||||||
|
random.seed(seed)
|
||||||
|
|
||||||
|
examples = []
|
||||||
|
for i in range(num):
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||||||
|
table = random.randint(1, 3)
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||||||
|
if table == 4:
|
||||||
|
example = random.randint(1, 8)
|
||||||
|
else:
|
||||||
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example = random.randint(1, 7)
|
||||||
|
example = get_example(table, example)
|
||||||
|
examples.append(example)
|
||||||
|
return examples
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
if __name__ == "__main__":
|
||||||
|
# test = get_example(1, 4)
|
||||||
|
examples = get_random_examples(5)
|
||||||
|
pass
|
||||||
@@ -1,174 +0,0 @@
|
|||||||
import numpy as np
|
|
||||||
import ellipsoide
|
|
||||||
import Numerische_Integration.num_int_runge_kutta as rk
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||||||
import winkelumrechnungen as wu
|
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||||||
import ausgaben as aus
|
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||||||
import GHA.rk as ghark
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||||||
from scipy.special import factorial as fact
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||||||
from math import comb
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||||||
|
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||||||
# Panou, Korakitits 2019
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||||||
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||||||
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||||||
def gha1_num(ell: ellipsoide.EllipsoidTriaxial, point, alpha0, s, num):
|
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||||||
phi, lamb, h = ell.cart2geod("ligas3", point)
|
|
||||||
x, y, z = ell.geod2cart(phi, lamb, 0)
|
|
||||||
values = ell.p_q(x, y, z)
|
|
||||||
H = values["H"]
|
|
||||||
p = values["p"]
|
|
||||||
q = values["q"]
|
|
||||||
|
|
||||||
dxds0 = p[0] * np.sin(alpha0) + q[0] * np.cos(alpha0)
|
|
||||||
dyds0 = p[1] * np.sin(alpha0) + q[1] * np.cos(alpha0)
|
|
||||||
dzds0 = p[2] * np.sin(alpha0) + q[2] * np.cos(alpha0)
|
|
||||||
|
|
||||||
h = lambda dxds, dyds, dzds: dxds**2 + 1/(1-ell.ee**2)*dyds**2 + 1/(1-ell.ex**2)*dzds**2
|
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||||||
|
|
||||||
f1 = lambda s, x, dxds, y, dyds, z, dzds: dxds
|
|
||||||
f2 = lambda s, x, dxds, y, dyds, z, dzds: -h(dxds, dyds, dzds) / H * x
|
|
||||||
f3 = lambda s, x, dxds, y, dyds, z, dzds: dyds
|
|
||||||
f4 = lambda s, x, dxds, y, dyds, z, dzds: -h(dxds, dyds, dzds) / H * y/(1-ell.ee**2)
|
|
||||||
f5 = lambda s, x, dxds, y, dyds, z, dzds: dzds
|
|
||||||
f6 = lambda s, x, dxds, y, dyds, z, dzds: -h(dxds, dyds, dzds) / H * z/(1-ell.ex**2)
|
|
||||||
|
|
||||||
funktionswerte = rk.verfahren([f1, f2, f3, f4, f5, f6], [0, x, dxds0, y, dyds0, z, dzds0], s, num)
|
|
||||||
return funktionswerte
|
|
||||||
|
|
||||||
def checkLiouville(ell: ellipsoide.EllipsoidTriaxial, points):
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||||||
constantValues = []
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||||||
for point in points:
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||||||
x = point[1]
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||||||
dxds = point[2]
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||||||
y = point[3]
|
|
||||||
dyds = point[4]
|
|
||||||
z = point[5]
|
|
||||||
dzds = point[6]
|
|
||||||
|
|
||||||
values = ell.p_q(x, y, z)
|
|
||||||
p = values["p"]
|
|
||||||
q = values["q"]
|
|
||||||
t1 = values["t1"]
|
|
||||||
t2 = values["t2"]
|
|
||||||
|
|
||||||
P = p[0]*dxds + p[1]*dyds + p[2]*dzds
|
|
||||||
Q = q[0]*dxds + q[1]*dyds + q[2]*dzds
|
|
||||||
alpha = np.arctan(P/Q)
|
|
||||||
|
|
||||||
c = ell.ay**2 - (t1 * np.sin(alpha)**2 + t2 * np.cos(alpha)**2)
|
|
||||||
constantValues.append(c)
|
|
||||||
pass
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def gha1_ana(ell: ellipsoide.EllipsoidTriaxial, point, alpha0, s, maxM):
|
|
||||||
"""
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|
||||||
Panou, Korakitits 2020, 5ff.
|
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||||||
:param ell:
|
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||||||
:param x:
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||||||
:param y:
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||||||
:param z:
|
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||||||
:param alpha0:
|
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||||||
:param s:
|
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||||||
:param maxM:
|
|
||||||
:return:
|
|
||||||
"""
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|
||||||
x, y, z = point
|
|
||||||
x_m = [x]
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||||||
y_m = [y]
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||||||
z_m = [z]
|
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||||||
|
|
||||||
# erste Ableitungen (7-8)
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||||||
sqrtH = np.sqrt(ell.p_q(x, y, z)["H"])
|
|
||||||
n = np.array([x / sqrtH,
|
|
||||||
y / ((1-ell.ee**2) * sqrtH),
|
|
||||||
z / ((1-ell.ex**2) * sqrtH)])
|
|
||||||
u, v = ell.cart2para(np.array([x, y, z]))
|
|
||||||
G = np.sqrt(1 - ell.ex**2 * np.cos(u)**2 - ell.ee**2 * np.sin(u)**2 * np.sin(v)**2)
|
|
||||||
q = np.array([-1/G * np.sin(u) * np.cos(v),
|
|
||||||
-1/G * np.sqrt(1-ell.ee**2) * np.sin(u) * np.sin(v),
|
|
||||||
1/G * np.sqrt(1-ell.ex**2) * np.cos(u)])
|
|
||||||
p = np.array([q[1]*n[2] - q[2]*n[1],
|
|
||||||
q[2]*n[0] - q[0]*n[2],
|
|
||||||
q[0]*n[1] - q[1]*n[0]])
|
|
||||||
x_m.append(p[0] * np.sin(alpha0) + q[0] * np.cos(alpha0))
|
|
||||||
y_m.append(p[1] * np.sin(alpha0) + q[1] * np.cos(alpha0))
|
|
||||||
z_m.append(p[2] * np.sin(alpha0) + q[2] * np.cos(alpha0))
|
|
||||||
|
|
||||||
# H Ableitungen (7)
|
|
||||||
H_ = lambda p: np.sum([comb(p, i) * (x_m[p - i] * x_m[i] +
|
|
||||||
1 / (1-ell.ee**2) ** 2 * y_m[p-i] * y_m[i] +
|
|
||||||
1 / (1-ell.ex**2) ** 2 * z_m[p-i] * z_m[i]) for i in range(0, p+1)])
|
|
||||||
|
|
||||||
# h Ableitungen (7)
|
|
||||||
h_ = lambda q: np.sum([comb(q, j) * (x_m[q-j+1] * x_m[j+1] +
|
|
||||||
1 / (1 - ell.ee ** 2) * y_m[q-j+1] * y_m[j+1] +
|
|
||||||
1 / (1 - ell.ex ** 2) * z_m[q-j+1] * z_m[j+1]) for j in range(0, q+1)])
|
|
||||||
|
|
||||||
# h/H Ableitungen (6)
|
|
||||||
hH_ = lambda t: 1/H_(0) * (h_(t) - fact(t) *
|
|
||||||
np.sum([H_(t+1-l) / (fact(t+1-l) * fact(l-1)) * hH_t[l-1] for l in range(1, t+1)]))
|
|
||||||
|
|
||||||
# xm, ym, zm Ableitungen (6)
|
|
||||||
x_ = lambda m: -np.sum([comb(m-2, k) * hH_t[m-2-k] * x_m[k] for k in range(0, m-2+1)])
|
|
||||||
y_ = lambda m: -1 / (1-ell.ee**2) * np.sum([comb(m-2, k) * hH_t[m-2-k] * y_m[k] for k in range(0, m-2+1)])
|
|
||||||
z_ = lambda m: -1 / (1-ell.ex**2) * np.sum([comb(m-2, k) * hH_t[m-2-k] * z_m[k] for k in range(0, m-2+1)])
|
|
||||||
|
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||||||
hH_t = []
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a_m = []
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||||||
b_m = []
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||||||
c_m = []
|
|
||||||
for m in range(0, maxM+1):
|
|
||||||
if m >= 2:
|
|
||||||
hH_t.append(hH_(m-2))
|
|
||||||
x_m.append(x_(m))
|
|
||||||
y_m.append(y_(m))
|
|
||||||
z_m.append(z_(m))
|
|
||||||
a_m.append(x_m[m] / fact(m))
|
|
||||||
b_m.append(y_m[m] / fact(m))
|
|
||||||
c_m.append(z_m[m] / fact(m))
|
|
||||||
|
|
||||||
# am, bm, cm (6)
|
|
||||||
x_s = 0
|
|
||||||
for a in reversed(a_m):
|
|
||||||
x_s = x_s * s + a
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|
||||||
y_s = 0
|
|
||||||
for b in reversed(b_m):
|
|
||||||
y_s = y_s * s + b
|
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||||||
z_s = 0
|
|
||||||
for c in reversed(c_m):
|
|
||||||
z_s = z_s * s + c
|
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||||||
|
|
||||||
return x_s, y_s, z_s
|
|
||||||
pass
|
|
||||||
|
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||||||
|
|
||||||
if __name__ == "__main__":
|
|
||||||
# ell = ellipsoide.EllipsoidTriaxial.init_name("Eitschberger1978")
|
|
||||||
ell = ellipsoide.EllipsoidTriaxial.init_name("BursaSima1980")
|
|
||||||
ellbi = ellipsoide.EllipsoidTriaxial.init_name("Bessel-biaxial")
|
|
||||||
re = ellipsoide.EllipsoidBiaxial.init_name("Bessel")
|
|
||||||
|
|
||||||
# Panou 2013, 7, Table 1, beta0=60°
|
|
||||||
beta1 = wu.deg2rad(60)
|
|
||||||
lamb1 = wu.deg2rad(0)
|
|
||||||
beta2 = wu.deg2rad(60)
|
|
||||||
lamb2 = wu.deg2rad(175)
|
|
||||||
P1 = ell.ell2cart(wu.deg2rad(60), wu.deg2rad(0))
|
|
||||||
P2 = ell.ell2cart(wu.deg2rad(60), wu.deg2rad(175))
|
|
||||||
para1 = ell.cart2para(P1)
|
|
||||||
para2 = ell.cart2para(P2)
|
|
||||||
cart1 = ell.para2cart(para1[0], para1[1])
|
|
||||||
cart2 = ell.para2cart(para2[0], para2[1])
|
|
||||||
ell11 = ell.cart2ell(P1)
|
|
||||||
ell21 = ell.cart2ell(P2)
|
|
||||||
ell1 = ell.cart2ell(cart1)
|
|
||||||
ell2 = ell.cart2ell(cart2)
|
|
||||||
|
|
||||||
c = 0.06207487624
|
|
||||||
alpha0 = wu.gms2rad([2, 52, 26.2393])
|
|
||||||
alpha1 = wu.gms2rad([177, 4, 13.6373])
|
|
||||||
s = 6705715.1610
|
|
||||||
pass
|
|
||||||
|
|
||||||
P2_num = gha1_num(ell, P1, alpha0, s, 1000)
|
|
||||||
P2_ana = gha1_ana(ell, P1, alpha0, s, 70)
|
|
||||||
pass
|
|
||||||
@@ -1,332 +0,0 @@
|
|||||||
import numpy as np
|
|
||||||
from ellipsoide import EllipsoidTriaxial
|
|
||||||
import Numerische_Integration.num_int_runge_kutta as rk
|
|
||||||
import ausgaben as aus
|
|
||||||
|
|
||||||
# Panou 2013
|
|
||||||
def gha2_num(ell: EllipsoidTriaxial, beta_1, lamb_1, beta_2, lamb_2, n=16000, epsilon=10**-12, iter_max=30):
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
|
|
||||||
:param ell: triaxiales Ellipsoid
|
|
||||||
:param beta_1: reduzierte ellipsoidische Breite Punkt 1
|
|
||||||
:param lamb_1: elllipsoidische Länge Punkt 1
|
|
||||||
:param beta_2: reduzierte ellipsoidische Breite Punkt 2
|
|
||||||
:param lamb_2: elllipsoidische Länge Punkt 2
|
|
||||||
:param n: Anzahl Schritte
|
|
||||||
:param epsilon:
|
|
||||||
:param iter_max: Maximale Anzhal Iterationen
|
|
||||||
:return:
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
|
|
||||||
# h_x, h_y, h_e entsprechen E_x, E_y, E_e
|
|
||||||
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||||||
def arccot(x):
|
|
||||||
return np.arctan2(1.0, x)
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def BETA_LAMBDA(beta, lamb):
|
|
||||||
|
|
||||||
BETA = (ell.ay**2 * np.sin(beta)**2 + ell.b**2 * np.cos(beta)**2) / (ell.Ex**2 - ell.Ey**2 * np.sin(beta)**2)
|
|
||||||
LAMBDA = (ell.ax**2 * np.sin(lamb)**2 + ell.ay**2 * np.cos(lamb)**2) / (ell.Ex**2 - ell.Ee**2 * np.cos(lamb)**2)
|
|
||||||
|
|
||||||
# Erste Ableitungen von ΒETA und LAMBDA
|
|
||||||
BETA_ = (ell.ax**2 * ell.Ey**2 * np.sin(2*beta)) / (ell.Ex**2 - ell.Ey**2 * np.sin(beta)**2)**2
|
|
||||||
LAMBDA_ = - (ell.b**2 * ell.Ee**2 * np.sin(2*lamb)) / (ell.Ex**2 - ell.Ee**2 * np.cos(lamb)**2)**2
|
|
||||||
|
|
||||||
# Zweite Ableitungen von ΒETA und LAMBDA
|
|
||||||
BETA__ = ((2 * ell.ax**2 * ell.Ey**4 * np.sin(2*beta)**2) / (ell.Ex**2 - ell.Ey**2 * np.sin(beta)**2)**3) + ((2 * ell.ax**2 * ell.Ey**2 * np.cos(2*beta)) / (ell.Ex**2 - ell.Ey**2 * np.sin(beta)**2)**2)
|
|
||||||
LAMBDA__ = (((2 * ell.b**2 * ell.Ee**4 * np.sin(2*lamb)**2) / (ell.Ex**2 - ell.Ee**2 * np.cos(lamb)**2)**3) -
|
|
||||||
((2 * ell.b**2 * ell.Ee**2 * np.sin(2*lamb)) / (ell.Ex**2 - ell.Ee**2 * np.cos(lamb)**2)**2))
|
|
||||||
|
|
||||||
E = BETA * (ell.Ey ** 2 * np.cos(beta) ** 2 + ell.Ee ** 2 * np.sin(lamb) ** 2)
|
|
||||||
F = 0
|
|
||||||
G = LAMBDA * (ell.Ey ** 2 * np.cos(beta) ** 2 + ell.Ee ** 2 * np.sin(lamb) ** 2)
|
|
||||||
|
|
||||||
# Erste Ableitungen von E und G
|
|
||||||
E_beta = BETA_ * (ell.Ey**2 * np.cos(beta)**2 + ell.Ee**2 * np.sin(lamb)**2) - BETA * ell.Ey**2 * np.sin(2*beta)
|
|
||||||
E_lamb = BETA * ell.Ee**2 * np.sin(2*lamb)
|
|
||||||
|
|
||||||
G_beta = - LAMBDA * ell.Ey**2 * np.sin(2*beta)
|
|
||||||
G_lamb = LAMBDA_ * (ell.Ey**2 * np.cos(beta)**2 + ell.Ee**2 * np.sin(lamb)**2) + LAMBDA * ell.Ee**2 * np.sin(2*lamb)
|
|
||||||
|
|
||||||
# Zweite Ableitungen von E und G
|
|
||||||
E_beta_beta = BETA__ * (ell.Ey**2 * np.cos(beta)**2 + ell.Ee**2 * np.sin(lamb)**2) - 2 * BETA_ * ell.Ey**2 * np.sin(2*beta) - 2 * BETA * ell.Ey**2 * np.cos(2*beta)
|
|
||||||
E_beta_lamb = BETA_ * ell.Ee**2 * np.sin(2*lamb)
|
|
||||||
E_lamb_lamb = 2 * BETA * ell.Ee**2 * np.cos(2*lamb)
|
|
||||||
|
|
||||||
G_beta_beta = - 2 * LAMBDA * ell.Ey**2 * np.cos(2*beta)
|
|
||||||
G_beta_lamb = - LAMBDA_ * ell.Ey**2 * np.sin(2*beta)
|
|
||||||
G_lamb_lamb = LAMBDA__ * (ell.Ey**2 * np.cos(beta)**2 + ell.Ee**2 * np.sin(lamb)**2) + 2 * LAMBDA_ * ell.Ee**2 * np.sin(2*lamb) + 2 * LAMBDA * ell.Ee**2 * np.cos(2*lamb)
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
return (BETA, LAMBDA, E, G,
|
|
||||||
BETA_, LAMBDA_, BETA__, LAMBDA__,
|
|
||||||
E_beta, E_lamb, G_beta, G_lamb,
|
|
||||||
E_beta_beta, E_beta_lamb, E_lamb_lamb,
|
|
||||||
G_beta_beta, G_beta_lamb, G_lamb_lamb)
|
|
||||||
|
|
||||||
def p_coef(beta, lamb):
|
|
||||||
|
|
||||||
(BETA, LAMBDA, E, G,
|
|
||||||
BETA_, LAMBDA_, BETA__, LAMBDA__,
|
|
||||||
E_beta, E_lamb, G_beta, G_lamb,
|
|
||||||
E_beta_beta, E_beta_lamb, E_lamb_lamb,
|
|
||||||
G_beta_beta, G_beta_lamb, G_lamb_lamb) = BETA_LAMBDA(beta, lamb)
|
|
||||||
|
|
||||||
p_3 = - 0.5 * (E_lamb / G)
|
|
||||||
p_2 = (G_beta / G) - 0.5 * (E_beta / E)
|
|
||||||
p_1 = 0.5 * (G_lamb / G) - (E_lamb / E)
|
|
||||||
p_0 = 0.5 * (G_beta / E)
|
|
||||||
|
|
||||||
p_33 = - 0.5 * ((E_beta_lamb * G - E_lamb * G_beta) / (G ** 2))
|
|
||||||
p_22 = ((G * G_beta_beta - G_beta * G_beta) / (G ** 2)) - 0.5 * ((E * E_beta_beta - E_beta * E_beta) / (E ** 2))
|
|
||||||
p_11 = 0.5 * ((G * G_beta_lamb - G_beta * G_lamb) / (G ** 2)) - ((E * E_beta_lamb - E_beta * E_lamb) / (E ** 2))
|
|
||||||
p_00 = 0.5 * ((E * G_beta_beta - E_beta * G_beta) / (E ** 2))
|
|
||||||
|
|
||||||
return (BETA, LAMBDA, E, G,
|
|
||||||
p_3, p_2, p_1, p_0,
|
|
||||||
p_33, p_22, p_11, p_00)
|
|
||||||
|
|
||||||
def q_coef(beta, lamb):
|
|
||||||
|
|
||||||
(BETA, LAMBDA, E, G,
|
|
||||||
BETA_, LAMBDA_, BETA__, LAMBDA__,
|
|
||||||
E_beta, E_lamb, G_beta, G_lamb,
|
|
||||||
E_beta_beta, E_beta_lamb, E_lamb_lamb,
|
|
||||||
G_beta_beta, G_beta_lamb, G_lamb_lamb) = BETA_LAMBDA(beta, lamb)
|
|
||||||
|
|
||||||
q_3 = - 0.5 * (G_beta / E)
|
|
||||||
q_2 = (E_lamb / E) - 0.5 * (G_lamb / G)
|
|
||||||
q_1 = 0.5 * (E_beta / E) - (G_beta / G)
|
|
||||||
q_0 = 0.5 * (E_lamb / G)
|
|
||||||
|
|
||||||
q_33 = - 0.5 * ((E * G_beta_lamb - E_lamb * G_lamb) / (E ** 2))
|
|
||||||
q_22 = ((E * E_lamb_lamb - E_lamb * E_lamb) / (E ** 2)) - 0.5 * ((G * G_lamb_lamb - G_lamb * G_lamb) / (G ** 2))
|
|
||||||
q_11 = 0.5 * ((E * E_beta_lamb - E_beta * E_lamb) / (E ** 2)) - ((G * G_beta_lamb - G_beta * G_lamb) / (G ** 2))
|
|
||||||
q_00 = 0.5 * ((E_lamb_lamb * G - E_lamb * G_lamb) / (G ** 2))
|
|
||||||
|
|
||||||
return (BETA, LAMBDA, E, G,
|
|
||||||
q_3, q_2, q_1, q_0,
|
|
||||||
q_33, q_22, q_11, q_00)
|
|
||||||
|
|
||||||
if lamb_1 != lamb_2:
|
|
||||||
def functions():
|
|
||||||
def f_beta(lamb, beta, beta_p, X3, X4):
|
|
||||||
return beta_p
|
|
||||||
|
|
||||||
def f_beta_p(lamb, beta, beta_p, X3, X4):
|
|
||||||
(BETA, LAMBDA, E, G,
|
|
||||||
p_3, p_2, p_1, p_0,
|
|
||||||
p_33, p_22, p_11, p_00) = p_coef(beta, lamb)
|
|
||||||
return p_3 * beta_p ** 3 + p_2 * beta_p ** 2 + p_1 * beta_p + p_0
|
|
||||||
|
|
||||||
def f_X3(lamb, beta, beta_p, X3, X4):
|
|
||||||
return X4
|
|
||||||
|
|
||||||
def f_X4(lamb, beta, beta_p, X3, X4):
|
|
||||||
(BETA, LAMBDA, E, G,
|
|
||||||
p_3, p_2, p_1, p_0,
|
|
||||||
p_33, p_22, p_11, p_00) = p_coef(beta, lamb)
|
|
||||||
return (p_33 * beta_p ** 3 + p_22 * beta_p ** 2 + p_11 * beta_p + p_00) * X3 + \
|
|
||||||
(3 * p_3 * beta_p ** 2 + 2 * p_2 * beta_p + p_1) * X4
|
|
||||||
|
|
||||||
return [f_beta, f_beta_p, f_X3, f_X4]
|
|
||||||
|
|
||||||
N = n
|
|
||||||
|
|
||||||
dlamb = lamb_2 - lamb_1
|
|
||||||
|
|
||||||
if abs(dlamb) < 1e-15:
|
|
||||||
beta_0 = 0.0
|
|
||||||
else:
|
|
||||||
beta_0 = (beta_2 - beta_1) / (lamb_2 - lamb_1)
|
|
||||||
|
|
||||||
converged = False
|
|
||||||
iterations = 0
|
|
||||||
|
|
||||||
funcs = functions()
|
|
||||||
|
|
||||||
for i in range(iter_max):
|
|
||||||
iterations = i + 1
|
|
||||||
|
|
||||||
startwerte = [lamb_1, beta_1, beta_0, 0.0, 1.0]
|
|
||||||
|
|
||||||
werte = rk.verfahren(funcs, startwerte, dlamb, N)
|
|
||||||
lamb_end, beta_end, beta_p_end, X3_end, X4_end = werte[-1]
|
|
||||||
|
|
||||||
d_beta_end_d_beta0 = X3_end
|
|
||||||
delta = beta_end - beta_2
|
|
||||||
|
|
||||||
if abs(delta) < epsilon:
|
|
||||||
converged = True
|
|
||||||
break
|
|
||||||
|
|
||||||
if abs(d_beta_end_d_beta0) < 1e-20:
|
|
||||||
raise RuntimeError("Abbruch.")
|
|
||||||
|
|
||||||
max_step = 0.5
|
|
||||||
step = delta / d_beta_end_d_beta0
|
|
||||||
if abs(step) > max_step:
|
|
||||||
step = np.sign(step) * max_step
|
|
||||||
beta_0 = beta_0 - step
|
|
||||||
|
|
||||||
if not converged:
|
|
||||||
raise RuntimeError("konvergiert nicht.")
|
|
||||||
|
|
||||||
# Z
|
|
||||||
werte = rk.verfahren(funcs, [lamb_1, beta_1, beta_0, 0.0, 1.0], dlamb, N)
|
|
||||||
|
|
||||||
beta_arr = np.zeros(N + 1)
|
|
||||||
lamb_arr = np.zeros(N + 1)
|
|
||||||
beta_p_arr = np.zeros(N + 1)
|
|
||||||
|
|
||||||
for i, state in enumerate(werte):
|
|
||||||
lamb_arr[i] = state[0]
|
|
||||||
beta_arr[i] = state[1]
|
|
||||||
beta_p_arr[i] = state[2]
|
|
||||||
|
|
||||||
(_, _, E1, G1,
|
|
||||||
*_) = BETA_LAMBDA(beta_arr[0], lamb_arr[0])
|
|
||||||
(_, _, E2, G2,
|
|
||||||
*_) = BETA_LAMBDA(beta_arr[-1], lamb_arr[-1])
|
|
||||||
|
|
||||||
alpha_1 = arccot(np.sqrt(E1 / G1) * beta_p_arr[0])
|
|
||||||
alpha_2 = arccot(np.sqrt(E2 / G2) * beta_p_arr[-1])
|
|
||||||
|
|
||||||
integrand = np.zeros(N + 1)
|
|
||||||
for i in range(N + 1):
|
|
||||||
(_, _, Ei, Gi,
|
|
||||||
*_) = BETA_LAMBDA(beta_arr[i], lamb_arr[i])
|
|
||||||
integrand[i] = np.sqrt(Ei * beta_p_arr[i] ** 2 + Gi)
|
|
||||||
|
|
||||||
h = abs(dlamb) / N
|
|
||||||
if N % 2 == 0:
|
|
||||||
S = integrand[0] + integrand[-1] \
|
|
||||||
+ 4.0 * np.sum(integrand[1:-1:2]) \
|
|
||||||
+ 2.0 * np.sum(integrand[2:-1:2])
|
|
||||||
s = h / 3.0 * S
|
|
||||||
else:
|
|
||||||
s = np.trapz(integrand, dx=h)
|
|
||||||
|
|
||||||
beta0 = beta_arr[0]
|
|
||||||
lamb0 = lamb_arr[0]
|
|
||||||
c = np.sqrt(
|
|
||||||
(np.cos(beta0) ** 2 + (ell.Ee**2 / ell.Ex**2) * np.sin(beta0) ** 2) * np.sin(alpha_1) ** 2
|
|
||||||
+ (ell.Ee**2 / ell.Ex**2) * np.cos(lamb0) ** 2 * np.cos(alpha_1) ** 2
|
|
||||||
)
|
|
||||||
|
|
||||||
return alpha_1, alpha_2, s
|
|
||||||
|
|
||||||
if lamb_1 == lamb_2:
|
|
||||||
|
|
||||||
N = n
|
|
||||||
dbeta = beta_2 - beta_1
|
|
||||||
|
|
||||||
if abs(dbeta) < 10**-15:
|
|
||||||
return 0, 0, 0
|
|
||||||
|
|
||||||
lamb_0 = 0
|
|
||||||
|
|
||||||
converged = False
|
|
||||||
iterations = 0
|
|
||||||
|
|
||||||
def functions_beta():
|
|
||||||
def g_lamb(beta, lamb, lamb_p, Y3, Y4):
|
|
||||||
return lamb_p
|
|
||||||
|
|
||||||
def g_lamb_p(beta, lamb, lamb_p, Y3, Y4):
|
|
||||||
(BETA, LAMBDA, E, G,
|
|
||||||
q_3, q_2, q_1, q_0,
|
|
||||||
q_33, q_22, q_11, q_00) = q_coef(beta, lamb)
|
|
||||||
return q_3 * lamb_p ** 3 + q_2 * lamb_p ** 2 + q_1 * lamb_p + q_0
|
|
||||||
|
|
||||||
def g_Y3(beta, lamb, lamb_p, Y3, Y4):
|
|
||||||
return Y4
|
|
||||||
|
|
||||||
def g_Y4(beta, lamb, lamb_p, Y3, Y4):
|
|
||||||
(BETA, LAMBDA, E, G,
|
|
||||||
q_3, q_2, q_1, q_0,
|
|
||||||
q_33, q_22, q_11, q_00) = q_coef(beta, lamb)
|
|
||||||
return (q_33 * lamb_p ** 3 + q_22 * lamb_p ** 2 + q_11 * lamb_p + q_00) * Y3 + \
|
|
||||||
(3 * q_3 * lamb_p ** 2 + 2 * q_2 * lamb_p + q_1) * Y4
|
|
||||||
|
|
||||||
return [g_lamb, g_lamb_p, g_Y3, g_Y4]
|
|
||||||
|
|
||||||
funcs_beta = functions_beta()
|
|
||||||
|
|
||||||
for i in range(iter_max):
|
|
||||||
iterations = i + 1
|
|
||||||
|
|
||||||
startwerte = [beta_1, lamb_1, lamb_0, 0.0, 1.0]
|
|
||||||
|
|
||||||
werte = rk.verfahren(funcs_beta, startwerte, dbeta, N)
|
|
||||||
beta_end, lamb_end, lamb_p_end, Y3_end, Y4_end = werte[-1]
|
|
||||||
|
|
||||||
d_lamb_end_d_lambda0 = Y3_end
|
|
||||||
delta = lamb_end - lamb_2
|
|
||||||
|
|
||||||
if abs(delta) < epsilon:
|
|
||||||
converged = True
|
|
||||||
break
|
|
||||||
|
|
||||||
if abs(d_lamb_end_d_lambda0) < 1e-20:
|
|
||||||
raise RuntimeError("Abbruch (Ableitung ~ 0).")
|
|
||||||
|
|
||||||
max_step = 1.0
|
|
||||||
step = delta / d_lamb_end_d_lambda0
|
|
||||||
if abs(step) > max_step:
|
|
||||||
step = np.sign(step) * max_step
|
|
||||||
|
|
||||||
lamb_0 = lamb_0 - step
|
|
||||||
|
|
||||||
werte = rk.verfahren(funcs_beta, [beta_1, lamb_1, lamb_0, 0.0, 1.0], dbeta, N)
|
|
||||||
|
|
||||||
beta_arr = np.zeros(N + 1)
|
|
||||||
lamb_arr = np.zeros(N + 1)
|
|
||||||
lambda_p_arr = np.zeros(N + 1)
|
|
||||||
|
|
||||||
for i, state in enumerate(werte):
|
|
||||||
beta_arr[i] = state[0]
|
|
||||||
lamb_arr[i] = state[1]
|
|
||||||
lambda_p_arr[i] = state[2]
|
|
||||||
|
|
||||||
# Azimute
|
|
||||||
(BETA1, LAMBDA1, E1, G1,
|
|
||||||
*_) = BETA_LAMBDA(beta_arr[0], lamb_arr[0])
|
|
||||||
(BETA2, LAMBDA2, E2, G2,
|
|
||||||
*_) = BETA_LAMBDA(beta_arr[-1], lamb_arr[-1])
|
|
||||||
|
|
||||||
alpha_1 = (np.pi / 2.0) - arccot(np.sqrt(LAMBDA1 / BETA1) * lambda_p_arr[0])
|
|
||||||
alpha_2 = (np.pi / 2.0) - arccot(np.sqrt(LAMBDA2 / BETA2) * lambda_p_arr[-1])
|
|
||||||
|
|
||||||
integrand = np.zeros(N + 1)
|
|
||||||
for i in range(N + 1):
|
|
||||||
(_, _, Ei, Gi,
|
|
||||||
*_) = BETA_LAMBDA(beta_arr[i], lamb_arr[i])
|
|
||||||
integrand[i] = np.sqrt(Ei + Gi * lambda_p_arr[i] ** 2)
|
|
||||||
|
|
||||||
h = abs(dbeta) / N
|
|
||||||
if N % 2 == 0:
|
|
||||||
S = integrand[0] + integrand[-1] \
|
|
||||||
+ 4.0 * np.sum(integrand[1:-1:2]) \
|
|
||||||
+ 2.0 * np.sum(integrand[2:-1:2])
|
|
||||||
s = h / 3.0 * S
|
|
||||||
else:
|
|
||||||
s = np.trapz(integrand, dx=h)
|
|
||||||
|
|
||||||
return alpha_1, alpha_2, s
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
if __name__ == "__main__":
|
|
||||||
ell = EllipsoidTriaxial.init_name("BursaSima1980round")
|
|
||||||
beta1 = np.deg2rad(75)
|
|
||||||
lamb1 = np.deg2rad(-90)
|
|
||||||
beta2 = np.deg2rad(75)
|
|
||||||
lamb2 = np.deg2rad(66)
|
|
||||||
a1, a2, s = gha2_num(ell, beta1, lamb1, beta2, lamb2)
|
|
||||||
print(aus.gms("a1", a1, 4))
|
|
||||||
print(aus.gms("a2", a2, 4))
|
|
||||||
print(s)
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
201
GHA_triaxial/utils.py
Normal file
201
GHA_triaxial/utils.py
Normal file
@@ -0,0 +1,201 @@
|
|||||||
|
from __future__ import annotations
|
||||||
|
|
||||||
|
from typing import Tuple
|
||||||
|
|
||||||
|
import numpy as np
|
||||||
|
from numpy import arctan2, cos, sin, sqrt
|
||||||
|
from numpy.typing import NDArray
|
||||||
|
|
||||||
|
from ellipsoid_triaxial import EllipsoidTriaxial
|
||||||
|
from utils_angle import wrap_0_2pi
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def sigma2alpha(ell: EllipsoidTriaxial, sigma: NDArray, point: NDArray) -> float:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Berechnung des Azimuts an einem Punkt anhand der Ableitung zu den kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
:param ell: Ellipsoid
|
||||||
|
:param sigma: Ableitungsvektor ver kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
:param point: Punkt
|
||||||
|
:return: Azimuts
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
p, q = pq_ell(ell, point)
|
||||||
|
P = float(p @ sigma)
|
||||||
|
Q = float(q @ sigma)
|
||||||
|
|
||||||
|
alpha = arctan2(P, Q)
|
||||||
|
return wrap_0_2pi(alpha)
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def alpha_para2ell(ell: EllipsoidTriaxial, u: float, v: float, alpha_para: float) -> Tuple[float, float, float]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Umrechnung des Azimuts bezogen auf parametrische Koordinaten zu ellipsoidischen
|
||||||
|
:param ell: Ellipsoid
|
||||||
|
:param u: parametrische Breite
|
||||||
|
:param v: parametrische Länge
|
||||||
|
:param alpha_para: Azimut bezogen auf parametrische Koordinaten
|
||||||
|
:return: Azimut bezogen auf ellipsoidische Koordinaten
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
point = ell.para2cart(u, v)
|
||||||
|
beta, lamb = ell.para2ell(u, v)
|
||||||
|
|
||||||
|
p_para, q_para = pq_para(ell, point)
|
||||||
|
sigma_para = p_para * sin(alpha_para) + q_para * cos(alpha_para)
|
||||||
|
|
||||||
|
p_ell, q_ell = pq_ell(ell, point)
|
||||||
|
alpha_ell = arctan2(p_ell @ sigma_para, q_ell @ sigma_para)
|
||||||
|
sigma_ell = p_ell * sin(alpha_ell) + q_ell * cos(alpha_ell)
|
||||||
|
|
||||||
|
if np.linalg.norm(sigma_para - sigma_ell) > 1e-7:
|
||||||
|
raise Exception("alpha_para2ell: Differenz in den Richtungsableitungen")
|
||||||
|
|
||||||
|
return beta, lamb, wrap_0_2pi(alpha_ell)
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def alpha_ell2para(ell: EllipsoidTriaxial, beta: float, lamb: float, alpha_ell: float) -> Tuple[float, float, float]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Umrechnung des Azimuts bezogen auf ellipsoidische Koordinaten zu parametrischen
|
||||||
|
:param ell: Ellipsoid
|
||||||
|
:param beta: ellipsoidische Breite
|
||||||
|
:param lamb: ellipsoidische Länge
|
||||||
|
:param alpha_ell: Azimut bezogen auf ellipsoidische Koordinaten
|
||||||
|
:return: Azimut bezogen auf parametrische Koordinaten
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
point = ell.ell2cart(beta, lamb)
|
||||||
|
u, v = ell.ell2para(beta, lamb)
|
||||||
|
|
||||||
|
p_ell, q_ell = pq_ell(ell, point)
|
||||||
|
sigma_ell = p_ell * sin(alpha_ell) + q_ell * cos(alpha_ell)
|
||||||
|
|
||||||
|
p_para, q_para = pq_para(ell, point)
|
||||||
|
alpha_para = arctan2(p_para @ sigma_ell, q_para @ sigma_ell)
|
||||||
|
sigma_para = p_para * sin(alpha_para) + q_para * cos(alpha_para)
|
||||||
|
|
||||||
|
if np.linalg.norm(sigma_para - sigma_ell) > 1e-7:
|
||||||
|
raise Exception("alpha_ell2para: Differenz in den Richtungsableitungen")
|
||||||
|
|
||||||
|
return u, v, wrap_0_2pi(alpha_para)
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def func_sigma_ell(ell: EllipsoidTriaxial, point: NDArray, alpha_ell: float) -> NDArray:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Berechnung der Richtungsableitungen in kartesischen Koordinaten aus ellipsoidischem Azimut
|
||||||
|
Panou (2019) [6]
|
||||||
|
:param ell: Ellipsoid
|
||||||
|
:param point: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
:param alpha_ell: ellipsoidischer Azimut
|
||||||
|
:return: Richtungsableitungen in kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
p, q = pq_ell(ell, point)
|
||||||
|
sigma = p * sin(alpha_ell) + q * cos(alpha_ell)
|
||||||
|
return sigma
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def func_sigma_para(ell: EllipsoidTriaxial, point: NDArray, alpha_para: float) -> NDArray:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Berechnung der Richtungsableitungen in kartesischen Koordinaten aus parametischem Azimut
|
||||||
|
Panou, Korakitis (2019) [6]
|
||||||
|
:param ell: Ellipsoid
|
||||||
|
:param point: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
:param alpha_para: parametrischer Azimut
|
||||||
|
:return: Richtungsableitungen in kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
p, q = pq_para(ell, point)
|
||||||
|
sigma = p * sin(alpha_para) + q * cos(alpha_para)
|
||||||
|
return sigma
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def louville_constant(ell: EllipsoidTriaxial, p0: NDArray, alpha_ell: float) -> float:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Berechnung der Louville Konstanten
|
||||||
|
Panou, Korakitis (2019) [6]
|
||||||
|
:param ell: Ellipsoid
|
||||||
|
:param p0: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
:param alpha_ell: ellipsoidischer Azimut
|
||||||
|
:return:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
beta, lamb = ell.cart2ell(p0)
|
||||||
|
l = ell.Ey**2 * cos(beta)**2 * sin(alpha_ell)**2 - ell.Ee**2 * sin(lamb)**2 * cos(alpha_ell)**2
|
||||||
|
return l
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def pq_ell(ell: EllipsoidTriaxial, point: NDArray) -> Tuple[NDArray, NDArray]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Berechnung von p (Tangente entlang konstantem beta) und q (Tangente entlang konstantem lambda)
|
||||||
|
Panou, Korakitits (2019) [5f.]
|
||||||
|
:param ell: Ellipsoid
|
||||||
|
:param point: Punkt
|
||||||
|
:return: p und q
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
n = ell.func_n(point)
|
||||||
|
|
||||||
|
beta, lamb = ell.cart2ell(point)
|
||||||
|
if abs(cos(beta)) < 1e-15 and abs(np.sin(lamb)) < 1e-15:
|
||||||
|
if beta > 0:
|
||||||
|
p = np.array([0, -1, 0])
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
p = np.array([0, 1, 0])
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
B = ell.Ex ** 2 * cos(beta) ** 2 + ell.Ee ** 2 * sin(beta) ** 2
|
||||||
|
L = ell.Ex ** 2 - ell.Ee ** 2 * cos(lamb) ** 2
|
||||||
|
|
||||||
|
_, t2 = ell.func_t12(point)
|
||||||
|
|
||||||
|
F = ell.Ey ** 2 * cos(beta) ** 2 + ell.Ee ** 2 * sin(lamb) ** 2
|
||||||
|
p1 = -sqrt(L / (F * t2)) * ell.ax / ell.Ex * sqrt(B) * sin(lamb)
|
||||||
|
p2 = sqrt(L / (F * t2)) * ell.ay * cos(beta) * cos(lamb)
|
||||||
|
p3 = 1 / sqrt(F * t2) * (ell.b * ell.Ee ** 2) / (2 * ell.Ex) * sin(beta) * sin(2 * lamb)
|
||||||
|
p = np.array([p1, p2, p3])
|
||||||
|
p = p / np.linalg.norm(p)
|
||||||
|
q = np.array([n[1] * p[2] - n[2] * p[1],
|
||||||
|
n[2] * p[0] - n[0] * p[2],
|
||||||
|
n[0] * p[1] - n[1] * p[0]])
|
||||||
|
q = q / np.linalg.norm(q)
|
||||||
|
|
||||||
|
return p, q
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def pq_para(ell: EllipsoidTriaxial, point: NDArray) -> Tuple[NDArray, NDArray]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Berechnung von p (Tangente entlang konstantem u) und q (Tangente entlang konstantem v)
|
||||||
|
Panou, Korakitits (2020)
|
||||||
|
:param ell: Ellipsoid
|
||||||
|
:param point: Punkt
|
||||||
|
:return: p und q
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
n = ell.func_n(point)
|
||||||
|
u, v = ell.cart2para(point)
|
||||||
|
|
||||||
|
# 41-47
|
||||||
|
G = sqrt(1 - ell.ex ** 2 * cos(u) ** 2 - ell.ee ** 2 * sin(u) ** 2 * sin(v) ** 2)
|
||||||
|
q = np.array([-1 / G * sin(u) * cos(v),
|
||||||
|
-1 / G * sqrt(1 - ell.ee ** 2) * sin(u) * sin(v),
|
||||||
|
1 / G * sqrt(1 - ell.ex ** 2) * cos(u)])
|
||||||
|
p = np.array([q[1] * n[2] - q[2] * n[1],
|
||||||
|
q[2] * n[0] - q[0] * n[2],
|
||||||
|
q[0] * n[1] - q[1] * n[0]])
|
||||||
|
|
||||||
|
p = p / np.linalg.norm(p)
|
||||||
|
q = q / np.linalg.norm(q)
|
||||||
|
|
||||||
|
return p, q
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def jacobi_konstante(beta: float, omega: float, alpha: float, ell: EllipsoidTriaxial) -> float:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Jacobi-Konstante nach Karney (2025), Gl. (14)
|
||||||
|
:param beta: Beta Koordinate
|
||||||
|
:param omega: Omega Koordinate
|
||||||
|
:param alpha: Azimut alpha
|
||||||
|
:param ell: Ellipsoid
|
||||||
|
:return: Jacobi-Konstante
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
gamma_jacobi = float((ell.k ** 2) * (np.cos(beta) ** 2) * (np.sin(alpha) ** 2) - (ell.k_ ** 2) * (np.sin(omega) ** 2) * (np.cos(alpha) ** 2))
|
||||||
|
return gamma_jacobi
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
if __name__ == "__main__":
|
||||||
|
ell = EllipsoidTriaxial.init_name("KarneyTest2024")
|
||||||
|
alpha_para = 0
|
||||||
|
u, v = ell.ell2para(np.pi/2, 0)
|
||||||
|
alpha_ell = alpha_para2ell(ell, u, v, alpha_para)
|
||||||
|
pass
|
||||||
@@ -1,62 +0,0 @@
|
|||||||
def verfahren(funktionen: list, startwerte: list, weite: float, schritte: int) -> list:
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
Runge-Kutta-Verfahren für ein beliebiges DGLS
|
|
||||||
:param funktionen: Liste mit allen Funktionen
|
|
||||||
:param startwerte: Liste mit allen Startwerten der Variablen
|
|
||||||
:param weite: gesamte Weite über die integriert werden soll
|
|
||||||
:param schritte: Anzahl der Schritte über die gesamte Weite
|
|
||||||
:return: Liste mit Listen für alle Wertepaare
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
h = weite / schritte
|
|
||||||
werte = [startwerte]
|
|
||||||
for i in range(schritte):
|
|
||||||
|
|
||||||
zuschlaege_grob = zuschlaege(funktionen, werte[-1], h)
|
|
||||||
werte_grob = [werte[-1][j] if j == 0 else werte[-1][j] + zuschlaege_grob[j - 1]
|
|
||||||
for j in range(len(startwerte))]
|
|
||||||
|
|
||||||
zuschlaege_fein_1 = zuschlaege(funktionen, werte[-1], h / 2)
|
|
||||||
werte_fein_1 = [werte[-1][j] + h/2 if j == 0 else werte[-1][j]+zuschlaege_fein_1[j-1]
|
|
||||||
for j in range(len(startwerte))]
|
|
||||||
|
|
||||||
zuschlaege_fein_2 = zuschlaege(funktionen, werte_fein_1, h / 2)
|
|
||||||
werte_fein_2 = [werte_fein_1[j] + h/2 if j == 0 else werte_fein_1[j]+zuschlaege_fein_2[j-1]
|
|
||||||
for j in range(len(startwerte))]
|
|
||||||
|
|
||||||
werte_korr = [werte_fein_2[j] if j == 0 else werte_fein_2[j] + 1/15 * (werte_fein_2[j] - werte_grob[j])
|
|
||||||
for j in range(len(startwerte))]
|
|
||||||
|
|
||||||
werte.append(werte_korr)
|
|
||||||
return werte
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def zuschlaege(funktionen: list, startwerte: list, h: float) -> list:
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
Berechnung der Zuschläge eines einzelnen Schritts
|
|
||||||
:param funktionen: Liste mit allen Funktionen
|
|
||||||
:param startwerte: Liste mit allen Startwerten der Variablen
|
|
||||||
:param h: Schrittweite
|
|
||||||
:return: Liste mit Zuschlägen für die einzelnen Variablen
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
werte = [wert for wert in startwerte]
|
|
||||||
|
|
||||||
k1 = [h * funktion(*werte) for funktion in funktionen]
|
|
||||||
|
|
||||||
werte = [startwerte[i] + (h / 2 if i == 0 else k1[i - 1] / 2)
|
|
||||||
for i in range(len(startwerte))]
|
|
||||||
|
|
||||||
k2 = [h * funktion(*werte) for funktion in funktionen]
|
|
||||||
|
|
||||||
werte = [startwerte[i] + (h / 2 if i == 0 else k2[i - 1] / 2)
|
|
||||||
for i in range(len(startwerte))]
|
|
||||||
|
|
||||||
k3 = [h * funktion(*werte) for funktion in funktionen]
|
|
||||||
|
|
||||||
werte = [startwerte[i] + (h if i == 0 else k3[i - 1])
|
|
||||||
for i in range(len(startwerte))]
|
|
||||||
|
|
||||||
k4 = [h * funktion(*werte) for funktion in funktionen]
|
|
||||||
|
|
||||||
k_ = [(k1[i] + 2 * k2[i] + 2 * k3[i] + k4[i]) / 6 for i in range(len(k1))]
|
|
||||||
|
|
||||||
return k_
|
|
||||||
@@ -1,46 +0,0 @@
|
|||||||
def f(xi, yi):
|
|
||||||
ys = xi + yi
|
|
||||||
return ys
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
# Gegeben:
|
|
||||||
x0 = 0
|
|
||||||
y0 = 0
|
|
||||||
h = 0.2
|
|
||||||
xmax = 0.4
|
|
||||||
Ey = 0.0001
|
|
||||||
|
|
||||||
x = [x0]
|
|
||||||
y = [[y0]]
|
|
||||||
|
|
||||||
n = 0
|
|
||||||
while x[-1] < xmax:
|
|
||||||
x.append(x[-1]+h)
|
|
||||||
fn = f(x[n], y[n][-1])
|
|
||||||
if n == 0:
|
|
||||||
y_neu = y[n][-1] + h * fn
|
|
||||||
else:
|
|
||||||
y_neu = y[n-1][-1] + 2*h * fn
|
|
||||||
y.append([y_neu])
|
|
||||||
dy = 1
|
|
||||||
while dy > Ey:
|
|
||||||
y_neu = y[n][-1] + h/2 * (fn + f(x[n+1], y[n+1][-1]))
|
|
||||||
y[-1].append(y_neu)
|
|
||||||
dy = abs(y[-1][-2]-y[-1][-1])
|
|
||||||
n += 1
|
|
||||||
|
|
||||||
print(x)
|
|
||||||
print(y)
|
|
||||||
|
|
||||||
werte = []
|
|
||||||
for i in range(len(x)):
|
|
||||||
werte.append((x[i], y[i][-1]))
|
|
||||||
|
|
||||||
for paar in werte:
|
|
||||||
print(f"({round(paar[0], 5)}, {round(paar[1], 5)})")
|
|
||||||
|
|
||||||
integral = 0
|
|
||||||
for i in range(len(werte)-1):
|
|
||||||
integral += (werte[i+1][1]+werte[i][1])/2 * (werte[i+1][0]-werte[i][0])
|
|
||||||
|
|
||||||
print(f"Integral = {round(integral, 5)}")
|
|
||||||
@@ -1,7 +0,0 @@
|
|||||||
import num_int_runge_kutta as rk
|
|
||||||
|
|
||||||
f = lambda ti, xi, yi: yi - ti
|
|
||||||
g = lambda ti, xi, yi: xi + yi
|
|
||||||
|
|
||||||
funktionswerte = rk.verfahren([f, g], [0, 0, 1], 0.6, 3)
|
|
||||||
print(funktionswerte)
|
|
||||||
@@ -1,6 +0,0 @@
|
|||||||
import num_int_runge_kutta as rk
|
|
||||||
|
|
||||||
f = lambda xi, yi: xi + yi
|
|
||||||
|
|
||||||
funktionswerte = rk.verfahren([f], [0, 0], 1, 5)
|
|
||||||
print(funktionswerte)
|
|
||||||
@@ -1,10 +0,0 @@
|
|||||||
import numpy as np
|
|
||||||
import num_int_runge_kutta as rk
|
|
||||||
|
|
||||||
f = lambda ti, ui, phii: -4 * np.sin(phii)
|
|
||||||
g = lambda ti, ui, phii: ui
|
|
||||||
|
|
||||||
funktionswerte = rk.verfahren([f, g], [0, 1, 0], 0.6, 3)
|
|
||||||
|
|
||||||
for wert in funktionswerte:
|
|
||||||
print(f"t = {round(wert[0],1)}s -> phi = {round(wert[2],5)}, phip = {round(wert[1],5)}, v = {round(2.45 * wert[1],5)}")
|
|
||||||
@@ -1,7 +0,0 @@
|
|||||||
import num_int_runge_kutta as rk
|
|
||||||
|
|
||||||
f = lambda xi, yi, ui: ui
|
|
||||||
g = lambda xi, yi, ui: 4 * ui - 4 * yi
|
|
||||||
|
|
||||||
funktionswerte = rk.verfahren([f, g], [0, 0, 1], 0.6, 2)
|
|
||||||
print(funktionswerte)
|
|
||||||
BIN
assets/favicon.ico
Normal file
BIN
assets/favicon.ico
Normal file
Binary file not shown.
|
After Width: | Height: | Size: 7.2 KiB |
@@ -21,5 +21,5 @@ def gms(name: str, rad: float, stellen: int) -> str:
|
|||||||
:param stellen: Anzahl Nachkommastellen
|
:param stellen: Anzahl Nachkommastellen
|
||||||
:return: String zur Ausgabe des Winkels
|
:return: String zur Ausgabe des Winkels
|
||||||
"""
|
"""
|
||||||
gms = wu.rad2gms(rad)
|
values = wu.rad2gms(rad)
|
||||||
return f"{name} = {int(gms[0])}° {int(gms[1])}' {round(gms[2],stellen):.{stellen}f}''"
|
return f"{name} = {int(values[0])}° {int(values[1])}' {round(values[2], stellen):.{stellen}f}''"
|
||||||
|
|||||||
1482
dashboard.py
Normal file
1482
dashboard.py
Normal file
File diff suppressed because it is too large
Load Diff
384
dashborad.py
384
dashborad.py
@@ -1,384 +0,0 @@
|
|||||||
from dash import Dash, html, dcc, Input, Output, State, no_update
|
|
||||||
import dash
|
|
||||||
import plotly.graph_objects as go
|
|
||||||
import numpy as np
|
|
||||||
|
|
||||||
from GHA_triaxial.panou import gha1_ana
|
|
||||||
from GHA_triaxial.panou_2013_2GHA_num import gha2_num
|
|
||||||
from ellipsoide import EllipsoidTriaxial
|
|
||||||
import winkelumrechnungen as wu
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
app = Dash(__name__, suppress_callback_exceptions=True)
|
|
||||||
app.title = "Geodätische Hauptaufgaben"
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def abplattung(a, b):
|
|
||||||
return (a - b) / a
|
|
||||||
|
|
||||||
def ellipsoid_figure(ax, ay, b, pts=None, lines=None, title="Dreiachsiges Ellipsoid"):
|
|
||||||
u = np.linspace(-np.pi/2, np.pi/2, 80)
|
|
||||||
v = np.linspace(-np.pi, np.pi, 160)
|
|
||||||
U, V = np.meshgrid(u, v)
|
|
||||||
X = ax * np.cos(U) * np.cos(V)
|
|
||||||
Y = ay * np.cos(U) * np.sin(V)
|
|
||||||
Z = b * np.sin(U)
|
|
||||||
|
|
||||||
fig = go.Figure()
|
|
||||||
fig.add_trace(go.Surface(
|
|
||||||
x=X, y=Y, z=Z, showscale=False, opacity=0.7,
|
|
||||||
surfacecolor=np.zeros_like(X),
|
|
||||||
colorscale=[[0, "rgb(200,220,255)"], [1, "rgb(200,220,255)"]],
|
|
||||||
name="Ellipsoid"
|
|
||||||
))
|
|
||||||
|
|
||||||
meridians_deg = np.arange(0, 360, 15)
|
|
||||||
lat_line = np.linspace(-np.pi/2, np.pi/2, 240)
|
|
||||||
for lon_deg in meridians_deg:
|
|
||||||
lam = np.deg2rad(lon_deg)
|
|
||||||
phi = lat_line
|
|
||||||
xm = ax * np.cos(phi) * np.cos(lam)
|
|
||||||
ym = ay * np.cos(phi) * np.sin(lam)
|
|
||||||
zm = b * np.sin(phi)
|
|
||||||
fig.add_trace(go.Scatter3d(
|
|
||||||
x=xm, y=ym, z=zm, mode="lines",
|
|
||||||
line=dict(width=1, color="black"),
|
|
||||||
showlegend=False
|
|
||||||
))
|
|
||||||
parallels_deg = np.arange(-75, 90, 15)
|
|
||||||
lon_line = np.linspace(0, 2*np.pi, 360)
|
|
||||||
for lat_deg in parallels_deg:
|
|
||||||
phi = np.deg2rad(lat_deg)
|
|
||||||
lam = lon_line
|
|
||||||
xp = ax * np.cos(phi) * np.cos(lam)
|
|
||||||
yp = ay * np.cos(phi) * np.sin(lam)
|
|
||||||
zp = b * np.sin(phi) * np.ones_like(lam)
|
|
||||||
fig.add_trace(go.Scatter3d(
|
|
||||||
x=xp, y=yp, z=zp, mode="lines",
|
|
||||||
line=dict(width=1, color="black"),
|
|
||||||
showlegend=False
|
|
||||||
))
|
|
||||||
|
|
||||||
if pts:
|
|
||||||
for name, (px, py, pz), color in pts:
|
|
||||||
fig.add_trace(go.Scatter3d(
|
|
||||||
x=[px], y=[py], z=[pz],
|
|
||||||
mode="markers+text",
|
|
||||||
marker=dict(size=6, color=color),
|
|
||||||
text=[name], textposition="top center",
|
|
||||||
name=name, showlegend=False
|
|
||||||
))
|
|
||||||
|
|
||||||
if lines:
|
|
||||||
for (p1, p2) in lines:
|
|
||||||
xline = [p1[0], p2[0]]
|
|
||||||
yline = [p1[1], p2[1]]
|
|
||||||
zline = [p1[2], p2[2]]
|
|
||||||
fig.add_trace(go.Scatter3d(
|
|
||||||
x=xline, y=yline, z=zline,
|
|
||||||
mode="lines",
|
|
||||||
line=dict(width=4, color="red"),
|
|
||||||
showlegend=False
|
|
||||||
))
|
|
||||||
|
|
||||||
rx, ry, rz = 1.05*ax, 1.05*ay, 1.05*b
|
|
||||||
fig.update_layout(
|
|
||||||
title=title,
|
|
||||||
scene=dict(
|
|
||||||
xaxis=dict(range=[-rx, rx], title="X [m]"),
|
|
||||||
yaxis=dict(range=[-ry, ry], title="Y [m]"),
|
|
||||||
zaxis=dict(range=[-rz, rz], title="Z [m]"),
|
|
||||||
aspectmode="data"
|
|
||||||
),
|
|
||||||
margin=dict(l=0, r=0, t=40, b=0),
|
|
||||||
)
|
|
||||||
return fig
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
app.layout = html.Div(
|
|
||||||
style={"fontFamily": "Arial", "margin": "40px"},
|
|
||||||
children=[
|
|
||||||
html.H1("Geodätische Hauptaufgaben"),
|
|
||||||
html.H2("für dreiachsige Ellipsoide"),
|
|
||||||
|
|
||||||
html.Label("Ellipsoid wählen:"),
|
|
||||||
dcc.Dropdown(
|
|
||||||
id="my-dropdown",
|
|
||||||
options=[
|
|
||||||
{"label": "BursaFialova1993", "value": "BursaFialova1993"},
|
|
||||||
{"label": "BursaSima1980", "value": "BursaSima1980"},
|
|
||||||
{"label": "BursaSima1980round", "value": "BursaSima1980round"},
|
|
||||||
{"label": "Eitschberger1978", "value": "Eitschberger1978"},
|
|
||||||
{"label": "Bursa1972", "value": "Bursa1972"},
|
|
||||||
{"label": "Bursa1970", "value": "Bursa1970"},
|
|
||||||
{"label": "Bessel-biaxial", "value": "Bessel-biaxial"},
|
|
||||||
#{"label": "Ei", "value": "Ei"},
|
|
||||||
],
|
|
||||||
value="",
|
|
||||||
style={"width": "300px", "marginBottom": "20px"},
|
|
||||||
),
|
|
||||||
|
|
||||||
html.Label("Halbachsen:"),
|
|
||||||
dcc.Input(
|
|
||||||
id="input-1",
|
|
||||||
type="number",
|
|
||||||
placeholder="ax...",
|
|
||||||
style={"marginBottom": "10px", "display": "block", "width": "300px"},
|
|
||||||
),
|
|
||||||
dcc.Input(
|
|
||||||
id="input-2",
|
|
||||||
type="number",
|
|
||||||
placeholder="ay...",
|
|
||||||
style={"marginBottom": "10px", "display": "block", "width": "300px"},
|
|
||||||
),
|
|
||||||
dcc.Input(
|
|
||||||
id="input-3",
|
|
||||||
type="number",
|
|
||||||
placeholder="b...",
|
|
||||||
style={"marginBottom": "20px", "display": "block", "width": "300px"},
|
|
||||||
),
|
|
||||||
|
|
||||||
html.Button(
|
|
||||||
"Ellipsoid Berechnen",
|
|
||||||
id="calc-ell",
|
|
||||||
n_clicks=0,
|
|
||||||
style={"marginRight": "10px", "marginBottom": "20px"},
|
|
||||||
),
|
|
||||||
|
|
||||||
html.Div(id="output-area", style={"marginBottom": "20px"}),
|
|
||||||
|
|
||||||
dcc.Tabs(
|
|
||||||
id="tabs-GHA",
|
|
||||||
value="tab-GHA1",
|
|
||||||
style={"marginRight": "10px", "marginBottom": "20px", "width": "50%"},
|
|
||||||
children=[
|
|
||||||
dcc.Tab(label="Erste Hauptaufgabe", value="tab-GHA1"),
|
|
||||||
dcc.Tab(label="Zweite Hauptaufgabe", value="tab-GHA2"),
|
|
||||||
],
|
|
||||||
),
|
|
||||||
|
|
||||||
html.Div(
|
|
||||||
id="tabs-GHA-out",
|
|
||||||
style={"marginRight": "10px", "marginBottom": "20px", "width": "50%"},
|
|
||||||
),
|
|
||||||
|
|
||||||
html.Div(id="output-gha1", style={"marginBottom": "20px"}),
|
|
||||||
|
|
||||||
html.Div(id="output-gha2", style={"marginBottom": "20px"}),
|
|
||||||
|
|
||||||
dcc.Graph(
|
|
||||||
id="ellipsoid-plot",
|
|
||||||
style={"height": "500px", "width": "700px"},
|
|
||||||
),
|
|
||||||
|
|
||||||
html.P(
|
|
||||||
"© 2025",
|
|
||||||
style={
|
|
||||||
"margin": 0,
|
|
||||||
"fontSize": "12px",
|
|
||||||
"color": "gray",
|
|
||||||
"textAlign": "center",
|
|
||||||
"padding": "5px 0",
|
|
||||||
},
|
|
||||||
),
|
|
||||||
],
|
|
||||||
)
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
@app.callback(
|
|
||||||
Output("input-1", "value"),
|
|
||||||
Output("input-2", "value"),
|
|
||||||
Output("input-3", "value"),
|
|
||||||
Input("my-dropdown", "value"),
|
|
||||||
)
|
|
||||||
def fill_inputs_from_dropdown(selected_ell):
|
|
||||||
if not selected_ell:
|
|
||||||
return None, None, None
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
ell = EllipsoidTriaxial.init_name(selected_ell)
|
|
||||||
ax = ell.ax
|
|
||||||
ay = ell.ay
|
|
||||||
b = ell.b
|
|
||||||
return ax, ay, b
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
@app.callback(
|
|
||||||
Output("output-area", "children"),
|
|
||||||
Input("calc-ell", "n_clicks"),
|
|
||||||
State("input-1", "value"),
|
|
||||||
State("input-3", "value"),
|
|
||||||
)
|
|
||||||
def update_output(n_clicks, ax, b):
|
|
||||||
if not n_clicks or ax is None or b is None:
|
|
||||||
return ""
|
|
||||||
f = abplattung(ax, b)
|
|
||||||
return f"Abplattung f = {f:.10e}"
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
@app.callback(
|
|
||||||
Output("tabs-GHA-out", "children"),
|
|
||||||
Input("tabs-GHA", "value"),
|
|
||||||
)
|
|
||||||
def render_content(tab):
|
|
||||||
show1 = {"display": "block"} if tab == "tab-GHA1" else {"display": "none"}
|
|
||||||
show2 = {"display": "block"} if tab == "tab-GHA2" else {"display": "none"}
|
|
||||||
|
|
||||||
pane_gha1 = html.Div(
|
|
||||||
[
|
|
||||||
dcc.Input(id="input-GHA1-beta1", type="number", placeholder="β1...[°]",
|
|
||||||
style={"marginBottom": "20px", "display": "block", "width": "300px"}),
|
|
||||||
dcc.Input(id="input-GHA1-lamb1", type="number", placeholder="λ1...[°]",
|
|
||||||
style={"marginBottom": "20px", "display": "block", "width": "300px"}),
|
|
||||||
dcc.Input(id="input-GHA1-s", type="number", placeholder="s...[m]",
|
|
||||||
style={"marginBottom": "20px", "display": "block", "width": "300px"}),
|
|
||||||
dcc.Input(id="input-GHA1-a", type="number", placeholder="α...[°]",
|
|
||||||
style={"marginBottom": "20px", "display": "block", "width": "300px"}),
|
|
||||||
|
|
||||||
dcc.Checklist(
|
|
||||||
id="method-checklist-1",
|
|
||||||
options=[
|
|
||||||
{"label": "Analytisch", "value": "analytisch"},
|
|
||||||
{"label": "Numerisch", "value": "numerisch"},
|
|
||||||
{"label": "Stochastisch (ES)", "value": "stochastisch"},
|
|
||||||
],
|
|
||||||
value=[],
|
|
||||||
style={"marginBottom": "20px"},
|
|
||||||
),
|
|
||||||
html.Div(
|
|
||||||
[
|
|
||||||
html.Button(
|
|
||||||
"Berechnen",
|
|
||||||
id="button-calc-gha1",
|
|
||||||
n_clicks=0,
|
|
||||||
style={"marginRight": "10px"},
|
|
||||||
),
|
|
||||||
],
|
|
||||||
style={"marginBottom": "20px"},
|
|
||||||
),
|
|
||||||
],
|
|
||||||
id="pane-gha1",
|
|
||||||
style=show1,
|
|
||||||
)
|
|
||||||
|
|
||||||
pane_gha2 = html.Div(
|
|
||||||
[
|
|
||||||
dcc.Input(id="input-GHA2-beta1", type="number", placeholder="β1...[°]",
|
|
||||||
style={"marginBottom": "20px", "display": "block", "width": "300px"}),
|
|
||||||
dcc.Input(id="input-GHA2-lamb1", type="number", placeholder="λ1...[°]",
|
|
||||||
style={"marginBottom": "20px", "display": "block", "width": "300px"}),
|
|
||||||
dcc.Input(id="input-GHA2-beta2", type="number", placeholder="β2...[°]",
|
|
||||||
style={"marginBottom": "20px", "display": "block", "width": "300px"}),
|
|
||||||
dcc.Input(id="input-GHA2-lamb2", type="number", placeholder="λ2...[°]",
|
|
||||||
style={"marginBottom": "20px", "display": "block", "width": "300px"}),
|
|
||||||
|
|
||||||
dcc.Checklist(
|
|
||||||
id="method-checklist-2",
|
|
||||||
options=[
|
|
||||||
{"label": "Analytisch", "value": "analytisch"},
|
|
||||||
{"label": "Numerisch", "value": "numerisch"},
|
|
||||||
{"label": "Stochastisch (ES)", "value": "stochastisch"},
|
|
||||||
],
|
|
||||||
value=[],
|
|
||||||
style={"marginBottom": "20px"},
|
|
||||||
),
|
|
||||||
html.Div(
|
|
||||||
[
|
|
||||||
html.Button(
|
|
||||||
"Berechnen",
|
|
||||||
id="button-calc-gha2",
|
|
||||||
n_clicks=0,
|
|
||||||
style={"marginRight": "10px"},
|
|
||||||
),
|
|
||||||
],
|
|
||||||
style={"marginBottom": "20px"},
|
|
||||||
),
|
|
||||||
],
|
|
||||||
id="pane-gha2",
|
|
||||||
style=show2,
|
|
||||||
)
|
|
||||||
|
|
||||||
return html.Div([pane_gha1, pane_gha2])
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
@app.callback(
|
|
||||||
Output("output-gha1", "children"),
|
|
||||||
Output("output-gha2", "children"),
|
|
||||||
Output("ellipsoid-plot", "figure"),
|
|
||||||
Input("button-calc-gha1", "n_clicks"),
|
|
||||||
Input("button-calc-gha2", "n_clicks"),
|
|
||||||
State("input-GHA1-beta1", "value"),
|
|
||||||
State("input-GHA1-lamb1", "value"),
|
|
||||||
State("input-GHA1-s", "value"),
|
|
||||||
State("input-GHA1-a", "value"),
|
|
||||||
State("input-GHA2-beta1", "value"),
|
|
||||||
State("input-GHA2-lamb1", "value"),
|
|
||||||
State("input-GHA2-beta2", "value"),
|
|
||||||
State("input-GHA2-lamb2", "value"),
|
|
||||||
State("my-dropdown", "value"),
|
|
||||||
prevent_initial_call=True,
|
|
||||||
)
|
|
||||||
def calc_and_plot(n1, n2,
|
|
||||||
beta11, lamb11, s, a_deg,
|
|
||||||
beta1, lamb1, beta2, lamb2,
|
|
||||||
ell_name):
|
|
||||||
|
|
||||||
if not (n1 or n2):
|
|
||||||
return no_update, no_update, no_update
|
|
||||||
|
|
||||||
if not ell_name:
|
|
||||||
return "Bitte Ellipsoid wählen.", "", go.Figure()
|
|
||||||
|
|
||||||
ell = EllipsoidTriaxial.init_name(ell_name)
|
|
||||||
|
|
||||||
if dash.ctx.triggered_id == "button-calc-gha1":
|
|
||||||
if None in (beta11, lamb11, s, a_deg):
|
|
||||||
return "Bitte β₁, λ₁, s und α eingeben.", "", go.Figure()
|
|
||||||
|
|
||||||
beta_rad = wu.deg2rad(float(beta11))
|
|
||||||
lamb_rad = wu.deg2rad(float(lamb11))
|
|
||||||
alpha_rad = wu.deg2rad(float(a_deg))
|
|
||||||
s_val = float(s)
|
|
||||||
|
|
||||||
p1 = tuple(map(float, ell.ell2cart(beta_rad, lamb_rad)))
|
|
||||||
|
|
||||||
x2, y2, z2 = gha1_ana(ell, p1, alpha_rad, s_val, 70)
|
|
||||||
p2 = (float(x2), float(y2), float(z2))
|
|
||||||
|
|
||||||
fig = ellipsoid_figure(
|
|
||||||
ell.ax, ell.ay, ell.b,
|
|
||||||
pts=[("P1", p1, "black"), ("P2", p2, "red")],
|
|
||||||
lines=[(p1, p2)],
|
|
||||||
title="Erste Hauptaufgabe - analystisch"
|
|
||||||
)
|
|
||||||
|
|
||||||
out1 = f"x₂={p2[0]:.3f}, y₂={p2[1]:.3f}, z₂={p2[2]:.3f}"
|
|
||||||
return out1, "", fig
|
|
||||||
|
|
||||||
if dash.ctx.triggered_id == "button-calc-gha2":
|
|
||||||
if None in (beta1, lamb1, beta2, lamb2):
|
|
||||||
return "", "Bitte β₁, λ₁, β₂, λ₂ eingeben.", go.Figure()
|
|
||||||
|
|
||||||
alpha_1, alpha_2, s12 = gha2_num(
|
|
||||||
ell,
|
|
||||||
np.deg2rad(float(beta1)), np.deg2rad(float(lamb1)),
|
|
||||||
np.deg2rad(float(beta2)), np.deg2rad(float(lamb2))
|
|
||||||
)
|
|
||||||
|
|
||||||
p1 = tuple(ell.ell2cart(np.deg2rad(float(beta1)), np.deg2rad(float(lamb1))))
|
|
||||||
p2 = tuple(ell.ell2cart(np.deg2rad(float(beta2)), np.deg2rad(float(lamb2))))
|
|
||||||
|
|
||||||
fig = ellipsoid_figure(
|
|
||||||
ell.ax, ell.ay, ell.b,
|
|
||||||
pts=[("P1", p1, "black"), ("P2", p2, "red")],
|
|
||||||
lines=[(p1, p2)],
|
|
||||||
title=f"Zweite Hauptaufgabe - numerisch"
|
|
||||||
)
|
|
||||||
out2 = f"a₁₂={np.rad2deg(alpha_1):.6f}°, a₂₁={np.rad2deg(alpha_2):.6f}°, s={s12:.4f} m"
|
|
||||||
return "", out2, fig
|
|
||||||
|
|
||||||
return no_update, no_update, no_update
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
if __name__ == "__main__":
|
|
||||||
app.run(debug=False)
|
|
||||||
733
ellipsoid_triaxial.py
Normal file
733
ellipsoid_triaxial.py
Normal file
@@ -0,0 +1,733 @@
|
|||||||
|
import math
|
||||||
|
from typing import Tuple
|
||||||
|
|
||||||
|
import numpy as np
|
||||||
|
from numpy import arccos, arctan, arctan2, cos, pi, sin, sqrt
|
||||||
|
from numpy.typing import NDArray
|
||||||
|
|
||||||
|
import jacobian_Ligas
|
||||||
|
from utils_angle import wrap_mhalfpi_halfpi, wrap_mpi_pi
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
class EllipsoidTriaxial:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Klasse für dreiachsige Ellipsoide
|
||||||
|
Parameter: Formparameter
|
||||||
|
Funktionen: Koordinatenumrechnungen
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
def __init__(self, ax: float, ay: float, b: float):
|
||||||
|
self.ax = ax
|
||||||
|
self.ay = ay
|
||||||
|
self.b = b
|
||||||
|
self.ex = sqrt((self.ax**2 - self.b**2) / self.ax**2)
|
||||||
|
self.ey = sqrt((self.ay**2 - self.b**2) / self.ay**2)
|
||||||
|
self.ee = sqrt((self.ax**2 - self.ay**2) / self.ax**2)
|
||||||
|
self.ex_ = sqrt((self.ax**2 - self.b**2) / self.b**2)
|
||||||
|
self.ey_ = sqrt((self.ay**2 - self.b**2) / self.b**2)
|
||||||
|
self.ee_ = sqrt((self.ax**2 - self.ay**2) / self.ay**2)
|
||||||
|
self.Ex = sqrt(self.ax**2 - self.b**2)
|
||||||
|
self.Ey = sqrt(self.ay**2 - self.b**2)
|
||||||
|
self.Ee = sqrt(self.ax**2 - self.ay**2)
|
||||||
|
nenner = sqrt(max(self.ax * self.ax - self.b * self.b, 0.0))
|
||||||
|
self.k = sqrt(max(self.ay * self.ay - self.b * self.b, 0.0)) / nenner
|
||||||
|
self.k_ = sqrt(max(self.ax * self.ax - self.ay * self.ay, 0.0)) / nenner
|
||||||
|
self.e = sqrt(max(self.ax * self.ax - self.b * self.b, 0.0)) / self.ay
|
||||||
|
|
||||||
|
@classmethod
|
||||||
|
def init_name(cls, name: str) -> EllipsoidTriaxial:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Mögliche Ellipsoide: BursaSima1980round, KarneyTest2024, Fiction, BursaFialova1993, BursaSima1980, Eitschberger1978, Bursa1972,
|
||||||
|
Bursa1970
|
||||||
|
Panou et al (2020)
|
||||||
|
:param name: Name des dreiachsigen Ellipsoids
|
||||||
|
:return: dreiachsiger Ellipsoid
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
if name == "BursaFialova1993":
|
||||||
|
ax = 6378171.36
|
||||||
|
ay = 6378101.61
|
||||||
|
b = 6356751.84
|
||||||
|
return cls(ax, ay, b)
|
||||||
|
elif name == "BursaSima1980":
|
||||||
|
ax = 6378172
|
||||||
|
ay = 6378102.7
|
||||||
|
b = 6356752.6
|
||||||
|
return cls(ax, ay, b)
|
||||||
|
elif name == "BursaSima1980round":
|
||||||
|
# Panou 2013
|
||||||
|
ax = 6378172
|
||||||
|
ay = 6378103
|
||||||
|
b = 6356753
|
||||||
|
return cls(ax, ay, b)
|
||||||
|
elif name == "Eitschberger1978":
|
||||||
|
ax = 6378173.435
|
||||||
|
ay = 6378103.9
|
||||||
|
b = 6356754.4
|
||||||
|
return cls(ax, ay, b)
|
||||||
|
elif name == "Bursa1972":
|
||||||
|
ax = 6378173
|
||||||
|
ay = 6378104
|
||||||
|
b = 6356754
|
||||||
|
return cls(ax, ay, b)
|
||||||
|
elif name == "Bursa1970":
|
||||||
|
ax = 6378173
|
||||||
|
ay = 6378105
|
||||||
|
b = 6356754
|
||||||
|
return cls(ax, ay, b)
|
||||||
|
elif name == "Fiction":
|
||||||
|
ax = 6000000
|
||||||
|
ay = 4000000
|
||||||
|
b = 2000000
|
||||||
|
return cls(ax, ay, b)
|
||||||
|
elif name == "KarneyTest2024":
|
||||||
|
ax = sqrt(2)
|
||||||
|
ay = 1
|
||||||
|
b = 1 / sqrt(2)
|
||||||
|
return cls(ax, ay, b)
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
raise Exception(f"EllipsoidTriaxial.init_name: Name {name} unbekannt")
|
||||||
|
|
||||||
|
def func_H(self, point: NDArray) -> float:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Berechnung H
|
||||||
|
Panou, Korakitis 2019 [43]
|
||||||
|
:param point: Punkt
|
||||||
|
:return: H
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
x, y, z = point
|
||||||
|
return x ** 2 + y ** 2 / (1 - self.ee ** 2) ** 2 + z ** 2 / (1 - self.ex ** 2) ** 2
|
||||||
|
|
||||||
|
def func_n(self, point: NDArray, H: float = None) -> NDArray:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Berechnung normalen Vektor
|
||||||
|
Panou, Korakitis 2019 [9-12]
|
||||||
|
:param point: Punkt
|
||||||
|
:param H:
|
||||||
|
:return:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
if H is None:
|
||||||
|
H = self.func_H(point)
|
||||||
|
sqrtH = sqrt(H)
|
||||||
|
x, y, z = point
|
||||||
|
return np.array([x / sqrtH,
|
||||||
|
y / ((1 - self.ee ** 2) * sqrtH),
|
||||||
|
z / ((1 - self.ex ** 2) * sqrtH)])
|
||||||
|
|
||||||
|
def func_t12(self, point: NDArray) -> Tuple[float, float]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Berechnung Wurzeln
|
||||||
|
Panou, Korakitis 2019 [9-12]
|
||||||
|
:param point: Punkt
|
||||||
|
:return: Wurzeln t1, t2
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
x, y, z = point
|
||||||
|
c1 = x ** 2 + y ** 2 + z ** 2 - (self.ax ** 2 + self.ay ** 2 + self.b ** 2)
|
||||||
|
c0 = (self.ax ** 2 * self.ay ** 2 + self.ax ** 2 * self.b ** 2 + self.ay ** 2 * self.b ** 2 -
|
||||||
|
(self.ay ** 2 + self.b ** 2) * x ** 2 - (self.ax ** 2 + self.b ** 2) * y ** 2 - (
|
||||||
|
self.ax ** 2 + self.ay ** 2) * z ** 2)
|
||||||
|
if c1 ** 2 - 4 * c0 < -1e-9:
|
||||||
|
raise Exception("t1, t2: Negativer Wurzelterm")
|
||||||
|
elif c1 ** 2 - 4 * c0 < 0:
|
||||||
|
t2 = 0
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
t2 = (-c1 + sqrt(c1 ** 2 - 4 * c0)) / 2
|
||||||
|
if t2 == 0:
|
||||||
|
t2 = 1e-18
|
||||||
|
t1 = c0 / t2
|
||||||
|
return t1, t2
|
||||||
|
|
||||||
|
def ellu2cart(self, beta: float, lamb: float, u: float) -> NDArray:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Panou 2014 12ff.
|
||||||
|
:param beta: ellipsoidische Breite
|
||||||
|
:param lamb: ellipsoidische Länge
|
||||||
|
:param u: radiale Koordinate entlang der kleinen Halbachse
|
||||||
|
:return: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
x = sqrt(u**2 + self.Ex**2) * sqrt(cos(beta)**2 + self.Ee**2/self.Ex**2 * sin(beta)**2) * cos(lamb)
|
||||||
|
y = sqrt(u**2 + self.Ey**2) * cos(beta) * sin(lamb)
|
||||||
|
z = u * sin(beta) * sqrt(1 - self.Ee**2/self.Ex**2 * cos(lamb)**2)
|
||||||
|
|
||||||
|
return np.array([x, y, z])
|
||||||
|
|
||||||
|
def cart2ellu(self, point: NDArray) -> Tuple[float, float, float]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Panou 2014 15ff.
|
||||||
|
:param point: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
:return: ellipsoidische Breite, ellipsoidische Länge, radiale Koordinate entlang der kleinen Halbachse
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
x, y, z = point
|
||||||
|
c2 = self.ax**2 + self.ay**2 + self.b**2 - x**2 - y**2 - z**2
|
||||||
|
c1 = (self.ax**2 * self.ay**2 + self.ax**2 * self.b**2 + self.ay**2 * self.b**2 -
|
||||||
|
(self.ay**2+self.b**2) * x**2 - (self.ax**2 + self.b**2) * y**2 - (self.ax**2 + self.ay**2) * z**2)
|
||||||
|
c0 = (self.ax**2 * self.ay**2 * self.b**2 - self.ay**2 * self.b**2 * x**2 -
|
||||||
|
self.ax**2 * self.b**2 * y**2 - self.ax**2 * self.ay**2 * z**2)
|
||||||
|
|
||||||
|
p = (c2**2 - 3*c1) / 9
|
||||||
|
q = (9*c1*c2 - 27*c0 - 2*c2**3) / 54
|
||||||
|
omega = arccos(q / sqrt(p**3))
|
||||||
|
|
||||||
|
s1 = 2 * sqrt(p) * cos(omega/3) - c2/3
|
||||||
|
s2 = 2 * sqrt(p) * cos(omega/3 - 2*pi/3) - c2/3
|
||||||
|
s3 = 2 * sqrt(p) * cos(omega/3 - 4*pi/3) - c2/3
|
||||||
|
|
||||||
|
beta = arctan(sqrt((-self.b**2 - s2) / (self.ay**2 + s2)))
|
||||||
|
if abs((-self.ay**2 - s3) / (self.ax**2 + s3)) > 1e-7:
|
||||||
|
lamb = arctan(sqrt((-self.ay**2 - s3) / (self.ax**2 + s3)))
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
lamb = 0
|
||||||
|
u = sqrt(self.b**2 + s1)
|
||||||
|
|
||||||
|
return beta, lamb, u
|
||||||
|
|
||||||
|
def ell2cart(self, beta: float | NDArray, lamb: float | NDArray) -> NDArray:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Panou, Korakitis 2019 2
|
||||||
|
:param beta: ellipsoidische Breite
|
||||||
|
:param lamb: ellipsoidische Länge
|
||||||
|
:return: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
beta = np.asarray(beta, dtype=float)
|
||||||
|
lamb = np.asarray(lamb, dtype=float)
|
||||||
|
|
||||||
|
beta, lamb = np.broadcast_arrays(beta, lamb)
|
||||||
|
|
||||||
|
beta = np.where(
|
||||||
|
np.isclose(np.abs(beta), pi / 2, atol=1e-15),
|
||||||
|
beta * 8999999999999999 / 9000000000000000,
|
||||||
|
beta
|
||||||
|
)
|
||||||
|
B = self.Ex ** 2 * cos(beta) ** 2 + self.Ee ** 2 * sin(beta) ** 2
|
||||||
|
L = self.Ex ** 2 - self.Ee ** 2 * cos(lamb) ** 2
|
||||||
|
|
||||||
|
x = self.ax / self.Ex * sqrt(B) * cos(lamb)
|
||||||
|
y = self.ay * cos(beta) * sin(lamb)
|
||||||
|
z = self.b / self.Ex * sin(beta) * sqrt(L)
|
||||||
|
|
||||||
|
xyz = np.stack((x, y, z), axis=-1)
|
||||||
|
|
||||||
|
# Pole
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||||||
|
mask_south = beta == -pi / 2
|
||||||
|
mask_north = beta == pi / 2
|
||||||
|
xyz[mask_south] = np.array([0, 0, -self.b])
|
||||||
|
xyz[mask_north] = np.array([0, 0, self.b])
|
||||||
|
|
||||||
|
# Äquator
|
||||||
|
mask_eq = beta == 0
|
||||||
|
xyz[mask_eq & (lamb == -pi / 2)] = np.array([0, -self.ay, 0])
|
||||||
|
xyz[mask_eq & (lamb == pi / 2)] = np.array([0, self.ay, 0])
|
||||||
|
xyz[mask_eq & (lamb == 0)] = np.array([self.ax, 0, 0])
|
||||||
|
xyz[mask_eq & (lamb == pi)] = np.array([-self.ax, 0, 0])
|
||||||
|
|
||||||
|
return xyz
|
||||||
|
|
||||||
|
def ell2cart_bektas(self, beta: float | NDArray, omega: float | NDArray) -> NDArray:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Bektas 2015
|
||||||
|
:param beta: ellipsoidische Breite
|
||||||
|
:param omega: ellipsoidische Länge
|
||||||
|
:return: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
x = self.ax * cos(omega) * sqrt((self.ax**2 - self.ay**2 * sin(beta)**2 - self.b**2 * cos(beta)**2) / (self.ax**2 - self.b**2))
|
||||||
|
y = self.ay * cos(beta) * sin(omega)
|
||||||
|
z = self.b * sin(beta) * sqrt((self.ax**2 * sin(omega)**2 + self.ay**2 * cos(omega)**2 - self.b**2) / (self.ax**2 - self.b**2))
|
||||||
|
|
||||||
|
return np.array([x, y, z])
|
||||||
|
|
||||||
|
def ell2cart_karney(self, beta: float | NDArray, lamb: float | NDArray) -> NDArray:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Karney 2025 Geographic Lib
|
||||||
|
:param beta: ellipsoidische Breite
|
||||||
|
:param lamb: ellipsoidische Länge
|
||||||
|
:return: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
k = sqrt(self.ay**2 - self.b**2) / sqrt(self.ax**2 - self.b**2)
|
||||||
|
k_ = sqrt(self.ax**2 - self.ay**2) / sqrt(self.ax**2 - self.b**2)
|
||||||
|
X = self.ax * cos(lamb) * sqrt(k**2*cos(beta)**2+k_**2)
|
||||||
|
Y = self.ay * cos(beta) * sin(lamb)
|
||||||
|
Z = self.b * sin(beta) * sqrt(k**2 + k_**2 * sin(lamb)**2)
|
||||||
|
return np.array([X, Y, Z])
|
||||||
|
|
||||||
|
def cart2ell_yFake(self, point: NDArray, delta_y: float = 1e-4) -> Tuple[float, float]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Bei Fehlschlagen von cart2ell
|
||||||
|
:param point: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
:param delta_y: Startwert für Suche nach kleinstmöglichem delta_y
|
||||||
|
:return: ellipsoidische Breite und Länge
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
x, y, z = point
|
||||||
|
best_delta = np.inf
|
||||||
|
while True:
|
||||||
|
try:
|
||||||
|
y1 = y - delta_y
|
||||||
|
beta1, lamb1 = self.cart2ell(np.array([x, y1, z]), noFake=True)
|
||||||
|
point1 = self.ell2cart(beta1, lamb1)
|
||||||
|
|
||||||
|
y2 = y + delta_y
|
||||||
|
beta2, lamb2 = self.cart2ell(np.array([x, y2, z]), noFake=True)
|
||||||
|
point2 = self.ell2cart(beta2, lamb2)
|
||||||
|
|
||||||
|
pointM = (point1 + point2) / 2
|
||||||
|
|
||||||
|
actual_delta = np.linalg.norm(point - pointM)
|
||||||
|
except:
|
||||||
|
actual_delta = np.inf
|
||||||
|
|
||||||
|
if actual_delta < best_delta:
|
||||||
|
best_delta = actual_delta
|
||||||
|
delta_y /= 10
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
delta_y *= 10
|
||||||
|
|
||||||
|
y1 = y - delta_y
|
||||||
|
beta1, lamb1 = self.cart2ell(np.array([x, y1, z]), noFake=True)
|
||||||
|
|
||||||
|
return beta1, lamb1
|
||||||
|
|
||||||
|
def cart2ell(self, point: NDArray, eps: float = 1e-12, maxI: int = 100, noFake: bool = False) -> Tuple[float, float]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Panou, Korakitis 2019 3f. (num)
|
||||||
|
:param point: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
:param eps: zu erreichende Genauigkeit
|
||||||
|
:param maxI: maximale Anzahl Iterationen
|
||||||
|
:param noFake: y numerisch anpassen?
|
||||||
|
:return: ellipsoidische Breite und Länge
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
x, y, z = point
|
||||||
|
beta, lamb = self.cart2ell_panou(point)
|
||||||
|
delta_ell = np.array([np.inf, np.inf]).T
|
||||||
|
tiny = 1e-30
|
||||||
|
|
||||||
|
try:
|
||||||
|
i = 0
|
||||||
|
while np.linalg.norm(delta_ell) > eps and i < maxI:
|
||||||
|
x0, y0, z0 = self.ell2cart(beta, lamb)
|
||||||
|
delta_l = np.array([x-x0, y-y0, z-z0]).T
|
||||||
|
|
||||||
|
B = max(self.Ex ** 2 * cos(beta) ** 2 + self.Ee ** 2 * sin(beta) ** 2, tiny)
|
||||||
|
L = max(self.Ex ** 2 - self.Ee ** 2 * cos(lamb) ** 2, tiny)
|
||||||
|
|
||||||
|
J = np.array([[(-self.ax * self.Ey ** 2) / (2 * self.Ex) * sin(2 * beta) / sqrt(B) * cos(lamb),
|
||||||
|
-self.ax / self.Ex * sqrt(B) * sin(lamb)],
|
||||||
|
[-self.ay * sin(beta) * sin(lamb),
|
||||||
|
self.ay * cos(beta) * cos(lamb)],
|
||||||
|
[self.b / self.Ex * cos(beta) * sqrt(L),
|
||||||
|
(self.b * self.Ee ** 2) / (2 * self.Ex) * sin(beta) * sin(2 * lamb) / sqrt(L)]])
|
||||||
|
|
||||||
|
N = J.T @ J
|
||||||
|
det = N[0, 0] * N[1, 1] - N[0, 1] * N[1, 0]
|
||||||
|
N_inv = 1 / det * np.array([[N[1, 1], -N[0, 1]], [-N[1, 0], N[0, 0]]])
|
||||||
|
delta_ell = N_inv @ J.T @ delta_l
|
||||||
|
# delta_ell, *_ = np.linalg.lstsq(J, delta_l, rcond=None)
|
||||||
|
|
||||||
|
beta += delta_ell[0]
|
||||||
|
lamb += delta_ell[1]
|
||||||
|
i += 1
|
||||||
|
|
||||||
|
if i == maxI:
|
||||||
|
raise Exception("Umrechnung cart2ell: nicht konvergiert")
|
||||||
|
|
||||||
|
point_n = self.ell2cart(beta, lamb)
|
||||||
|
delta_r = np.linalg.norm(point - point_n, axis=-1)
|
||||||
|
if delta_r > 1e-6:
|
||||||
|
raise Exception("Umrechnung cart2ell: Punktdifferenz")
|
||||||
|
|
||||||
|
return wrap_mhalfpi_halfpi(beta), wrap_mpi_pi(lamb)
|
||||||
|
|
||||||
|
except Exception as e:
|
||||||
|
# Wenn die Berechnung fehlschlägt auf Grund von sehr kleinem y, solange anpassen, bis Umrechnung ohne Fehler
|
||||||
|
delta_y = 10 ** math.floor(math.log10(abs(self.ay/1000)))
|
||||||
|
if abs(y) < delta_y and not noFake:
|
||||||
|
return self.cart2ell_yFake(point, delta_y)
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
raise e
|
||||||
|
|
||||||
|
def cart2ell_panou(self, point: NDArray) -> Tuple[float, float]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Panou, Korakitis 2019 2f. (analytisch -> Näherung)
|
||||||
|
:param point: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
:return: ellipsoidische Breite und Länge
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
x, y, z = point
|
||||||
|
|
||||||
|
eps = 1e-9
|
||||||
|
|
||||||
|
if abs(x) < eps and abs(y) < eps: # Punkt in der z-Achse
|
||||||
|
beta = pi / 2 if z > 0 else -pi / 2
|
||||||
|
lamb = 0.0
|
||||||
|
return beta, lamb
|
||||||
|
|
||||||
|
elif abs(x) < eps and abs(z) < eps: # Punkt in der y-Achse
|
||||||
|
beta = 0.0
|
||||||
|
lamb = pi / 2 if y > 0 else -pi / 2
|
||||||
|
return beta, lamb
|
||||||
|
|
||||||
|
elif abs(y) < eps and abs(z) < eps: # Punkt in der x-Achse
|
||||||
|
beta = 0.0
|
||||||
|
lamb = 0.0 if x > 0 else pi
|
||||||
|
return beta, lamb
|
||||||
|
|
||||||
|
# ---- Allgemeiner Fall -----
|
||||||
|
|
||||||
|
t1, t2 = self.func_t12(point)
|
||||||
|
|
||||||
|
num_beta = max(t1 - self.b ** 2, 0)
|
||||||
|
den_beta = max(self.ay ** 2 - t1, 1e-30)
|
||||||
|
num_lamb = max(t2 - self.ay ** 2, 0)
|
||||||
|
den_lamb = max(self.ax ** 2 - t2, 1e-30)
|
||||||
|
|
||||||
|
beta = arctan(sqrt(num_beta / den_beta))
|
||||||
|
lamb = arctan(sqrt(num_lamb / den_lamb))
|
||||||
|
|
||||||
|
if z < 0:
|
||||||
|
beta = -beta
|
||||||
|
|
||||||
|
if y < 0:
|
||||||
|
lamb = -lamb
|
||||||
|
|
||||||
|
if x < 0:
|
||||||
|
lamb = pi - lamb
|
||||||
|
|
||||||
|
if abs(x) < eps:
|
||||||
|
lamb = -pi/2 if y < 0 else pi/2
|
||||||
|
|
||||||
|
elif abs(y) < eps:
|
||||||
|
lamb = 0 if x > 0 else pi
|
||||||
|
|
||||||
|
elif abs(z) < eps:
|
||||||
|
beta = 0
|
||||||
|
|
||||||
|
return beta, lamb
|
||||||
|
|
||||||
|
def cart2ell_bektas(self, point: NDArray, eps: float = 1e-12, maxI: int = 100) -> Tuple[float, float]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Bektas 2015
|
||||||
|
:param point: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
:param eps: zu erreichende Genauigkeit
|
||||||
|
:param maxI: maximale Anzahl Iterationen
|
||||||
|
:return: ellipsoidische Breite und Länge
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
x, y, z = point
|
||||||
|
phi, lamb = self.cart2para(point)
|
||||||
|
p = sqrt((self.ax**2 - self.ay**2) / (self.ax**2 - self.b**2))
|
||||||
|
d_phi = np.inf
|
||||||
|
d_lamb = np.inf
|
||||||
|
|
||||||
|
i = 0
|
||||||
|
while d_phi > eps and d_lamb > eps and i < maxI:
|
||||||
|
lamb_new = arctan2(self.ax * y * sqrt((p**2-1) * sin(phi)**2 + 1), self.ay * x * cos(phi))
|
||||||
|
phi_new = arctan2(self.ay * z * sin(lamb), self.b * y * sqrt(1 - p**2 * cos(lamb)**2))
|
||||||
|
d_phi = abs(phi_new - phi)
|
||||||
|
phi = phi_new
|
||||||
|
d_lamb = abs(lamb_new - lamb)
|
||||||
|
lamb = lamb_new
|
||||||
|
i += 1
|
||||||
|
|
||||||
|
if i == maxI:
|
||||||
|
raise Exception("Umrechnung cart2ell: nicht konvergiert")
|
||||||
|
|
||||||
|
return phi, lamb
|
||||||
|
|
||||||
|
def geod2cart(self, phi: float | NDArray, lamb: float | NDArray, h: float) -> NDArray:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Ligas 2012, 250
|
||||||
|
:param phi: geodätische Breite
|
||||||
|
:param lamb: geodätische Länge
|
||||||
|
:param h: geodätische Höhe
|
||||||
|
:return: kartesische Koordinaten
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
v = self.ax / sqrt(1 - self.ex**2*sin(phi)**2-self.ee**2*cos(phi)**2*sin(lamb)**2)
|
||||||
|
xG = (v + h) * cos(phi) * cos(lamb)
|
||||||
|
yG = (v * (1-self.ee**2) + h) * cos(phi) * sin(lamb)
|
||||||
|
zG = (v * (1-self.ex**2) + h) * sin(phi)
|
||||||
|
return np.array([xG, yG, zG])
|
||||||
|
|
||||||
|
def cart2geod(self, point: NDArray, mode: str = "ligas3", maxIter: int = 30, maxLoa: float = 0.005) -> Tuple[float, float, float]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Ligas 2012
|
||||||
|
:param mode: ligas1, ligas2, oder ligas3
|
||||||
|
:param point: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
:param maxIter: maximale Anzahl Iterationen
|
||||||
|
:param maxLoa: Level of Accuracy, das erreicht werden soll
|
||||||
|
:return: geodätische Breite, Länge, Höhe
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
xG, yG, zG = point
|
||||||
|
|
||||||
|
eps = 1e-9
|
||||||
|
|
||||||
|
if abs(xG) < eps and abs(yG) < eps: # Punkt in der z-Achse
|
||||||
|
phi = pi / 2 if zG > 0 else -pi / 2
|
||||||
|
lamb = 0.0
|
||||||
|
h = abs(zG) - self.b
|
||||||
|
return phi, lamb, h
|
||||||
|
|
||||||
|
elif abs(xG) < eps and abs(zG) < eps: # Punkt in der y-Achse
|
||||||
|
phi = 0.0
|
||||||
|
lamb = pi / 2 if yG > 0 else -pi / 2
|
||||||
|
h = abs(yG) - self.ay
|
||||||
|
return phi, lamb, h
|
||||||
|
|
||||||
|
elif abs(yG) < eps and abs(zG) < eps: # Punkt in der x-Achse
|
||||||
|
phi = 0.0
|
||||||
|
lamb = 0.0 if xG > 0 else pi
|
||||||
|
h = abs(xG) - self.ax
|
||||||
|
return phi, lamb, h
|
||||||
|
|
||||||
|
rG = sqrt(xG ** 2 + yG ** 2 + zG ** 2)
|
||||||
|
pE = np.array([self.ax * xG / rG, self.ax * yG / rG, self.ax * zG / rG], dtype=np.float64)
|
||||||
|
|
||||||
|
E = 1 / self.ax**2
|
||||||
|
F = 1 / self.ay**2
|
||||||
|
G = 1 / self.b**2
|
||||||
|
|
||||||
|
i = 0
|
||||||
|
loa = np.inf
|
||||||
|
|
||||||
|
while i < maxIter and loa > maxLoa:
|
||||||
|
if mode == "ligas1":
|
||||||
|
invJ, fxE = jacobian_Ligas.case1(E, F, G, np.array([xG, yG, zG]), pE)
|
||||||
|
elif mode == "ligas2":
|
||||||
|
invJ, fxE = jacobian_Ligas.case2(E, F, G, np.array([xG, yG, zG]), pE)
|
||||||
|
elif mode == "ligas3":
|
||||||
|
invJ, fxE = jacobian_Ligas.case3(E, F, G, np.array([xG, yG, zG]), pE)
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
raise Exception(f"cart2geod: Modus {mode} nicht bekannt")
|
||||||
|
pEi = pE.reshape(-1, 1) - invJ @ fxE.reshape(-1, 1)
|
||||||
|
pEi = pEi.reshape(1, -1).flatten()
|
||||||
|
loa = sqrt((pEi[0]-pE[0])**2 + (pEi[1]-pE[1])**2 + (pEi[2]-pE[2])**2)
|
||||||
|
pE = pEi
|
||||||
|
i += 1
|
||||||
|
|
||||||
|
if i == maxIter and loa > maxLoa:
|
||||||
|
act_mode = int(mode[-1])
|
||||||
|
new_mode = 3 if act_mode == 1 else act_mode - 1
|
||||||
|
phi, lamb, h = self.cart2geod(point, f"ligas{new_mode}", maxIter, maxLoa)
|
||||||
|
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
phi = arctan((1-self.ee**2) / (1-self.ex**2) * pE[2] / sqrt((1-self.ee**2)**2 * pE[0]**2 + pE[1]**2))
|
||||||
|
lamb = arctan(1/(1-self.ee**2) * pE[1]/pE[0])
|
||||||
|
h = np.sign(zG - pE[2]) * np.sign(pE[2]) * sqrt((pE[0] - xG) ** 2 + (pE[1] - yG) ** 2 + (pE[2] - zG) ** 2)
|
||||||
|
if h < -self.ax:
|
||||||
|
act_mode = int(mode[-1])
|
||||||
|
new_mode = 3 if act_mode == 1 else act_mode - 1
|
||||||
|
phi, lamb, h = self.cart2geod(point, f"ligas{new_mode}", maxIter, maxLoa)
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
if xG < 0 and yG < 0:
|
||||||
|
lamb += -pi
|
||||||
|
|
||||||
|
elif xG < 0:
|
||||||
|
lamb += pi
|
||||||
|
|
||||||
|
if abs(zG) < eps:
|
||||||
|
phi = 0
|
||||||
|
wrap_mhalfpi_halfpi(phi), wrap_mpi_pi(lamb)
|
||||||
|
return wrap_mhalfpi_halfpi(phi), wrap_mpi_pi(lamb), h
|
||||||
|
|
||||||
|
def para2cart(self, u: float | NDArray, v: float | NDArray) -> NDArray:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Panou, Korakitits 2020, 4
|
||||||
|
:param u: parametrische Breite
|
||||||
|
:param v: parametrische Länge
|
||||||
|
:return: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
x = self.ax * cos(u) * cos(v)
|
||||||
|
y = self.ay * cos(u) * sin(v)
|
||||||
|
z = self.b * sin(u)
|
||||||
|
z = np.broadcast_to(z, np.shape(x))
|
||||||
|
return np.array([x, y, z])
|
||||||
|
|
||||||
|
def cart2para(self, point: NDArray) -> Tuple[float, float]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Panou, Korakitits 2020, 4
|
||||||
|
:param point: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
:return: parametrische Breite, Länge
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
x, y, z = point
|
||||||
|
|
||||||
|
u_check1 = z*sqrt(1 - self.ee**2)
|
||||||
|
u_check2 = sqrt(x**2 * (1-self.ee**2) + y**2) * sqrt(1-self.ex**2)
|
||||||
|
if u_check1 <= u_check2:
|
||||||
|
u = arctan2(u_check1, u_check2)
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
u = pi/2 - arctan2(u_check2, u_check1)
|
||||||
|
|
||||||
|
v_check1 = y
|
||||||
|
v_check2 = x*sqrt(1-self.ee**2)
|
||||||
|
v_factor = sqrt(x**2*(1-self.ee**2)+y**2)
|
||||||
|
if v_check1 <= v_check2:
|
||||||
|
v = 2 * arctan2(v_check1, v_check2 + v_factor)
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
v = pi/2 - 2 * arctan2(v_check2, v_check1 + v_factor)
|
||||||
|
wrap_mhalfpi_halfpi(u), wrap_mpi_pi(v)
|
||||||
|
return wrap_mhalfpi_halfpi(u), wrap_mpi_pi(v)
|
||||||
|
|
||||||
|
def ell2para(self, beta: float, lamb: float) -> Tuple[float, float]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Umrechung von ellipsoidischen in parametrische Koordinaten (über kartesische Koordinaten)
|
||||||
|
:param beta: ellipsoidische Breite
|
||||||
|
:param lamb: ellipsoidische Länge
|
||||||
|
:return: parametrische Breite, Länge
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
cart = self.ell2cart(beta, lamb)
|
||||||
|
return self.cart2para(cart)
|
||||||
|
|
||||||
|
def para2ell(self, u: float, v: float) -> Tuple[float, float]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Umrechung von parametrischen in ellipsoidische Koordinaten (über kartesische Koordinaten)
|
||||||
|
:param u: parametrische Breite
|
||||||
|
:param v: parametrische Länge
|
||||||
|
:return: ellipsoidische Breite, Länge
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
cart = self.para2cart(u, v)
|
||||||
|
return self.cart2ell(cart)
|
||||||
|
|
||||||
|
def para2geod(self, u: float, v: float, mode: str = "ligas3", maxIter: int = 30, maxLoa: float = 0.005) -> Tuple[float, float, float]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Umrechung von parametrischen in geodätische Koordinaten (über kartesische Koordinaten)
|
||||||
|
:param u: parametrische Breite
|
||||||
|
:param v: parametrische Länge
|
||||||
|
:param mode: ligas1, ligas2, oder ligas3
|
||||||
|
:param maxIter: maximale Anzahl Iterationen
|
||||||
|
:param maxLoa: Level of Accuracy, das erreicht werden soll
|
||||||
|
:return: geodätische Breite, Länge, Höhe
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
cart = self.para2cart(u, v)
|
||||||
|
return self.cart2geod(cart, mode, maxIter, maxLoa)
|
||||||
|
|
||||||
|
def geod2para(self, phi: float, lamb: float, h: float) -> Tuple[float, float]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Umrechung von geodätischen in parametrische Koordinaten (über kartesische Koordinaten)
|
||||||
|
:param phi: geodätische Breite
|
||||||
|
:param lamb: geodätische Länge
|
||||||
|
:param h: geodätische Höhe
|
||||||
|
:return: parametrische Breite, Länge
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
cart = self.geod2cart(phi, lamb, h)
|
||||||
|
return self.cart2para(cart)
|
||||||
|
|
||||||
|
def ell2geod(self, beta: float, lamb: float, mode: str = "ligas3", maxIter: int = 30, maxLoa: float = 0.005) -> Tuple[float, float, float]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Umrechung von ellipsoidischen in geodätische Koordinaten (über kartesische Koordinaten)
|
||||||
|
:param beta: ellipsoidische Breite
|
||||||
|
:param lamb: ellipsoidische Länge
|
||||||
|
:param mode: ligas1, ligas2, oder ligas3
|
||||||
|
:param maxIter: maximale Anzahl Iterationen
|
||||||
|
:param maxLoa: Level of Accuracy, das erreicht werden soll
|
||||||
|
:return: geodätische Breite, Länge, Höhe
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
cart = self.ell2cart(beta, lamb)
|
||||||
|
return self.cart2geod(cart, mode, maxIter, maxLoa)
|
||||||
|
|
||||||
|
def geod2ell(self, phi: float, lamb: float, h: float) -> Tuple[float, float]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Umrechung von geodätischen in ellipsoidische Koordinaten (über kartesische Koordinaten)
|
||||||
|
:param phi: geodätische Breite
|
||||||
|
:param lamb: geodätische Länge
|
||||||
|
:param h: geodätische Höhe
|
||||||
|
:return: ellipsoidische Breite, Länge
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
cart = self.geod2cart(phi, lamb, h)
|
||||||
|
return self.cart2ell(cart)
|
||||||
|
|
||||||
|
def point_on(self, point: NDArray) -> bool:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Test, ob ein Punkt auf dem Ellipsoid liegt
|
||||||
|
:param point: kartesische 3D-Koordinaten
|
||||||
|
:return: Punkt auf dem Ellispoid?
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
value = point[0]**2/self.ax**2 + point[1]**2/self.ay**2 + point[2]**2/self.b**2
|
||||||
|
if abs(1-value) < 1e-6:
|
||||||
|
return True
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
return False
|
||||||
|
|
||||||
|
def point_onto_ellipsoid(self, point: NDArray) -> NDArray:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Berechnung des Lotpunktes entlang der Normalkrümmung auf einem Ellipsoiden
|
||||||
|
:param point: Punkt in kartesischen Koordinaten, der gelotet werden soll
|
||||||
|
:return: Lotpunkt in kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
phi, lamb, h = self.cart2geod(point, "ligas3")
|
||||||
|
p = self. geod2cart(phi, lamb, 0)
|
||||||
|
return p
|
||||||
|
|
||||||
|
def cart_ellh(self, point: NDArray, h: float) -> NDArray:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Punkt auf Ellipsoid hoch loten
|
||||||
|
:param point: Punkt auf dem Ellipsoid
|
||||||
|
:param h: Höhe über dem Ellipsoid
|
||||||
|
:return: hochgeloteter Punkt
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
phi, lamb, _ = self.cart2geod(point, "ligas3")
|
||||||
|
pointH = self. geod2cart(phi, lamb, h)
|
||||||
|
return pointH
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
if __name__ == "__main__":
|
||||||
|
ell = EllipsoidTriaxial.init_name("KarneyTest2024")
|
||||||
|
# cart = ell.ell2cart(pi/2, 0)
|
||||||
|
# print(cart)
|
||||||
|
# cart = ell.ell2cart(pi/2*8999999999999999/9000000000000000, 0)
|
||||||
|
# print(cart)
|
||||||
|
elli = ell.cart2ell(np.array([0, 0.0, 1/sqrt(2)]))
|
||||||
|
print(elli)
|
||||||
|
|
||||||
|
# ell = EllipsoidTriaxial.init_name("BursaSima1980")
|
||||||
|
# diff_list = []
|
||||||
|
# diffs_para = []
|
||||||
|
# diffs_ell = []
|
||||||
|
# diffs_geod = []
|
||||||
|
# points = []
|
||||||
|
# for v_deg in range(-180, 181, 5):
|
||||||
|
# for u_deg in range(-90, 91, 5):
|
||||||
|
# v = wu.deg2rad(v_deg)
|
||||||
|
# u = wu.deg2rad(u_deg)
|
||||||
|
# point = ell.para2cart(u, v)
|
||||||
|
# points.append(point)
|
||||||
|
#
|
||||||
|
# elli = ell.cart2ell(point)
|
||||||
|
# cart_elli = ell.ell2cart(elli[0], elli[1])
|
||||||
|
# diff_ell = np.linalg.norm(point - cart_elli, axis=-1)
|
||||||
|
#
|
||||||
|
# para = ell.cart2para(point)
|
||||||
|
# cart_para = ell.para2cart(para[0], para[1])
|
||||||
|
# diff_para = np.linalg.norm(point - cart_para, axis=-1)
|
||||||
|
#
|
||||||
|
# geod = ell.cart2geod(point, "ligas3")
|
||||||
|
# cart_geod = ell.geod2cart(geod[0], geod[1], geod[2])
|
||||||
|
# diff_geod3 = np.linalg.norm(point - cart_geod, axis=-1)
|
||||||
|
#
|
||||||
|
# diff_list.append([v_deg, u_deg, diff_ell, diff_para, diff_geod3])
|
||||||
|
# diffs_ell.append([diff_ell])
|
||||||
|
# diffs_para.append([diff_para])
|
||||||
|
# diffs_geod.append([diff_geod3])
|
||||||
|
#
|
||||||
|
# diff_list = np.array(diff_list)
|
||||||
|
# diffs_ell = np.array(diffs_ell)
|
||||||
|
# diffs_para = np.array(diffs_para)
|
||||||
|
# diffs_geod = np.array(diffs_geod)
|
||||||
|
#
|
||||||
|
# pass
|
||||||
|
#
|
||||||
|
# points = np.array(points)
|
||||||
|
# fig = plt.figure()
|
||||||
|
# ax = fig.add_subplot(projection='3d')
|
||||||
|
#
|
||||||
|
# sc = ax.scatter(
|
||||||
|
# points[:, 0],
|
||||||
|
# points[:, 1],
|
||||||
|
# points[:, 2],
|
||||||
|
# c=diffs_ell, # Farbcode = diff
|
||||||
|
# cmap='viridis', # Colormap
|
||||||
|
# s=10 + 20 * diffs_ell, # optional: Größe abhängig vom diff
|
||||||
|
# alpha=0.8
|
||||||
|
# )
|
||||||
|
#
|
||||||
|
# # Farbskala
|
||||||
|
# cbar = plt.colorbar(sc)
|
||||||
|
# cbar.set_label("diff")
|
||||||
|
#
|
||||||
|
# ax.set_xlabel("X")
|
||||||
|
# ax.set_ylabel("Y")
|
||||||
|
# ax.set_zlabel("Z")
|
||||||
|
#
|
||||||
|
# plt.show()
|
||||||
549
ellipsoide.py
549
ellipsoide.py
@@ -1,549 +0,0 @@
|
|||||||
import numpy as np
|
|
||||||
import winkelumrechnungen as wu
|
|
||||||
import ausgaben as aus
|
|
||||||
import jacobian_Ligas
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
class EllipsoidBiaxial:
|
|
||||||
def __init__(self, a: float, b: float):
|
|
||||||
self.a = a
|
|
||||||
self.b = b
|
|
||||||
self.c = a ** 2 / b
|
|
||||||
self.e = np.sqrt(a ** 2 - b ** 2) / a
|
|
||||||
self.e_ = np.sqrt(a ** 2 - b ** 2) / b
|
|
||||||
|
|
||||||
@classmethod
|
|
||||||
def init_name(cls, name: str):
|
|
||||||
if name == "Bessel":
|
|
||||||
a = 6377397.15508
|
|
||||||
b = 6356078.96290
|
|
||||||
return cls(a, b)
|
|
||||||
elif name == "Hayford":
|
|
||||||
a = 6378388
|
|
||||||
f = 1/297
|
|
||||||
b = a - a * f
|
|
||||||
return cls(a, b)
|
|
||||||
elif name == "Krassowski":
|
|
||||||
a = 6378245
|
|
||||||
f = 298.3
|
|
||||||
b = a - a * f
|
|
||||||
return cls(a, b)
|
|
||||||
elif name == "WGS84":
|
|
||||||
a = 6378137
|
|
||||||
f = 298.257223563
|
|
||||||
b = a - a * f
|
|
||||||
return cls(a, b)
|
|
||||||
|
|
||||||
@classmethod
|
|
||||||
def init_af(cls, a: float, f: float):
|
|
||||||
b = a - a * f
|
|
||||||
return cls(a, b)
|
|
||||||
|
|
||||||
V = lambda self, phi: np.sqrt(1 + self.e_ ** 2 * np.cos(phi) ** 2)
|
|
||||||
M = lambda self, phi: self.c / self.V(phi) ** 3
|
|
||||||
N = lambda self, phi: self.c / self.V(phi)
|
|
||||||
|
|
||||||
beta2psi = lambda self, beta: np.arctan(self.a / self.b * np.tan(beta))
|
|
||||||
beta2phi = lambda self, beta: np.arctan(self.a ** 2 / self.b ** 2 * np.tan(beta))
|
|
||||||
|
|
||||||
psi2beta = lambda self, psi: np.arctan(self.b / self.a * np.tan(psi))
|
|
||||||
psi2phi = lambda self, psi: np.arctan(self.a / self.b * np.tan(psi))
|
|
||||||
|
|
||||||
phi2beta = lambda self, phi: np.arctan(self.b ** 2 / self.a ** 2 * np.tan(phi))
|
|
||||||
phi2psi = lambda self, phi: np.arctan(self.b / self.a * np.tan(phi))
|
|
||||||
|
|
||||||
phi2p = lambda self, phi: self.N(phi) * np.cos(phi)
|
|
||||||
|
|
||||||
def cart2ell(self, Eh, Ephi, x, y, z):
|
|
||||||
p = np.sqrt(x**2+y**2)
|
|
||||||
# print(f"p = {round(p, 5)} m")
|
|
||||||
|
|
||||||
lamb = np.arctan(y/x)
|
|
||||||
|
|
||||||
phi_null = np.arctan(z/p*(1-self.e**2)**-1)
|
|
||||||
|
|
||||||
hi = [0]
|
|
||||||
phii = [phi_null]
|
|
||||||
|
|
||||||
i = 0
|
|
||||||
|
|
||||||
while True:
|
|
||||||
N = self.a*(1-self.e**2*np.sin(phii[i])**2)**(-1/2)
|
|
||||||
h = p/np.cos(phii[i])-N
|
|
||||||
phi = np.arctan(z/p*(1-(self.e**2*N)/(N+h))**(-1))
|
|
||||||
hi.append(h)
|
|
||||||
phii.append(phi)
|
|
||||||
dh = abs(hi[i]-h)
|
|
||||||
dphi = abs(phii[i]-phi)
|
|
||||||
i = i+1
|
|
||||||
if dh < Eh:
|
|
||||||
if dphi < Ephi:
|
|
||||||
break
|
|
||||||
for i in range(len(phii)):
|
|
||||||
# print(f"P3[{i}]: {aus.gms('phi', phii[i], 5)}\th = {round(hi[i], 5)} m")
|
|
||||||
pass
|
|
||||||
return phi, lamb, h
|
|
||||||
|
|
||||||
def ell2cart(self, phi, lamb, h):
|
|
||||||
W = np.sqrt(1 - self.e**2 * np.sin(phi)**2)
|
|
||||||
N = self.a / W
|
|
||||||
x = (N+h) * np.cos(phi) * np.cos(lamb)
|
|
||||||
y = (N+h) * np.cos(phi) * np.sin(lamb)
|
|
||||||
z = (N * (1-self.e**2) + h) * np.sin(lamb)
|
|
||||||
return x, y, z
|
|
||||||
|
|
||||||
class EllipsoidTriaxial:
|
|
||||||
def __init__(self, ax: float, ay: float, b: float):
|
|
||||||
self.ax = ax
|
|
||||||
self.ay = ay
|
|
||||||
self.b = b
|
|
||||||
self.ex = np.sqrt((self.ax**2 - self.b**2) / self.ax**2)
|
|
||||||
self.ey = np.sqrt((self.ay**2 - self.b**2) / self.ay**2)
|
|
||||||
self.ee = np.sqrt((self.ax**2 - self.ay**2) / self.ax**2)
|
|
||||||
self.ex_ = np.sqrt((self.ax**2 - self.b**2) / self.b**2)
|
|
||||||
self.ey_ = np.sqrt((self.ay**2 - self.b**2) / self.b**2)
|
|
||||||
self.ee_ = np.sqrt((self.ax**2 - self.ay**2) / self.ay**2)
|
|
||||||
self.Ex = np.sqrt(self.ax**2 - self.b**2)
|
|
||||||
self.Ey = np.sqrt(self.ay**2 - self.b**2)
|
|
||||||
self.Ee = np.sqrt(self.ax**2 - self.ay**2)
|
|
||||||
|
|
||||||
@classmethod
|
|
||||||
def init_name(cls, name: str):
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
Mögliche Ellipsoide: BursaFialova1993, BursaSima1980, Eitschberger1978, Bursa1972, Bursa1970, BesselBiaxial
|
|
||||||
:param name: Name des dreiachsigen Ellipsoids
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
if name == "BursaFialova1993":
|
|
||||||
ax = 6378171.36
|
|
||||||
ay = 6378101.61
|
|
||||||
b = 6356751.84
|
|
||||||
return cls(ax, ay, b)
|
|
||||||
elif name == "BursaSima1980":
|
|
||||||
ax = 6378172
|
|
||||||
ay = 6378102.7
|
|
||||||
b = 6356752.6
|
|
||||||
return cls(ax, ay, b)
|
|
||||||
elif name == "BursaSima1980round":
|
|
||||||
# Panou 2013
|
|
||||||
ax = 6378172
|
|
||||||
ay = 6378103
|
|
||||||
b = 6356753
|
|
||||||
return cls(ax, ay, b)
|
|
||||||
elif name == "Eitschberger1978":
|
|
||||||
ax = 6378173.435
|
|
||||||
ay = 6378103.9
|
|
||||||
b = 6356754.4
|
|
||||||
return cls(ax, ay, b)
|
|
||||||
elif name == "Bursa1972":
|
|
||||||
ax = 6378173
|
|
||||||
ay = 6378104
|
|
||||||
b = 6356754
|
|
||||||
return cls(ax, ay, b)
|
|
||||||
elif name == "Bursa1970":
|
|
||||||
ax = 6378173
|
|
||||||
ay = 6378105
|
|
||||||
b = 6356754
|
|
||||||
return cls(ax, ay, b)
|
|
||||||
elif name == "BesselBiaxial":
|
|
||||||
ax = 6377397.15509
|
|
||||||
ay = 6377397.15508
|
|
||||||
b = 6356078.96290
|
|
||||||
return cls(ax, ay, b)
|
|
||||||
elif name == "Fiction":
|
|
||||||
ax = 5500000
|
|
||||||
ay = 4500000
|
|
||||||
b = 4000000
|
|
||||||
return cls(ax, ay, b)
|
|
||||||
|
|
||||||
def point_on(self, point: np.ndarray) -> bool:
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
Test, ob ein Punkt auf dem Ellipsoid liegt.
|
|
||||||
:param point: kartesische 3D-Koordinaten
|
|
||||||
:return: Punkt auf dem Ellispoid?
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
value = point[0]**2/self.ax**2 + point[1]**2/self.ay**2 + point[2]**2/self.b**2
|
|
||||||
if abs(1-value) < 0.000001:
|
|
||||||
return True
|
|
||||||
else:
|
|
||||||
return False
|
|
||||||
|
|
||||||
def ellu2cart(self, beta: float, lamb: float, u: float) -> np.ndarray:
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
Panou 2014 12ff.
|
|
||||||
Ellipsoidische Breite+Länge sind nicht gleich der geodätischen
|
|
||||||
Verhältnisse des Ellipsoids bekannt, Größe verändern bis Punkt erreicht,
|
|
||||||
dann ist u die Größe entlang der z-Achse
|
|
||||||
:param beta: ellipsoidische Breite [rad]
|
|
||||||
:param lamb: ellipsoidische Länge [rad]
|
|
||||||
:param u: Größe entlang der z-Achse
|
|
||||||
:return: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
# s1 = u**2 - self.b**2
|
|
||||||
# s2 = -self.ay**2 * np.sin(beta)**2 - self.b**2 * np.cos(beta)**2
|
|
||||||
# s3 = -self.ax**2 * np.sin(lamb)**2 - self.ay**2 * np.cos(lamb)**2
|
|
||||||
# print(s1, s2, s3)
|
|
||||||
|
|
||||||
# xe = np.sqrt(((self.ax**2+s1) * (self.ax**2+s2) * (self.ax**2+s3)) /
|
|
||||||
# ((self.ax**2-self.ay**2) * (self.ax**2-self.b**2)))
|
|
||||||
# ye = np.sqrt(((self.ay**2+s1) * (self.ay**2+s2) * (self.ay**2+s3)) /
|
|
||||||
# ((self.ay**2-self.ax**2) * (self.ay**2-self.b**2)))
|
|
||||||
# ze = np.sqrt(((self.b**2+s1) * (self.b**2+s2) * (self.b**2+s3)) /
|
|
||||||
# ((self.b**2-self.ax**2) * (self.b**2-self.ay**2)))
|
|
||||||
|
|
||||||
x = np.sqrt(u**2 + self.Ex**2) * np.sqrt(np.cos(beta)**2 + self.Ee**2/self.Ex**2 * np.sin(beta)**2) * np.cos(lamb)
|
|
||||||
y = np.sqrt(u**2 + self.Ey**2) * np.cos(beta) * np.sin(lamb)
|
|
||||||
z = u * np.sin(beta) * np.sqrt(1 - self.Ee**2/self.Ex**2 * np.cos(lamb)**2)
|
|
||||||
|
|
||||||
return np.array([x, y, z])
|
|
||||||
|
|
||||||
def ell2cart(self, beta: float, lamb: float) -> np.ndarray:
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
Panou, Korakitis 2019 2
|
|
||||||
:param beta: ellipsoidische Breite [rad]
|
|
||||||
:param lamb: ellipsoidische Länge [rad]
|
|
||||||
:return: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
if beta == -np.pi/2:
|
|
||||||
return np.array([0, 0, -self.b])
|
|
||||||
elif beta == np.pi/2:
|
|
||||||
return np.array([0, 0, self.b])
|
|
||||||
elif beta == 0 and lamb == -np.pi/2:
|
|
||||||
return np.array([0, -self.ay, 0])
|
|
||||||
elif beta == 0 and lamb == np.pi/2:
|
|
||||||
return np.array([0, self.ay, 0])
|
|
||||||
elif beta == 0 and lamb == 0:
|
|
||||||
return np.array([self.ax, 0, 0])
|
|
||||||
elif beta == 0 and lamb == np.pi:
|
|
||||||
return np.array([-self.ax, 0, 0])
|
|
||||||
else:
|
|
||||||
B = self.Ex**2 * np.cos(beta)**2 + self.Ee**2 * np.sin(beta)**2
|
|
||||||
L = self.Ex**2 - self.Ee**2 * np.cos(lamb)**2
|
|
||||||
x = self.ax / self.Ex * np.sqrt(B) * np.cos(lamb)
|
|
||||||
y = self.ay * np.cos(beta) * np.sin(lamb)
|
|
||||||
z = self.b / self.Ex * np.sin(beta) * np.sqrt(L)
|
|
||||||
return np.array([x, y, z])
|
|
||||||
|
|
||||||
def cart2ellu(self, point: np.ndarray) -> tuple[float, float, float]:
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
Panou 2014 15ff.
|
|
||||||
:param point: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
|
||||||
:return: ellipsoidische Breite, ellipsoidische Länge, Größe entlang der z-Achse
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
x, y, z = point
|
|
||||||
c2 = self.ax**2 + self.ay**2 + self.b**2 - x**2 - y**2 - z**2
|
|
||||||
c1 = (self.ax**2 * self.ay**2 + self.ax**2 * self.b**2 + self.ay**2 * self.b**2 -
|
|
||||||
(self.ay**2+self.b**2) * x**2 - (self.ax**2 + self.b**2) * y**2 - (self.ax**2 + self.ay**2) * z**2)
|
|
||||||
c0 = (self.ax**2 * self.ay**2 * self.b**2 - self.ay**2 * self.b**2 * x**2 -
|
|
||||||
self.ax**2 * self.b**2 * y**2 - self.ax**2 * self.ay**2 * z**2)
|
|
||||||
|
|
||||||
p = (c2**2 - 3*c1) / 9
|
|
||||||
q = (9*c1*c2 - 27*c0 - 2*c2**3) / 54
|
|
||||||
omega = np.arccos(q / np.sqrt(p**3))
|
|
||||||
|
|
||||||
s1 = 2 * np.sqrt(p) * np.cos(omega/3) - c2/3
|
|
||||||
s2 = 2 * np.sqrt(p) * np.cos(omega/3 - 2*np.pi/3) - c2/3
|
|
||||||
s3 = 2 * np.sqrt(p) * np.cos(omega/3 - 4*np.pi/3) - c2/3
|
|
||||||
# print(s1, s2, s3)
|
|
||||||
|
|
||||||
beta = np.arctan(np.sqrt((-self.b**2 - s2) / (self.ay**2 + s2)))
|
|
||||||
lamb = np.arctan(np.sqrt((-self.ay**2 - s3) / (self.ax**2 + s3)))
|
|
||||||
u = np.sqrt(self.b**2 + s1)
|
|
||||||
|
|
||||||
return beta, lamb, u
|
|
||||||
|
|
||||||
def cart2ell(self, point: np.ndarray) -> tuple[float, float]:
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
Panou, Korakitis 2019 2f.
|
|
||||||
:param point: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
|
||||||
:return: ellipsoidische Breite, ellipsoidische Länge
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
x, y, z = point
|
|
||||||
|
|
||||||
eps = 1e-9
|
|
||||||
|
|
||||||
if abs(x) < eps and abs(y) < eps: # Punkt in der z-Achse
|
|
||||||
beta = np.pi / 2 if z > 0 else -np.pi / 2
|
|
||||||
lamb = 0.0
|
|
||||||
return beta, lamb
|
|
||||||
|
|
||||||
elif abs(x) < eps and abs(z) < eps: # Punkt in der y-Achse
|
|
||||||
beta = 0.0
|
|
||||||
lamb = np.pi / 2 if y > 0 else -np.pi / 2
|
|
||||||
return beta, lamb
|
|
||||||
|
|
||||||
elif abs(y) < eps and abs(z) < eps: # Punkt in der x-Achse
|
|
||||||
beta = 0.0
|
|
||||||
lamb = 0.0 if x > 0 else np.pi
|
|
||||||
return beta, lamb
|
|
||||||
|
|
||||||
# ---- Allgemeiner Fall -----
|
|
||||||
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||||||
c1 = x ** 2 + y ** 2 + z ** 2 - (self.ax ** 2 + self.ay ** 2 + self.b ** 2)
|
|
||||||
c0 = (self.ax ** 2 * self.ay ** 2 + self.ax ** 2 * self.b ** 2 + self.ay ** 2 * self.b ** 2 -
|
|
||||||
(self.ay ** 2 + self.b ** 2) * x ** 2 - (self.ax ** 2 + self.b ** 2) * y ** 2 - (
|
|
||||||
self.ax ** 2 + self.ay ** 2) * z ** 2)
|
|
||||||
t2 = (-c1 + np.sqrt(c1 ** 2 - 4 * c0)) / 2
|
|
||||||
t1 = c0 / t2
|
|
||||||
|
|
||||||
num_beta = max(t1 - self.b ** 2, 0)
|
|
||||||
den_beta = max(self.ay ** 2 - t1, 0)
|
|
||||||
num_lamb = max(t2 - self.ay ** 2, 0)
|
|
||||||
den_lamb = max(self.ax ** 2 - t2, 0)
|
|
||||||
beta = np.arctan(np.sqrt(num_beta / den_beta))
|
|
||||||
lamb = np.arctan(np.sqrt(num_lamb / den_lamb))
|
|
||||||
|
|
||||||
if z < 0:
|
|
||||||
beta = -beta
|
|
||||||
|
|
||||||
if y < 0:
|
|
||||||
lamb = -lamb
|
|
||||||
|
|
||||||
if x < 0:
|
|
||||||
lamb = np.pi - lamb
|
|
||||||
|
|
||||||
if abs(x) < eps:
|
|
||||||
lamb = -np.pi/2 if y < 0 else np.pi/2
|
|
||||||
|
|
||||||
elif abs(y) < eps:
|
|
||||||
lamb = 0 if x > 0 else np.pi
|
|
||||||
|
|
||||||
elif abs(z) < eps:
|
|
||||||
beta = 0
|
|
||||||
|
|
||||||
return beta, lamb
|
|
||||||
|
|
||||||
def cart2geod(self, mode: str, point: np.ndarray, maxIter: int = 30, maxLoa: float = 0.005) -> tuple[float, float, float]:
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
Ligas 2012
|
|
||||||
:param mode: ligas1, ligas2, oder ligas3
|
|
||||||
:param point: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
|
||||||
:param maxIter: maximale Anzahl Iterationen
|
|
||||||
:param maxLoa: Level of Accuracy, das erreicht werden soll
|
|
||||||
:return: phi, lambda, h
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
xG, yG, zG = point
|
|
||||||
|
|
||||||
eps = 1e-9
|
|
||||||
|
|
||||||
if abs(xG) < eps and abs(yG) < eps: # Punkt in der z-Achse
|
|
||||||
phi = np.pi / 2 if zG > 0 else -np.pi / 2
|
|
||||||
lamb = 0.0
|
|
||||||
h = abs(zG) - ell.b
|
|
||||||
return phi, lamb, h
|
|
||||||
|
|
||||||
elif abs(xG) < eps and abs(zG) < eps: # Punkt in der y-Achse
|
|
||||||
phi = 0.0
|
|
||||||
lamb = np.pi / 2 if yG > 0 else -np.pi / 2
|
|
||||||
h = abs(yG) - ell.ay
|
|
||||||
return phi, lamb, h
|
|
||||||
|
|
||||||
elif abs(yG) < eps and abs(zG) < eps: # Punkt in der x-Achse
|
|
||||||
phi = 0.0
|
|
||||||
lamb = 0.0 if xG > 0 else np.pi
|
|
||||||
h = abs(xG) - ell.ax
|
|
||||||
return phi, lamb, h
|
|
||||||
|
|
||||||
# elif abs(zG) < eps: # Punkt in der xy-Ebene
|
|
||||||
# phi = 0
|
|
||||||
# lamb = np.arctan2(yG / ell.ay**2, xG / ell.ax**2)
|
|
||||||
# rG = np.sqrt(xG ** 2 + yG ** 2)
|
|
||||||
# pE = np.array([self.ax * xG / rG, self.ax * yG / rG, self.ax * zG / rG], dtype=np.float64)
|
|
||||||
# rE = np.sqrt(pE[0] ** 2 + pE[1] ** 2)
|
|
||||||
# h = rG - rE
|
|
||||||
# return phi, lamb, h
|
|
||||||
#
|
|
||||||
# elif abs(yG) < eps: # Punkt in der xz-Ebene
|
|
||||||
# phi = np.arctan2(zG / ell.b**2, xG / ell.ax**2)
|
|
||||||
# lamb = 0 if xG > 0 else np.pi
|
|
||||||
# rG = np.sqrt(xG ** 2 + zG ** 2)
|
|
||||||
# pE = np.array([self.ax * xG / rG, self.ax * yG / rG, self.ax * zG / rG], dtype=np.float64)
|
|
||||||
# rE = np.sqrt(pE[0] ** 2 + pE[2] ** 2)
|
|
||||||
# h = rG - rE
|
|
||||||
# return phi, lamb, h
|
|
||||||
|
|
||||||
rG = np.sqrt(xG ** 2 + yG ** 2 + zG ** 2)
|
|
||||||
pE = np.array([self.ax * xG / rG, self.ax * yG / rG, self.ax * zG / rG], dtype=np.float64)
|
|
||||||
|
|
||||||
E = 1 / self.ax**2
|
|
||||||
F = 1 / self.ay**2
|
|
||||||
G = 1 / self.b**2
|
|
||||||
|
|
||||||
i = 0
|
|
||||||
loa = np.inf
|
|
||||||
|
|
||||||
while i < maxIter and loa > maxLoa:
|
|
||||||
if mode == "ligas1":
|
|
||||||
invJ, fxE = jacobian_Ligas.case1(E, F, G, np.array([xG, yG, zG]), pE)
|
|
||||||
elif mode == "ligas2":
|
|
||||||
invJ, fxE = jacobian_Ligas.case2(E, F, G, np.array([xG, yG, zG]), pE)
|
|
||||||
elif mode == "ligas3":
|
|
||||||
invJ, fxE = jacobian_Ligas.case3(E, F, G, np.array([xG, yG, zG]), pE)
|
|
||||||
pEi = pE.reshape(-1, 1) - invJ @ fxE.reshape(-1, 1)
|
|
||||||
pEi = pEi.reshape(1, -1).flatten()
|
|
||||||
loa = np.sqrt((pEi[0]-pE[0])**2 + (pEi[1]-pE[1])**2 + (pEi[2]-pE[2])**2)
|
|
||||||
pE = pEi
|
|
||||||
i += 1
|
|
||||||
|
|
||||||
phi = np.arctan((1-self.ee**2) / (1-self.ex**2) * pE[2] / np.sqrt((1-self.ee**2)**2 * pE[0]**2 + pE[1]**2))
|
|
||||||
lamb = np.arctan(1/(1-self.ee**2) * pE[1]/pE[0])
|
|
||||||
h = np.sign(zG - pE[2]) * np.sign(pE[2]) * np.sqrt((pE[0] - xG) ** 2 + (pE[1] - yG) ** 2 + (pE[2] - zG) ** 2)
|
|
||||||
|
|
||||||
if xG < 0 and yG < 0:
|
|
||||||
lamb = -np.pi + lamb
|
|
||||||
|
|
||||||
elif xG < 0:
|
|
||||||
lamb = np.pi + lamb
|
|
||||||
|
|
||||||
if abs(zG) < eps:
|
|
||||||
phi = 0
|
|
||||||
|
|
||||||
return phi, lamb, h
|
|
||||||
|
|
||||||
def geod2cart(self, phi: float, lamb: float, h: float) -> np.ndarray:
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
Ligas 2012, 250
|
|
||||||
:param phi: geodätische Breite [rad]
|
|
||||||
:param lamb: geodätische Länge [rad]
|
|
||||||
:param h: Höhe über dem Ellipsoid
|
|
||||||
:return: kartesische Koordinaten
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
v = self.ax / np.sqrt(1 - self.ex**2*np.sin(phi)**2-self.ee**2*np.cos(phi)**2*np.sin(lamb)**2)
|
|
||||||
xG = (v + h) * np.cos(phi) * np.cos(lamb)
|
|
||||||
yG = (v * (1-self.ee**2) + h) * np.cos(phi) * np.sin(lamb)
|
|
||||||
zG = (v * (1-self.ex**2) + h) * np.sin(phi)
|
|
||||||
return np.array([xG, yG, zG])
|
|
||||||
|
|
||||||
def cartonell(self, point: np.ndarray) -> tuple[np.ndarray, float, float, float]:
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
Berechnung des Lotpunktes auf einem Ellipsoiden
|
|
||||||
:param point: Punkt in kartesischen Koordinaten, der gelotet werden soll
|
|
||||||
:return: Lotpunkt in kartesischen Koordinaten, geodätische Koordinaten des Punktes
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
phi, lamb, h = self.cart2geod("ligas3", point)
|
|
||||||
x, y, z = self. geod2cart(phi, lamb, 0)
|
|
||||||
return np.array([x, y, z]), phi, lamb, h
|
|
||||||
|
|
||||||
def cartellh(self, point: np.ndarray, h: float) -> np.ndarray:
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
Punkt auf Ellipsoid hoch loten
|
|
||||||
:param point: Punkt auf dem Ellipsoid
|
|
||||||
:param h: Höhe über dem Ellipsoid
|
|
||||||
:return: hochgeloteter Punkt
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
phi, lamb, _ = self.cart2geod("ligas3", point)
|
|
||||||
pointH = self. geod2cart(phi, lamb, h)
|
|
||||||
return pointH
|
|
||||||
|
|
||||||
def para2cart(self, u: float, v: float) -> np.ndarray:
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
Panou, Korakitits 2020, 4
|
|
||||||
:param u: Parameter u
|
|
||||||
:param v: Parameter v
|
|
||||||
:return: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
x = self.ax * np.cos(u) * np.cos(v)
|
|
||||||
y = self.ay * np.cos(u) * np.sin(v)
|
|
||||||
z = self.b * np.sin(u)
|
|
||||||
return np.array([x, y, z])
|
|
||||||
|
|
||||||
def cart2para(self, point: np.ndarray) -> tuple[float, float]:
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
Panou, Korakitits 2020, 4
|
|
||||||
:param point: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
|
||||||
:return: parametrische Koordinaten
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
x, y, z = point
|
|
||||||
|
|
||||||
u_check1 = z*np.sqrt(1 - self.ee**2)
|
|
||||||
u_check2 = np.sqrt(x**2 * (1-self.ee**2) + y**2) * np.sqrt(1-self.ex**2)
|
|
||||||
if u_check1 <= u_check2:
|
|
||||||
u = np.arctan2(u_check1, u_check2)
|
|
||||||
else:
|
|
||||||
u = np.pi/2 - np.arctan2(u_check2, u_check1)
|
|
||||||
|
|
||||||
v_check1 = y
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|
||||||
v_check2 = x*np.sqrt(1-self.ee**2)
|
|
||||||
v_factor = np.sqrt(x**2*(1-self.ee**2)+y**2)
|
|
||||||
if v_check1 <= v_check2:
|
|
||||||
v = 2 * np.arctan2(v_check1, v_check2 + v_factor)
|
|
||||||
else:
|
|
||||||
v = np.pi/2 - 2 * np.arctan2(v_check2, v_check1 + v_factor)
|
|
||||||
|
|
||||||
return u, v
|
|
||||||
|
|
||||||
def p_q(self, x, y, z) -> dict:
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
Berechnung sämtlicher Größen
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|
||||||
:param x: x
|
|
||||||
:param y: y
|
|
||||||
:param z: z
|
|
||||||
:return: Dictionary sämtlicher Größen
|
|
||||||
"""
|
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||||||
H = x ** 2 + y ** 2 / (1 - self.ee ** 2) ** 2 + z ** 2 / (1 - self.ex ** 2) ** 2
|
|
||||||
|
|
||||||
n = np.array([x / np.sqrt(H), y / ((1 - self.ee ** 2) * np.sqrt(H)), z / ((1 - self.ex ** 2) * np.sqrt(H))])
|
|
||||||
|
|
||||||
beta, lamb, u = self.cart2ellu(np.array([x, y, z]))
|
|
||||||
B = self.Ex ** 2 * np.cos(beta) ** 2 + self.Ee ** 2 * np.sin(beta) ** 2
|
|
||||||
L = self.Ex ** 2 - self.Ee ** 2 * np.cos(lamb) ** 2
|
|
||||||
|
|
||||||
c1 = x ** 2 + y ** 2 + z ** 2 - (self.ax ** 2 + self.ay ** 2 + self.b ** 2)
|
|
||||||
c0 = (self.ax ** 2 * self.ay ** 2 + self.ax ** 2 * self.b ** 2 + self.ay ** 2 * self.b ** 2 -
|
|
||||||
(self.ay ** 2 + self.b ** 2) * x ** 2 - (self.ax ** 2 + self.b ** 2) * y ** 2 - (
|
|
||||||
self.ax ** 2 + self.ay ** 2) * z ** 2)
|
|
||||||
t2 = (-c1 + np.sqrt(c1 ** 2 - 4 * c0)) / 2
|
|
||||||
t1 = c0 / t2
|
|
||||||
t2e = self.ax ** 2 * np.sin(lamb) ** 2 + self.ay ** 2 * np.cos(lamb) ** 2
|
|
||||||
t1e = self.ay ** 2 * np.sin(beta) ** 2 + self.b ** 2 * np.cos(beta) ** 2
|
|
||||||
|
|
||||||
F = self.Ey ** 2 * np.cos(beta) ** 2 + self.Ee ** 2 * np.sin(lamb) ** 2
|
|
||||||
p1 = -np.sqrt(L / (F * t2)) * self.ax / self.Ex * np.sqrt(B) * np.sin(lamb)
|
|
||||||
p2 = np.sqrt(L / (F * t2)) * self.ay * np.cos(beta) * np.cos(lamb)
|
|
||||||
p3 = 1 / np.sqrt(F * t2) * (self.b * self.Ee ** 2) / (2 * self.Ex) * np.sin(beta) * np.sin(2 * lamb)
|
|
||||||
# p1 = -np.sign(y) * np.sqrt(L / (F * t2)) * self.ax / (self.Ex * self.Ee) * np.sqrt(B) * np.sqrt(t2 - self.ay ** 2)
|
|
||||||
# p2 = np.sign(x) * np.sqrt(L / (F * t2)) * self.ay / (self.Ey * self.Ee) * np.sqrt((ell.ay ** 2 - t1) * (self.ax ** 2 - t2))
|
|
||||||
# p3 = np.sign(x) * np.sign(y) * np.sign(z) * 1 / np.sqrt(F * t2) * self.b / (self.Ex * self.Ey) * np.sqrt(
|
|
||||||
# (t1 - self.b ** 2) * (t2 - self.ay ** 2) * (self.ax ** 2 - t2))
|
|
||||||
p = np.array([p1, p2, p3])
|
|
||||||
q = np.array([n[1] * p[2] - n[2] * p[1],
|
|
||||||
n[2] * p[0] - n[0] * p[2],
|
|
||||||
n[1] * p[1] - n[1] * p[0]])
|
|
||||||
|
|
||||||
return {"H": H, "n": n, "beta": beta, "lamb": lamb, "u": u, "B": B, "L": L, "c1": c1, "c0": c0, "t1": t1,
|
|
||||||
"t2": t2,
|
|
||||||
"F": F, "p": p, "q": q}
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
if __name__ == "__main__":
|
|
||||||
ell = EllipsoidTriaxial.init_name("Eitschberger1978")
|
|
||||||
diff_list = []
|
|
||||||
for beta_deg in range(-150, 210, 30):
|
|
||||||
for lamb_deg in range(-150, 210, 30):
|
|
||||||
beta = wu.deg2rad(beta_deg)
|
|
||||||
lamb = wu.deg2rad(lamb_deg)
|
|
||||||
point = ell.ell2cart(beta, lamb)
|
|
||||||
|
|
||||||
elli = ell.cart2ell(point)
|
|
||||||
cart_elli = ell.ell2cart(elli[0], elli[1])
|
|
||||||
diff_ell = np.sum(np.abs(point-cart_elli))
|
|
||||||
|
|
||||||
para = ell.cart2para(point)
|
|
||||||
cart_para = ell.para2cart(para[0], para[1])
|
|
||||||
diff_para = np.sum(np.abs(point-cart_para))
|
|
||||||
|
|
||||||
geod = ell.cart2geod("ligas1", point)
|
|
||||||
cart_geod = ell.geod2cart(geod[0], geod[1], geod[2])
|
|
||||||
diff_geod1 = np.sum(np.abs(point-cart_geod))
|
|
||||||
|
|
||||||
geod = ell.cart2geod("ligas2", point)
|
|
||||||
cart_geod = ell.geod2cart(geod[0], geod[1], geod[2])
|
|
||||||
diff_geod2 = np.sum(np.abs(point-cart_geod))
|
|
||||||
|
|
||||||
geod = ell.cart2geod("ligas3", point)
|
|
||||||
cart_geod = ell.geod2cart(geod[0], geod[1], geod[2])
|
|
||||||
diff_geod3 = np.sum(np.abs(point-cart_geod))
|
|
||||||
|
|
||||||
diff_list.append([beta_deg, lamb_deg, diff_ell, diff_para, diff_geod1, diff_geod2, diff_geod3])
|
|
||||||
|
|
||||||
diff_list = np.array(diff_list)
|
|
||||||
pass
|
|
||||||
@@ -1,6 +1,19 @@
|
|||||||
import numpy as np
|
from typing import Tuple
|
||||||
|
|
||||||
def case1(E: float, F: float, G: float, pG: np.ndarray, pE: np.ndarray):
|
import numpy as np
|
||||||
|
from numpy.typing import NDArray
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def case1(E: float, F: float, G: float, pG: NDArray, pE: NDArray) -> Tuple[NDArray, NDArray]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Aufstellen des Gleichungssystem für den ersten Fall
|
||||||
|
:param E: Konstante E
|
||||||
|
:param F: Konstante F
|
||||||
|
:param G: Konstante G
|
||||||
|
:param pG: Punkt über dem Ellipsoid
|
||||||
|
:param pE: Punkt auf dem Ellipsoid
|
||||||
|
:return: inverse Jacobi-Matrix, Gleichungssystem
|
||||||
|
"""
|
||||||
j11 = 2 * E * pE[0]
|
j11 = 2 * E * pE[0]
|
||||||
j12 = 2 * F * pE[1]
|
j12 = 2 * F * pE[1]
|
||||||
j13 = 2 * G * pE[2]
|
j13 = 2 * G * pE[2]
|
||||||
@@ -23,7 +36,16 @@ def case1(E: float, F: float, G: float, pG: np.ndarray, pE: np.ndarray):
|
|||||||
|
|
||||||
return invJ, fxE
|
return invJ, fxE
|
||||||
|
|
||||||
def case2(E: float, F: float, G: float, pG: np.ndarray, pE: np.ndarray):
|
def case2(E: float, F: float, G: float, pG: NDArray, pE: NDArray) -> Tuple[NDArray, NDArray]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Aufstellen des Gleichungssystem für den zweiten Fall
|
||||||
|
:param E: Konstante E
|
||||||
|
:param F: Konstante F
|
||||||
|
:param G: Konstante G
|
||||||
|
:param pG: Punkt über dem Ellipsoid
|
||||||
|
:param pE: Punkt auf dem Ellipsoid
|
||||||
|
:return: inverse Jacobi-Matrix, Gleichungssystem
|
||||||
|
"""
|
||||||
j11 = 2 * E * pE[0]
|
j11 = 2 * E * pE[0]
|
||||||
j12 = 2 * F * pE[1]
|
j12 = 2 * F * pE[1]
|
||||||
j13 = 2 * G * pE[2]
|
j13 = 2 * G * pE[2]
|
||||||
@@ -48,7 +70,16 @@ def case2(E: float, F: float, G: float, pG: np.ndarray, pE: np.ndarray):
|
|||||||
|
|
||||||
return invJ, fxE
|
return invJ, fxE
|
||||||
|
|
||||||
def case3(E: float, F: float, G: float, pG: np.ndarray, pE: np.ndarray):
|
def case3(E: float, F: float, G: float, pG: NDArray, pE: NDArray) -> Tuple[NDArray, NDArray]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Aufstellen des Gleichungssystem für den dritten Fall
|
||||||
|
:param E: Konstante E
|
||||||
|
:param F: Konstante F
|
||||||
|
:param G: Konstante G
|
||||||
|
:param pG: Punkt über dem Ellipsoid
|
||||||
|
:param pE: Punkt auf dem Ellipsoid
|
||||||
|
:return: inverse Jacobi-Matrix, Gleichungssystem
|
||||||
|
"""
|
||||||
j11 = 2 * E * pE[0]
|
j11 = 2 * E * pE[0]
|
||||||
j12 = 2 * F * pE[1]
|
j12 = 2 * F * pE[1]
|
||||||
j13 = 2 * G * pE[2]
|
j13 = 2 * G * pE[2]
|
||||||
|
|||||||
78
kugel.py
78
kugel.py
@@ -1,78 +0,0 @@
|
|||||||
import numpy as np
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def cart2sph(x, y, z):
|
|
||||||
r = np.sqrt(x**2 + y**2 + z**2)
|
|
||||||
phi = np.atan2(z, np.sqrt(x**2 + y**2))
|
|
||||||
lamb = np.atan2(y, x)
|
|
||||||
|
|
||||||
return r, np.rad2deg(phi), np.rad2deg(lamb)
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def sph2cart(r, phi, lamb):
|
|
||||||
phi_rad = np.deg2rad(phi)
|
|
||||||
lamb_rad = np.deg2rad(lamb)
|
|
||||||
|
|
||||||
x = r * np.cos(phi_rad) * np.cos(lamb_rad)
|
|
||||||
y = r * np.cos(phi_rad) * np.sin(lamb_rad)
|
|
||||||
z = r * np.sin(phi_rad)
|
|
||||||
|
|
||||||
return x, y, z
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def kugel_erste_gha(R, phi_1, lamb_1, s_d, a_12):
|
|
||||||
|
|
||||||
s = s_d / R
|
|
||||||
lamb_1_rad = np.deg2rad(lamb_1)
|
|
||||||
phi_1_rad = np.deg2rad(phi_1)
|
|
||||||
a_12_rad = np.deg2rad(a_12)
|
|
||||||
|
|
||||||
sin_satz = np.sin(s) * np.sin(a_12_rad)
|
|
||||||
sin_kos = np.cos(phi_1_rad) * np.cos(s) - np.sin(phi_1_rad) * np.sin(s) * np.cos(a_12_rad)
|
|
||||||
delta_lam = np.atan2(sin_satz, sin_kos)
|
|
||||||
lamb_2_rad = lamb_1_rad + delta_lam
|
|
||||||
|
|
||||||
phi_2_rad = np.asin(np.sin(phi_1_rad) * np.cos(s) + np.cos(phi_1_rad) * np.sin(s) * np.cos(a_12_rad))
|
|
||||||
|
|
||||||
sin_satz_2 = -np.cos(phi_1_rad) * np.sin(a_12_rad)
|
|
||||||
sin_kos_2 = np.sin(s) * np.sin(phi_1_rad) - np.cos(s) * np.cos(phi_1_rad) * np.cos(a_12_rad)
|
|
||||||
a_21_rad = np.atan2(sin_satz_2, sin_kos_2)
|
|
||||||
if a_21_rad < 0:
|
|
||||||
a_21_rad += 2 * np.pi
|
|
||||||
|
|
||||||
return np.rad2deg(phi_2_rad), np.rad2deg(lamb_2_rad), np.rad2deg(a_21_rad)
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def kugel_zweite_gha(R, phi_1, lamb_1, phi_2, lamb_2):
|
|
||||||
phi_1_rad = np.deg2rad(phi_1)
|
|
||||||
lamb_1_rad = np.deg2rad(lamb_1)
|
|
||||||
phi_2_rad = np.deg2rad(phi_2)
|
|
||||||
lamb_2_rad = np.deg2rad(lamb_2)
|
|
||||||
|
|
||||||
sin_satz_1 = np.cos(phi_2_rad) * np.sin(lamb_2_rad - lamb_1_rad)
|
|
||||||
sin_kos_1 = np.cos(phi_1_rad) * np.sin(phi_2_rad) - np.sin(phi_1_rad) * np.cos(phi_2_rad) * np.cos(lamb_2_rad - lamb_1_rad)
|
|
||||||
a_12_rad = np.atan2(sin_satz_1, sin_kos_1)
|
|
||||||
|
|
||||||
kos = np.sin(phi_1_rad) * np.sin(phi_2_rad) + np.cos(phi_1_rad) * np.cos(phi_2_rad) * np.cos(lamb_2_rad - lamb_1_rad)
|
|
||||||
s = np.acos(kos)
|
|
||||||
s_d = R * s
|
|
||||||
|
|
||||||
sin_satz_2 = -np.cos(phi_1_rad) * np.sin(lamb_2_rad - lamb_1_rad)
|
|
||||||
sin_kos_2 = np.cos(phi_2_rad) * np.sin(phi_1_rad) - np.sin(phi_2_rad) * np.cos(phi_1_rad) * np.cos(lamb_2_rad - lamb_1_rad)
|
|
||||||
a_21_rad = np.atan2(sin_satz_2, sin_kos_2)
|
|
||||||
if a_21_rad < 0:
|
|
||||||
a_21_rad += 2 * np.pi
|
|
||||||
|
|
||||||
return s_d, np.rad2deg(a_12_rad), np.rad2deg(a_21_rad)
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
if __name__ == "__main__":
|
|
||||||
R = 6378815.904 # Bern
|
|
||||||
phi_1 = 10
|
|
||||||
lamb_1 = 40
|
|
||||||
a_12 = 100
|
|
||||||
s = 10000
|
|
||||||
phi_2, lamb_2, _ = kugel_erste_gha(R, phi_1, lamb_1, s, a_12)
|
|
||||||
|
|
||||||
print(kugel_erste_gha(R, phi_1, lamb_1, s, a_12))
|
|
||||||
print(kugel_zweite_gha(R, phi_1, lamb_1, phi_2, lamb_2))
|
|
||||||
36
nicht abgeben/GHA_biaxial/bessel.py
Normal file
36
nicht abgeben/GHA_biaxial/bessel.py
Normal file
@@ -0,0 +1,36 @@
|
|||||||
|
from typing import Tuple
|
||||||
|
|
||||||
|
import scipy as sp
|
||||||
|
from ellipsoid_biaxial import EllipsoidBiaxial
|
||||||
|
from numpy import *
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def gha1(re: EllipsoidBiaxial, phi0: float, lamb0: float, alpha0:float, s: float) -> Tuple[float, float, float]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Berechnung der 1.GHA auf einem Rotationsellipsoid nach Bessel
|
||||||
|
:param re:
|
||||||
|
:param phi0:
|
||||||
|
:param lamb0:
|
||||||
|
:param alpha0:
|
||||||
|
:param s:
|
||||||
|
:return:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
psi0 = re.phi2psi(phi0)
|
||||||
|
clairant = arcsin(cos(psi0) * sin(alpha0))
|
||||||
|
sigma0 = arcsin(sin(psi0) / cos(clairant))
|
||||||
|
|
||||||
|
sqrt_sigma = lambda sigma: sqrt(1 + re.e_ ** 2 * cos(clairant) ** 2 * sin(sigma) ** 2)
|
||||||
|
int_sqrt_sigma = lambda sigma: sp.integrate.quad(sqrt_sigma, sigma0, sigma)[0]
|
||||||
|
|
||||||
|
f_sigma1_i = lambda sigma1_i: (int_sqrt_sigma(sigma1_i) - s / re.b)
|
||||||
|
|
||||||
|
sigma1_0 = sigma0 + s / re.a
|
||||||
|
sigma1 = sp.optimize.newton(f_sigma1_i, sigma1_0)
|
||||||
|
psi1 = arcsin(cos(clairant) * sin(sigma1))
|
||||||
|
phi1 = re.psi2phi(psi1)
|
||||||
|
alpha1 = arcsin(sin(clairant) / cos(psi1))
|
||||||
|
|
||||||
|
f_d_lambda = lambda sigma: sin(clairant) * sqrt_sigma(sigma) / (1 - cos(clairant) ** 2 * sin(sigma) ** 2)
|
||||||
|
d_lambda = sqrt(1-re.e**2) * sp.integrate.quad(f_d_lambda, sigma0, sigma1)[0]
|
||||||
|
lamb1 = lamb0 + d_lambda
|
||||||
|
return phi1, lamb1, alpha1
|
||||||
101
nicht abgeben/GHA_biaxial/gauss.py
Normal file
101
nicht abgeben/GHA_biaxial/gauss.py
Normal file
@@ -0,0 +1,101 @@
|
|||||||
|
from typing import Tuple
|
||||||
|
|
||||||
|
from ellipsoid_biaxial import EllipsoidBiaxial
|
||||||
|
from numpy import arctan, cos, sin, sqrt, tan
|
||||||
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|
||||||
|
|
||||||
|
def gha1(re: EllipsoidBiaxial, phi0: float, lamb0: float, alpha0: float, s: float, eps: float = 1e-12) -> Tuple[float, float, float]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Berechnung der 1. Geodätische Hauptaufgabe nach Gauß´schen Mittelbreitenformeln
|
||||||
|
:param re: Klasse Ellipsoid
|
||||||
|
:param phi0: Breite Punkt 0
|
||||||
|
:param lamb0: Länge Punkt 0
|
||||||
|
:param alpha0: Azimut der geodätischen Linie in Punkt 1
|
||||||
|
:param s: Strecke zu Punkt 1
|
||||||
|
:param eps: Abbruchkriterium für Winkelgrößen
|
||||||
|
:return: Breite, Länge, Azimut von Punkt 21
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
t = lambda phi: tan(phi)
|
||||||
|
eta = lambda phi: sqrt(re.e_ ** 2 * cos(phi) ** 2)
|
||||||
|
|
||||||
|
F1 = lambda alpha, phi, s: 1 + (2 + 3 * t(phi) ** 2 + 2 * eta(phi) ** 2) / (24 * re.N(phi) ** 2) * sin(alpha) ** 2 * s ** 2 \
|
||||||
|
+ (t(phi)**2 - 1) * eta(phi) ** 2 / (8 * re.N(phi) ** 2) * cos(alpha) ** 2 * s ** 2
|
||||||
|
|
||||||
|
F2 = lambda alpha, phi, s: 1 + t(phi) ** 2 / (24 * re.N(phi) ** 2) * sin(alpha) ** 2 * s ** 2 \
|
||||||
|
- (1 + eta(phi)**2 - 9 * eta(phi)**2 * t(phi)**2) / (24 * re.N(phi) ** 2) * cos(alpha) ** 2 * s ** 2
|
||||||
|
|
||||||
|
F3 = lambda alpha, phi, s: 1 + (1 + eta(phi) ** 2) / (12 * re.N(phi) ** 2) * sin(alpha) ** 2 * s ** 2 \
|
||||||
|
+ (3 + 8 * eta(phi)**2) / (24 * re.N(phi) ** 2) * cos(alpha) ** 2 * s ** 2
|
||||||
|
|
||||||
|
phi1_i = lambda alpha, phi: phi0 + cos(alpha) / re.M(phi) * s * F1(alpha, phi, s)
|
||||||
|
lamb1_i = lambda alpha, phi: lamb0 + sin(alpha) / (re.N(phi) * cos(phi)) * s * F2(alpha, phi, s)
|
||||||
|
alpha1_i = lambda alpha, phi: alpha0 + sin(alpha) * tan(phi) / re.N(phi) * s * F3(alpha, phi, s)
|
||||||
|
|
||||||
|
phi_m_i = lambda phi1: (phi0 + phi1) / 2
|
||||||
|
alpha_m_i = lambda alpha1: (alpha0 + alpha1) / 2
|
||||||
|
|
||||||
|
phi_m = []
|
||||||
|
alpha_m = []
|
||||||
|
phi1 = []
|
||||||
|
lamb1 = []
|
||||||
|
alpha1 = []
|
||||||
|
|
||||||
|
# 1. Näherung für P1
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||||||
|
phi1.append(phi0 + cos(alpha0) / re.M(phi0) * s)
|
||||||
|
lamb1.append(lamb0 + sin(alpha0) / (re.N(phi0) * cos(phi0)) * s)
|
||||||
|
alpha1.append(alpha0 + sin(alpha0) * tan(phi0) / re.N(phi0) * s)
|
||||||
|
|
||||||
|
while True:
|
||||||
|
# Berechnug P_m durch Mittelbildung
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||||||
|
phi_m.append(phi_m_i(phi1[-1]))
|
||||||
|
alpha_m.append(alpha_m_i(alpha1[-1]))
|
||||||
|
# Berechnung P1
|
||||||
|
phi1.append(phi1_i(alpha_m[-1], phi_m[-1]))
|
||||||
|
lamb1.append(lamb1_i(alpha_m[-1], phi_m[-1]))
|
||||||
|
alpha1.append(alpha1_i(alpha_m[-1], phi_m[-1]))
|
||||||
|
|
||||||
|
# Abbruchkriterium
|
||||||
|
if abs(phi1[-2] - phi1[-1]) < eps and \
|
||||||
|
abs(lamb1[-2] - lamb1[-1]) < eps and \
|
||||||
|
abs(alpha1[-2] - alpha1[-1]) < eps:
|
||||||
|
break
|
||||||
|
return phi1[-1], lamb1[-1], alpha1[-1]
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def gha2(re: EllipsoidBiaxial, phi0: float, lamb0: float, phi1: float, lamb1: float):
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Berechnung der 2. Geodätische Hauptaufgabe nach Gauß´schen Mittelbreitenformeln
|
||||||
|
:param re: Klasse Ellipsoid
|
||||||
|
:param phi0: Breite Punkt 1
|
||||||
|
:param lamb0: Länge Punkt 1
|
||||||
|
:param phi1: Breite Punkt 2
|
||||||
|
:param lamb1: Länge Punkt 2
|
||||||
|
:return: Länge der geodätischen Linie, Azimut von P1 nach P2, Azimut von P2 nach P1
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
|
||||||
|
t = lambda phi: tan(phi)
|
||||||
|
eta = lambda phi: sqrt(re.e_ ** 2 * cos(phi) ** 2)
|
||||||
|
|
||||||
|
phi_0 = (phi0 + phi1) / 2
|
||||||
|
d_phi = phi1 - phi0
|
||||||
|
d_lambda = lamb1 - lamb0
|
||||||
|
|
||||||
|
f_A = lambda phi: (2 + 3*t(phi)**2 + 2*eta(phi)**2) / 24
|
||||||
|
f_B = lambda phi: ((t(phi)**2 - 1) * eta(phi)**2) / 8
|
||||||
|
# f_C = lambda phi: (t(phi)**2) / 24
|
||||||
|
f_D = lambda phi: (1 + eta(phi)**2 - 9 * eta(phi)**2 * t(phi)**2) / 24
|
||||||
|
|
||||||
|
F1 = lambda phi: d_phi * re.M(phi) * (1 - f_A(phi) * d_lambda ** 2 * cos(phi) ** 2 -
|
||||||
|
f_B(phi) * d_phi ** 2 / re.V(phi) ** 4)
|
||||||
|
F2 = lambda phi: d_lambda * re.N(phi) * cos(phi) * (1 - 1 / 24 * d_lambda ** 2 * sin(phi) ** 2 +
|
||||||
|
f_D(phi) * d_phi ** 2 / re.V(phi) ** 4)
|
||||||
|
|
||||||
|
s = sqrt(F1(phi_0) ** 2 + F2(phi_0) ** 2)
|
||||||
|
A_0 = arctan(F2(phi_0) / F1(phi_0))
|
||||||
|
d_A = d_lambda * sin(phi_0) * (1 + (1 + eta(phi_0) ** 2) / 12 * s ** 2 * sin(A_0) ** 2 / re.N(phi_0) ** 2 +
|
||||||
|
(3 + 8 * eta(phi_0) ** 2) / 24 * s ** 2 * cos(A_0) ** 2 / re.N(phi_0) ** 2)
|
||||||
|
|
||||||
|
alpha0 = A_0 - d_A / 2
|
||||||
|
alpha1 = A_0 + d_A / 2
|
||||||
|
|
||||||
|
return alpha0, alpha1, s
|
||||||
33
nicht abgeben/GHA_biaxial/rk.py
Normal file
33
nicht abgeben/GHA_biaxial/rk.py
Normal file
@@ -0,0 +1,33 @@
|
|||||||
|
from typing import Tuple
|
||||||
|
|
||||||
|
import numpy as np
|
||||||
|
from ellipsoid_biaxial import EllipsoidBiaxial
|
||||||
|
from numpy import cos, sin, tan
|
||||||
|
from numpy.typing import NDArray
|
||||||
|
|
||||||
|
import runge_kutta as rk
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def gha1(re: EllipsoidBiaxial, phi0: float, lamb0: float, alpha0: float, s: float, num: int) -> Tuple[float, float, float]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Berechnung der 1. GHA auf einem Rotationsellipsoid mittels RK4
|
||||||
|
:param re:
|
||||||
|
:param phi0:
|
||||||
|
:param lamb0:
|
||||||
|
:param alpha0:
|
||||||
|
:param s:
|
||||||
|
:param num:
|
||||||
|
:return:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
def buildODE():
|
||||||
|
def ODE(s: float, v: NDArray):
|
||||||
|
phi, lam, A = v
|
||||||
|
V = re.V(phi)
|
||||||
|
dphi = cos(A) * V ** 3 / re.c
|
||||||
|
dlam = sin(A) * V / (cos(phi) * re.c)
|
||||||
|
dA = tan(phi) * sin(A) * V / re.c
|
||||||
|
return np.array([dphi, dlam, dA])
|
||||||
|
return ODE
|
||||||
|
|
||||||
|
_, funktionswerte = rk.rk4(buildODE(), 0, np.array([phi0, lamb0, alpha0]), s, num)
|
||||||
|
return funktionswerte[-1][0], funktionswerte[-1][1], funktionswerte[-1][2]
|
||||||
0
nicht abgeben/Tests/__init__.py
Normal file
0
nicht abgeben/Tests/__init__.py
Normal file
9253
nicht abgeben/Tests/algorithms_test.ipynb
Normal file
9253
nicht abgeben/Tests/algorithms_test.ipynb
Normal file
File diff suppressed because it is too large
Load Diff
101
nicht abgeben/Tests/alpha_conversion_test.ipynb
Normal file
101
nicht abgeben/Tests/alpha_conversion_test.ipynb
Normal file
@@ -0,0 +1,101 @@
|
|||||||
|
{
|
||||||
|
"cells": [
|
||||||
|
{
|
||||||
|
"metadata": {},
|
||||||
|
"cell_type": "code",
|
||||||
|
"source": [
|
||||||
|
"%load_ext autoreload\n",
|
||||||
|
"%autoreload 2"
|
||||||
|
],
|
||||||
|
"id": "a78faf7f4883772f",
|
||||||
|
"outputs": [],
|
||||||
|
"execution_count": null
|
||||||
|
},
|
||||||
|
{
|
||||||
|
"metadata": {},
|
||||||
|
"cell_type": "code",
|
||||||
|
"source": [
|
||||||
|
"%reload_ext autoreload\n",
|
||||||
|
"%autoreload 2\n",
|
||||||
|
"import numpy as np\n",
|
||||||
|
"\n",
|
||||||
|
"import winkelumrechnungen as wu\n",
|
||||||
|
"from GHA_triaxial.utils import alpha_ell2para, alpha_para2ell\n",
|
||||||
|
"from ellipsoid_triaxial import EllipsoidTriaxial"
|
||||||
|
],
|
||||||
|
"id": "46aa84a937fea491",
|
||||||
|
"outputs": [],
|
||||||
|
"execution_count": null
|
||||||
|
},
|
||||||
|
{
|
||||||
|
"metadata": {},
|
||||||
|
"cell_type": "code",
|
||||||
|
"source": [
|
||||||
|
"ell = EllipsoidTriaxial.init_name(\"KarneyTest2024\")\n",
|
||||||
|
"diffs = []\n",
|
||||||
|
"for beta_deg in range(-90, 91, 15):\n",
|
||||||
|
" for lamb_deg in range(-180, 180, 15):\n",
|
||||||
|
" for alpha_deg in range(0, 360, 15):\n",
|
||||||
|
" beta = wu.deg2rad(beta_deg)\n",
|
||||||
|
" lamb = wu.deg2rad(lamb_deg)\n",
|
||||||
|
" u, v = ell.ell2para(beta, lamb)\n",
|
||||||
|
" alpha = wu.deg2rad(alpha_deg)\n",
|
||||||
|
"\n",
|
||||||
|
" alpha_para_1, *_ = alpha_ell2para(ell, beta, lamb, alpha)\n",
|
||||||
|
" alpha_ell_1, *_ = alpha_para2ell(ell, u, v, alpha_para_1)\n",
|
||||||
|
" diff_1 = wu.deg2rad(abs(alpha_ell_1 - alpha))/3600\n",
|
||||||
|
"\n",
|
||||||
|
" alpha_ell_2, *_ = alpha_para2ell(ell, u, v, alpha)\n",
|
||||||
|
" alpha_para_2, *_ = alpha_ell2para(ell, beta, lamb, alpha_ell_2)\n",
|
||||||
|
" diff_2 = wu.deg2rad(abs(alpha_para_2 - alpha))/3600\n",
|
||||||
|
"\n",
|
||||||
|
" diffs.append((beta_deg, lamb_deg, alpha_deg, diff_1, diff_2))\n",
|
||||||
|
"diffs = np.array(diffs)"
|
||||||
|
],
|
||||||
|
"id": "82fc6cbbe7d5abcb",
|
||||||
|
"outputs": [],
|
||||||
|
"execution_count": null
|
||||||
|
},
|
||||||
|
{
|
||||||
|
"metadata": {},
|
||||||
|
"cell_type": "code",
|
||||||
|
"source": [
|
||||||
|
"i_max_ell = np.argmax(diffs[:, 3])\n",
|
||||||
|
"max_ell = diffs[i_max_ell, 3]\n",
|
||||||
|
"point_max_ell = diffs[i_max_ell, :3]\n",
|
||||||
|
"\n",
|
||||||
|
"i_max_para = np.argmax(diffs[:, 4])\n",
|
||||||
|
"max_para = diffs[i_max_para, 4]\n",
|
||||||
|
"point_max_para = diffs[i_max_para, :4]\n",
|
||||||
|
"\n",
|
||||||
|
"print(f'Für elliptisches Alpha = {point_max_ell[2]}° und beta = {point_max_ell[0]}°, lamb = {point_max_ell[1]}°: diff = {max_ell}\"')\n",
|
||||||
|
"print(f'Für parametrisches Alpha = {point_max_para[2]}° und beta = {point_max_para[0]}°, lamb = {point_max_para[1]}°: diff = {max_ell}\"')\n",
|
||||||
|
"pass"
|
||||||
|
],
|
||||||
|
"id": "97b5b8c9ca5377ab",
|
||||||
|
"outputs": [],
|
||||||
|
"execution_count": null
|
||||||
|
}
|
||||||
|
],
|
||||||
|
"metadata": {
|
||||||
|
"kernelspec": {
|
||||||
|
"display_name": "Python 3",
|
||||||
|
"language": "python",
|
||||||
|
"name": "python3"
|
||||||
|
},
|
||||||
|
"language_info": {
|
||||||
|
"codemirror_mode": {
|
||||||
|
"name": "ipython",
|
||||||
|
"version": 2
|
||||||
|
},
|
||||||
|
"file_extension": ".py",
|
||||||
|
"mimetype": "text/x-python",
|
||||||
|
"name": "python",
|
||||||
|
"nbconvert_exporter": "python",
|
||||||
|
"pygments_lexer": "ipython2",
|
||||||
|
"version": "2.7.6"
|
||||||
|
}
|
||||||
|
},
|
||||||
|
"nbformat": 4,
|
||||||
|
"nbformat_minor": 5
|
||||||
|
}
|
||||||
246
nicht abgeben/Tests/conversions_test.ipynb
Normal file
246
nicht abgeben/Tests/conversions_test.ipynb
Normal file
@@ -0,0 +1,246 @@
|
|||||||
|
{
|
||||||
|
"cells": [
|
||||||
|
{
|
||||||
|
"metadata": {},
|
||||||
|
"cell_type": "code",
|
||||||
|
"source": [
|
||||||
|
"%load_ext autoreload\n",
|
||||||
|
"%autoreload 2"
|
||||||
|
],
|
||||||
|
"id": "746c5b9e4c0226e7",
|
||||||
|
"outputs": [],
|
||||||
|
"execution_count": null
|
||||||
|
},
|
||||||
|
{
|
||||||
|
"cell_type": "code",
|
||||||
|
"id": "initial_id",
|
||||||
|
"metadata": {
|
||||||
|
"collapsed": true
|
||||||
|
},
|
||||||
|
"source": [
|
||||||
|
"%reload_ext autoreload\n",
|
||||||
|
"%autoreload 2\n",
|
||||||
|
"from itertools import product\n",
|
||||||
|
"\n",
|
||||||
|
"import numpy as np\n",
|
||||||
|
"import pandas as pd\n",
|
||||||
|
"import plotly.graph_objects as go\n",
|
||||||
|
"\n",
|
||||||
|
"import winkelumrechnungen as wu\n",
|
||||||
|
"from ellipsoid_triaxial import EllipsoidTriaxial"
|
||||||
|
],
|
||||||
|
"outputs": [],
|
||||||
|
"execution_count": null
|
||||||
|
},
|
||||||
|
{
|
||||||
|
"metadata": {},
|
||||||
|
"cell_type": "code",
|
||||||
|
"source": [
|
||||||
|
"# ellips = \"KarneyTest2024\"\n",
|
||||||
|
"ellips = \"BursaSima1980\"\n",
|
||||||
|
"# ellips = \"Fiction\"\n",
|
||||||
|
"ell: EllipsoidTriaxial = EllipsoidTriaxial.init_name(ellips)"
|
||||||
|
],
|
||||||
|
"id": "7b05ca89fcd7b331",
|
||||||
|
"outputs": [],
|
||||||
|
"execution_count": null
|
||||||
|
},
|
||||||
|
{
|
||||||
|
"metadata": {},
|
||||||
|
"cell_type": "code",
|
||||||
|
"source": [
|
||||||
|
"def deg_range(start, stop, step):\n",
|
||||||
|
" return [float(x) for x in range(start, stop + step, step)]\n",
|
||||||
|
"\n",
|
||||||
|
"def asymptotic_range(start, direction=\"up\", max_decimals=4):\n",
|
||||||
|
" values = []\n",
|
||||||
|
" for d in range(0, max_decimals + 1):\n",
|
||||||
|
" step = 10 ** -d\n",
|
||||||
|
" if direction == \"up\":\n",
|
||||||
|
" values.append(start + (1 - step))\n",
|
||||||
|
" else:\n",
|
||||||
|
" values.append(start - (1 - step))\n",
|
||||||
|
" return values"
|
||||||
|
],
|
||||||
|
"id": "61a6b14fef0180ad",
|
||||||
|
"outputs": [],
|
||||||
|
"execution_count": null
|
||||||
|
},
|
||||||
|
{
|
||||||
|
"metadata": {},
|
||||||
|
"cell_type": "code",
|
||||||
|
"source": [
|
||||||
|
"beta_5_85 = deg_range(5, 85, 5)\n",
|
||||||
|
"lambda_5_85 = deg_range(5, 85, 5)\n",
|
||||||
|
"beta_5_90 = deg_range(5, 90, 5)\n",
|
||||||
|
"lambda_5_90 = deg_range(5, 90, 5)\n",
|
||||||
|
"beta_0_90 = deg_range(0, 90, 5)\n",
|
||||||
|
"lambda_0_90 = deg_range(0, 90, 5)\n",
|
||||||
|
"beta_90 = [90.0]\n",
|
||||||
|
"lambda_90 = [90.0]\n",
|
||||||
|
"beta_0 = [0.0]\n",
|
||||||
|
"lambda_0 = [0.0]\n",
|
||||||
|
"beta_asym_89 = asymptotic_range(89.0, direction=\"up\")\n",
|
||||||
|
"lambda_asym_0 = asymptotic_range(1.0, direction=\"down\")"
|
||||||
|
],
|
||||||
|
"id": "f7184980a4b930b7",
|
||||||
|
"outputs": [],
|
||||||
|
"execution_count": null
|
||||||
|
},
|
||||||
|
{
|
||||||
|
"metadata": {},
|
||||||
|
"cell_type": "code",
|
||||||
|
"source": [
|
||||||
|
"groups = {\n",
|
||||||
|
" 1: list(product(beta_5_85, lambda_5_85)),\n",
|
||||||
|
" 2: list(product(beta_0, lambda_0_90)),\n",
|
||||||
|
" 3: list(product(beta_5_85, lambda_0)),\n",
|
||||||
|
" 4: list(product(beta_90, lambda_5_90)),\n",
|
||||||
|
" 5: list(product(beta_asym_89, lambda_asym_0)),\n",
|
||||||
|
" 6: list(product(beta_5_85, lambda_90)),\n",
|
||||||
|
" 7: list(product(lambda_asym_0, lambda_0_90)),\n",
|
||||||
|
" 8: list(product(beta_0_90, lambda_asym_0)),\n",
|
||||||
|
" 9: list(product(beta_asym_89, lambda_0_90)),\n",
|
||||||
|
" 10: list(product(beta_0_90, beta_asym_89)),\n",
|
||||||
|
"}"
|
||||||
|
],
|
||||||
|
"id": "cea9fd9cce6a4fd1",
|
||||||
|
"outputs": [],
|
||||||
|
"execution_count": null
|
||||||
|
},
|
||||||
|
{
|
||||||
|
"metadata": {},
|
||||||
|
"cell_type": "code",
|
||||||
|
"source": [
|
||||||
|
"for nr, points in groups.items():\n",
|
||||||
|
" points_cart = []\n",
|
||||||
|
" for point in points:\n",
|
||||||
|
" beta, lamb = point\n",
|
||||||
|
" cart = ell.ell2cart(wu.deg2rad(beta), wu.deg2rad(lamb))\n",
|
||||||
|
" points_cart.append(cart)\n",
|
||||||
|
" groups[nr] = points_cart"
|
||||||
|
],
|
||||||
|
"id": "17a6a130782a89ce",
|
||||||
|
"outputs": [],
|
||||||
|
"execution_count": null
|
||||||
|
},
|
||||||
|
{
|
||||||
|
"metadata": {},
|
||||||
|
"cell_type": "code",
|
||||||
|
"source": [
|
||||||
|
"results = {}\n",
|
||||||
|
"\n",
|
||||||
|
"for nr, points in groups.items():\n",
|
||||||
|
" group_results = {\"ell\": [],\n",
|
||||||
|
" \"para\": [],\n",
|
||||||
|
" \"geod\": []}\n",
|
||||||
|
" for point in points:\n",
|
||||||
|
" elli = ell.cart2ell(point)\n",
|
||||||
|
" cart_elli = ell.ell2cart(elli[0], elli[1])\n",
|
||||||
|
" group_results[\"ell\"].append(np.linalg.norm(point - cart_elli, axis=-1))\n",
|
||||||
|
"\n",
|
||||||
|
" para = ell.cart2para(point)\n",
|
||||||
|
" cart_para = ell.para2cart(para[0], para[1])\n",
|
||||||
|
" group_results[\"para\"].append(np.linalg.norm(point - cart_para, axis=-1))\n",
|
||||||
|
"\n",
|
||||||
|
" geod = ell.cart2geod(point, \"ligas3\")\n",
|
||||||
|
" cart_geod = ell.geod2cart(geod[0], geod[1], geod[2])\n",
|
||||||
|
" group_results[\"geod\"].append(np.linalg.norm(point - cart_geod, axis=-1))\n",
|
||||||
|
"\n",
|
||||||
|
" group_results[\"ell\"] = np.array(group_results[\"ell\"])\n",
|
||||||
|
" group_results[\"para\"] = np.array(group_results[\"para\"])\n",
|
||||||
|
" group_results[\"geod\"] = np.array(group_results[\"geod\"])\n",
|
||||||
|
" results[nr] = group_results"
|
||||||
|
],
|
||||||
|
"id": "c3298ea233bca274",
|
||||||
|
"outputs": [],
|
||||||
|
"execution_count": null
|
||||||
|
},
|
||||||
|
{
|
||||||
|
"metadata": {},
|
||||||
|
"cell_type": "code",
|
||||||
|
"source": [
|
||||||
|
"# with open(f\"conversion_results_{ellips}.pkl\", \"wb\") as f:\n",
|
||||||
|
"# pickle.dump(results, f)"
|
||||||
|
],
|
||||||
|
"id": "e1285860be416ad3",
|
||||||
|
"outputs": [],
|
||||||
|
"execution_count": null
|
||||||
|
},
|
||||||
|
{
|
||||||
|
"metadata": {},
|
||||||
|
"cell_type": "code",
|
||||||
|
"source": [
|
||||||
|
"# with open(f\"conversion_results_{ellips}.pkl\", \"rb\") as f:\n",
|
||||||
|
"# results = pickle.load(f)"
|
||||||
|
],
|
||||||
|
"id": "d26720e34595ccbc",
|
||||||
|
"outputs": [],
|
||||||
|
"execution_count": null
|
||||||
|
},
|
||||||
|
{
|
||||||
|
"metadata": {},
|
||||||
|
"cell_type": "code",
|
||||||
|
"source": [
|
||||||
|
"df = pd.DataFrame({\n",
|
||||||
|
" \"Gruppe\": [nr for nr in results.keys()],\n",
|
||||||
|
" \"max_Δr_ell\": [f\"{max(result[\"ell\"]):.3g}\" for result in results.values()],\n",
|
||||||
|
" \"max_Δr_para\": [f\"{max(result[\"para\"]):.3g}\" for result in results.values()],\n",
|
||||||
|
" \"max_Δr_geod\": [f\"{max(result[\"geod\"]):.3g}\" for result in results.values()]\n",
|
||||||
|
"})"
|
||||||
|
],
|
||||||
|
"id": "4e2e55e4699ec81e",
|
||||||
|
"outputs": [],
|
||||||
|
"execution_count": null
|
||||||
|
},
|
||||||
|
{
|
||||||
|
"metadata": {},
|
||||||
|
"cell_type": "code",
|
||||||
|
"source": [
|
||||||
|
"fig = go.Figure(data=[go.Table(\n",
|
||||||
|
" header=dict(\n",
|
||||||
|
" values=list(df.columns),\n",
|
||||||
|
" fill_color=\"lightgrey\",\n",
|
||||||
|
" align=\"left\"\n",
|
||||||
|
" ),\n",
|
||||||
|
" cells=dict(\n",
|
||||||
|
" values=[df[col] for col in df.columns],\n",
|
||||||
|
" align=\"left\"\n",
|
||||||
|
" )\n",
|
||||||
|
")])\n",
|
||||||
|
"fig.update_layout(\n",
|
||||||
|
" template=\"simple_white\",\n",
|
||||||
|
" width=650,\n",
|
||||||
|
" height=len(groups)*20+80,\n",
|
||||||
|
" margin=dict(l=20, r=20, t=20, b=20))\n",
|
||||||
|
"\n",
|
||||||
|
"fig.show()\n",
|
||||||
|
"# fig.write_image(f\"conversion_results_{ellips}.png\", width=650, height=len(groups)*20+80, scale=2)"
|
||||||
|
],
|
||||||
|
"id": "c2fa82afef2d6e0e",
|
||||||
|
"outputs": [],
|
||||||
|
"execution_count": null
|
||||||
|
}
|
||||||
|
],
|
||||||
|
"metadata": {
|
||||||
|
"kernelspec": {
|
||||||
|
"display_name": "Python 3",
|
||||||
|
"language": "python",
|
||||||
|
"name": "python3"
|
||||||
|
},
|
||||||
|
"language_info": {
|
||||||
|
"codemirror_mode": {
|
||||||
|
"name": "ipython",
|
||||||
|
"version": 2
|
||||||
|
},
|
||||||
|
"file_extension": ".py",
|
||||||
|
"mimetype": "text/x-python",
|
||||||
|
"name": "python",
|
||||||
|
"nbconvert_exporter": "python",
|
||||||
|
"pygments_lexer": "ipython2",
|
||||||
|
"version": "2.7.6"
|
||||||
|
}
|
||||||
|
},
|
||||||
|
"nbformat": 4,
|
||||||
|
"nbformat_minor": 5
|
||||||
|
}
|
||||||
BIN
nicht abgeben/Tests/gha_resultsKarney.pkl
Normal file
BIN
nicht abgeben/Tests/gha_resultsKarney.pkl
Normal file
Binary file not shown.
BIN
nicht abgeben/Tests/gha_resultsPanou.pkl
Normal file
BIN
nicht abgeben/Tests/gha_resultsPanou.pkl
Normal file
Binary file not shown.
BIN
nicht abgeben/Tests/gha_resultsRandom.pkl
Normal file
BIN
nicht abgeben/Tests/gha_resultsRandom.pkl
Normal file
Binary file not shown.
BIN
nicht abgeben/Tests/gha_resultsRandom_num.pkl
Normal file
BIN
nicht abgeben/Tests/gha_resultsRandom_num.pkl
Normal file
Binary file not shown.
0
nicht abgeben/__init__.py
Normal file
0
nicht abgeben/__init__.py
Normal file
126
nicht abgeben/ellipsoid_biaxial.py
Normal file
126
nicht abgeben/ellipsoid_biaxial.py
Normal file
@@ -0,0 +1,126 @@
|
|||||||
|
from typing import Tuple
|
||||||
|
|
||||||
|
import numpy as np
|
||||||
|
from numpy import arctan2, cos, sin, sqrt
|
||||||
|
from numpy.typing import NDArray
|
||||||
|
|
||||||
|
import winkelumrechnungen as wu
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
class EllipsoidBiaxial:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Klasse für Rotationsellipdoide
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
def __init__(self, a: float, b: float):
|
||||||
|
self.a = a
|
||||||
|
self.b = b
|
||||||
|
self.c = a ** 2 / b
|
||||||
|
self.e = sqrt(a ** 2 - b ** 2) / a
|
||||||
|
self.e_ = sqrt(a ** 2 - b ** 2) / b
|
||||||
|
|
||||||
|
@classmethod
|
||||||
|
def init_name(cls, name: str) -> EllipsoidBiaxial:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Erstellen eines Rotationsellipdoids nach Namen
|
||||||
|
:param name: Name des Rotationsellipsoids
|
||||||
|
:return: Rotationsellipsoid
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
if name == "Bessel":
|
||||||
|
a = 6377397.15508
|
||||||
|
b = 6356078.96290
|
||||||
|
return cls(a, b)
|
||||||
|
elif name == "Hayford":
|
||||||
|
a = 6378388
|
||||||
|
f = 1/297
|
||||||
|
b = a - a * f
|
||||||
|
return cls(a, b)
|
||||||
|
elif name == "Krassowski":
|
||||||
|
a = 6378245
|
||||||
|
f = 298.3
|
||||||
|
b = a - a * f
|
||||||
|
return cls(a, b)
|
||||||
|
elif name == "WGS84":
|
||||||
|
a = 6378137
|
||||||
|
f = 298.257223563
|
||||||
|
b = a - a * f
|
||||||
|
return cls(a, b)
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
raise Exception(f"EllipsoidBiaxial.init_name: Name {name} unbekannt")
|
||||||
|
|
||||||
|
@classmethod
|
||||||
|
def init_af(cls, a: float, f: float) -> EllipsoidBiaxial:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Erstellen eines Rotationsellipdoids aus der großen Halbachse und der Abplattung
|
||||||
|
:param a: große Halbachse
|
||||||
|
:param f: großen Halbachse
|
||||||
|
:return: Rotationsellipsoid
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
b = a - a * f
|
||||||
|
return cls(a, b)
|
||||||
|
|
||||||
|
V = lambda self, phi: sqrt(1 + self.e_ ** 2 * cos(phi) ** 2)
|
||||||
|
M = lambda self, phi: self.c / self.V(phi) ** 3
|
||||||
|
N = lambda self, phi: self.c / self.V(phi)
|
||||||
|
|
||||||
|
beta2psi = lambda self, beta: arctan2(self.a * sin(beta), self.b * cos(beta))
|
||||||
|
beta2phi = lambda self, beta: arctan2(self.a ** 2 * sin(beta), self.b ** 2 * cos(beta))
|
||||||
|
|
||||||
|
psi2beta = lambda self, psi: arctan2(self.b * sin(psi), self.a * cos(psi))
|
||||||
|
psi2phi = lambda self, psi: arctan2(self.a * sin(psi), self.b * cos(psi))
|
||||||
|
|
||||||
|
phi2beta = lambda self, phi: arctan2(self.b**2 * sin(phi), self.a**2 * cos(phi))
|
||||||
|
phi2psi = lambda self, phi: arctan2(self.b * sin(phi), self.a * cos(phi))
|
||||||
|
|
||||||
|
phi2p = lambda self, phi: self.N(phi) * cos(phi)
|
||||||
|
|
||||||
|
def bi_cart2ell(self, point: NDArray, Eh: float = 0.001, Ephi: float = wu.gms2rad([0, 0, 0.001])) -> Tuple[float, float, float]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Umrechnung von kartesischen in ellipsoidische Koordinaten auf einem Rotationsellipsoid
|
||||||
|
# TODO: Quelle
|
||||||
|
:param point: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
:param Eh: Grenzwert für die Höhe
|
||||||
|
:param Ephi: Grenzwert für die Breite
|
||||||
|
:return: ellipsoidische Breite, Länge, geodätische Höhe
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
x, y, z = point
|
||||||
|
|
||||||
|
lamb = arctan2(y, x)
|
||||||
|
|
||||||
|
p = sqrt(x**2+y**2)
|
||||||
|
|
||||||
|
phi_null = arctan2(z, p*(1 - self.e**2))
|
||||||
|
|
||||||
|
hi = [0]
|
||||||
|
phii = [phi_null]
|
||||||
|
|
||||||
|
i = 0
|
||||||
|
|
||||||
|
while True:
|
||||||
|
N = self.a / sqrt(1 - self.e**2 * sin(phii[i])**2)
|
||||||
|
h = p / cos(phii[i]) - N
|
||||||
|
phi = arctan2(z, p * (1-(self.e**2*N) / (N+h)))
|
||||||
|
hi.append(h)
|
||||||
|
phii.append(phi)
|
||||||
|
dh = abs(hi[i]-h)
|
||||||
|
dphi = abs(phii[i]-phi)
|
||||||
|
i += 1
|
||||||
|
if dh < Eh:
|
||||||
|
if dphi < Ephi:
|
||||||
|
break
|
||||||
|
return phi, lamb, h
|
||||||
|
|
||||||
|
def bi_ell2cart(self, phi: float, lamb: float, h: float) -> NDArray:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Umrechnung von ellipsoidischen in kartesische Koordinaten auf einem Rotationsellipsoid
|
||||||
|
# TODO: Quelle
|
||||||
|
:param phi: ellipsoidische Breite
|
||||||
|
:param lamb: ellipsoidische Länge
|
||||||
|
:param h: geodätische Höhe
|
||||||
|
:return: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
W = sqrt(1 - self.e**2 * sin(phi)**2)
|
||||||
|
N = self.a / W
|
||||||
|
x = (N+h) * cos(phi) * cos(lamb)
|
||||||
|
y = (N+h) * cos(phi) * sin(lamb)
|
||||||
|
z = (N * (1-self.e**2) + h) * sin(phi)
|
||||||
|
return np.array([x, y, z])
|
||||||
100
nicht abgeben/kugel.py
Normal file
100
nicht abgeben/kugel.py
Normal file
@@ -0,0 +1,100 @@
|
|||||||
|
from typing import Tuple
|
||||||
|
|
||||||
|
import numpy as np
|
||||||
|
from numpy import arccos, arcsin, arctan2, cos, pi, sin, sqrt
|
||||||
|
from numpy.typing import NDArray
|
||||||
|
|
||||||
|
import winkelumrechnungen as wu
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def cart2sph(point: NDArray) -> Tuple[float, float, float]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Umrechnung von kartesischen in sphärische Koordinaten
|
||||||
|
# TODO: Quelle
|
||||||
|
:param point: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
:return: Radius, Breite, Länge
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
x, y, z = point
|
||||||
|
r = sqrt(x**2 + y**2 + z**2)
|
||||||
|
phi = arctan2(z, sqrt(x**2 + y**2))
|
||||||
|
lamb = arctan2(y, x)
|
||||||
|
|
||||||
|
return r, phi, lamb
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def sph2cart(r: float, phi: float, lamb: float) -> NDArray:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Umrechnung von sphärischen in kartesische Koordinaten
|
||||||
|
# TODO: Quelle
|
||||||
|
:param r: Radius
|
||||||
|
:param phi: Breite
|
||||||
|
:param lamb: Länge
|
||||||
|
:return: Punkt in kartesischen Koordinaten
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
x = r * cos(phi) * cos(lamb)
|
||||||
|
y = r * cos(phi) * sin(lamb)
|
||||||
|
z = r * sin(phi)
|
||||||
|
|
||||||
|
return np.array([x, y, z])
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def gha1(R: float, phi0: float, lamb0: float, s: float, alpha0: float) -> Tuple[float, float]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Berechnung der 1. GHA auf der Kugel
|
||||||
|
# TODO: Quelle
|
||||||
|
:param R: Radius
|
||||||
|
:param phi0: Breite des Startpunktes
|
||||||
|
:param lamb0: Länge des Startpunktes
|
||||||
|
:param s: Strecke
|
||||||
|
:param alpha0: Azimut
|
||||||
|
:return: Breite, Länge des Zielpunktes
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
s_ = s / R
|
||||||
|
|
||||||
|
lamb1 = lamb0 + arctan2(sin(s_) * sin(alpha0),
|
||||||
|
cos(phi0) * cos(s_) - sin(phi0) * sin(s_) * cos(alpha0))
|
||||||
|
|
||||||
|
phi1 = arcsin(sin(phi0) * cos(s_) + cos(phi0) * sin(s_) * cos(alpha0))
|
||||||
|
|
||||||
|
return phi1, lamb1
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def gha2(R: float, phi0: float, lamb0: float, phi1: float, lamb1: float) -> Tuple[float, float, float]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Berechnung der 2. GHA auf der Kugel
|
||||||
|
# TODO: Quelle
|
||||||
|
:param R: Radius
|
||||||
|
:param phi0: Breite des Startpunktes
|
||||||
|
:param lamb0: Länge des Startpunktes
|
||||||
|
:param phi1: Breite des Zielpunktes
|
||||||
|
:param lamb1: Länge des Zielpunktes
|
||||||
|
:return: Azimut im Startpunkt, Azimut im Zielpunkt, Strecke
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
s_ = arccos(sin(phi0) * sin(phi1) + cos(phi0) * cos(phi1) * cos(lamb1 - lamb0))
|
||||||
|
s = R * s_
|
||||||
|
|
||||||
|
alpha0 = arctan2(cos(phi1) * sin(lamb1 - lamb0),
|
||||||
|
cos(phi0) * sin(phi1) - sin(phi0) * cos(phi1) * cos(lamb1 - lamb0))
|
||||||
|
|
||||||
|
alpha1 = arctan2(-cos(phi0) * sin(lamb1 - lamb0),
|
||||||
|
cos(phi1) * sin(phi0) - sin(phi1) * cos(phi0) * cos(lamb1 - lamb0))
|
||||||
|
if alpha1 < 0:
|
||||||
|
alpha1 += 2 * pi
|
||||||
|
|
||||||
|
return alpha0, alpha1, s
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
if __name__ == "__main__":
|
||||||
|
R = 6378815.904 # Bern
|
||||||
|
phi0 = wu.deg2rad(10)
|
||||||
|
lamb0 = wu.deg2rad(40)
|
||||||
|
alpha0 = wu.deg2rad(100)
|
||||||
|
s = 10000
|
||||||
|
phi1, lamb1 = gha1(R, phi0, lamb0, s, alpha0)
|
||||||
|
alpha0_g, alpha1, s_g = gha2(R, phi0, lamb0, phi1, lamb1)
|
||||||
|
phi1 = wu.rad2deg(phi1)
|
||||||
|
lamb1 = wu.rad2deg(lamb1)
|
||||||
|
alpha0_g = wu.rad2deg(alpha0_g)
|
||||||
|
alpha1 = wu.rad2deg(alpha1)
|
||||||
|
|
||||||
|
pass
|
||||||
3654
nicht abgeben/plots.ipynb
Normal file
3654
nicht abgeben/plots.ipynb
Normal file
File diff suppressed because one or more lines are too long
8
nicht abgeben/test.py
Normal file
8
nicht abgeben/test.py
Normal file
@@ -0,0 +1,8 @@
|
|||||||
|
import numpy as np
|
||||||
|
|
||||||
|
import ellipsoid_triaxial
|
||||||
|
|
||||||
|
ell = ellipsoid_triaxial.EllipsoidTriaxial.init_name("KarneyTest2024")
|
||||||
|
|
||||||
|
cart = ell.para2cart(0, np.pi/2)
|
||||||
|
print(cart)
|
||||||
@@ -1,55 +0,0 @@
|
|||||||
import winkelumrechnungen as wu
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def polyapp_tscheby_hayford(s: float) -> float:
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
Berechnung der ellipsoidisch geodätischen Breite.
|
|
||||||
Polynomapproximation mittels Tschebyscheff-Polynomen.
|
|
||||||
Auf dem Hayford-Ellipsoid.
|
|
||||||
:param s: Strecke auf einer Ellipse vom Äquator aus
|
|
||||||
:type s: float
|
|
||||||
:return: ellipsoidisch geodätische Breite
|
|
||||||
:rtype: float
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
c0 = 1
|
|
||||||
c1 = -0.00837809325
|
|
||||||
c2 = 0.00428127367
|
|
||||||
c3 = -0.00114523986
|
|
||||||
c4 = 0.00023219707
|
|
||||||
c5 = -0.00004421222
|
|
||||||
c6 = 0.00000570244
|
|
||||||
alpha = wu.gms2rad([0, 0, 325643.97199])
|
|
||||||
s90 = 10002288.2990
|
|
||||||
|
|
||||||
xi = s/s90
|
|
||||||
|
|
||||||
phi = alpha * xi * (c0*xi**(2*0) + c1*xi**(2*1) + c2*xi**(2*2) + c3*xi**(2*3) +
|
|
||||||
c4*xi**(2*4) + c5*xi**(2*5) + c6*xi**(2*6))
|
|
||||||
return phi
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def polyapp_tscheby_bessel(s: float) -> float:
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
Berechnung der ellipsoidisch geodätischen Breite.
|
|
||||||
Polynomapproximation mittels Tschebyscheff-Polynomen.
|
|
||||||
Auf dem Bessel-Ellipsoid.
|
|
||||||
:param s: Strecke auf einer Ellipse vom Äquator aus
|
|
||||||
:type s: float
|
|
||||||
:return: ellipsoidisch geodätische Breite
|
|
||||||
:rtype: float
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
c0 = 1
|
|
||||||
c1 = -0.00831729565
|
|
||||||
c2 = 0.00424914906
|
|
||||||
c3 = -0.00113566119
|
|
||||||
c4 = 0.00022976983
|
|
||||||
c5 = -0.00004363980
|
|
||||||
c6 = 0.00000562025
|
|
||||||
alpha = wu.gms2rad([0, 0, 325632.08677])
|
|
||||||
s90 = 10000855.7644
|
|
||||||
|
|
||||||
xi = s/s90
|
|
||||||
|
|
||||||
phi = alpha * xi * (c0*xi**(2*0) + c1*xi**(2*1) + c2*xi**(2*2) + c3*xi**(2*3) +
|
|
||||||
c4*xi**(2*4) + c5*xi**(2*5) + c6*xi**(2*6))
|
|
||||||
return phi
|
|
||||||
7
requirements.txt
Normal file
7
requirements.txt
Normal file
@@ -0,0 +1,7 @@
|
|||||||
|
numpy~=2.3.4
|
||||||
|
plotly~=6.4.0
|
||||||
|
pandas~=2.3.3
|
||||||
|
scipy~=1.16.3
|
||||||
|
dash-bootstrap-components~=2.0.4
|
||||||
|
dash~=4.0.0
|
||||||
|
matplotlib~=3.10.7
|
||||||
155
runge_kutta.py
Normal file
155
runge_kutta.py
Normal file
@@ -0,0 +1,155 @@
|
|||||||
|
from typing import Callable
|
||||||
|
|
||||||
|
import numpy as np
|
||||||
|
from numpy.typing import NDArray
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def rk4(ode: Callable, t0: float, v0: NDArray, weite: float, schritte: int, fein: bool = False) -> tuple[list, list]:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Standard Runge-Kutta Verfahren 4. Ordnung
|
||||||
|
:param ode: ODE-System als Funktion
|
||||||
|
:param t0: Startwert der unabhängigen Variable
|
||||||
|
:param v0: Startwerte
|
||||||
|
:param weite: Integrationsweite
|
||||||
|
:param schritte: Schrittzahl
|
||||||
|
:param fein: Fein-Rechnung?
|
||||||
|
:return: Variable und Funktionswerte an jedem Stützpunkt
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
h = weite/schritte
|
||||||
|
|
||||||
|
t_list = [t0]
|
||||||
|
werte = [v0]
|
||||||
|
|
||||||
|
for _ in range(schritte):
|
||||||
|
t = t_list[-1]
|
||||||
|
v = werte[-1]
|
||||||
|
|
||||||
|
if not fein:
|
||||||
|
v_next = rk4_step(ode, t, v, h)
|
||||||
|
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
v_grob = rk4_step(ode, t, v, h)
|
||||||
|
v_half = rk4_step(ode, t, v, 0.5 * h)
|
||||||
|
v_fein = rk4_step(ode, t + 0.5 * h, v_half, 0.5 * h)
|
||||||
|
v_next = v_fein + (v_fein - v_grob) / 15.0
|
||||||
|
|
||||||
|
t_list.append(t + h)
|
||||||
|
werte.append(v_next)
|
||||||
|
|
||||||
|
return t_list, werte
|
||||||
|
|
||||||
|
def rk4_step(ode: Callable, t: float, v: NDArray, h: float) -> NDArray:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Ein Schritt des Runge-Kutta Verfahrens 4. Ordnung
|
||||||
|
:param ode: ODE-System als Funktion
|
||||||
|
:param t: unabhängige Variable
|
||||||
|
:param v: abhängige Variablen
|
||||||
|
:param h: Schrittweite
|
||||||
|
:return: abhängige Variablen nach einem Schritt
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
k1 = ode(t, v)
|
||||||
|
k2 = ode(t + 0.5 * h, v + 0.5 * h * k1)
|
||||||
|
k3 = ode(t + 0.5 * h, v + 0.5 * h * k2)
|
||||||
|
k4 = ode(t + h, v + h * k3)
|
||||||
|
return v + (h / 6.0) * (k1 + 2 * k2 + 2 * k3 + k4)
|
||||||
|
|
||||||
|
def rk4_end(ode: Callable, t0: float, v0: NDArray, weite: float, schritte: int, fein: bool = False):
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Standard Runge-Kutta Verfahren 4. Ordnung, nur Ausgabe der letzten Variablenwerte
|
||||||
|
:param ode: ODE-System als Funktion
|
||||||
|
:param t0: Startwert der unabhängigen Variable
|
||||||
|
:param v0: Startwerte
|
||||||
|
:param weite: Integrationsweite
|
||||||
|
:param schritte: Schrittzahl
|
||||||
|
:param fein: Fein-Rechnung?
|
||||||
|
:return: Variable und Funktionswerte am letzten Stützpunkt
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
h = weite / schritte
|
||||||
|
t = float(t0)
|
||||||
|
v = np.array(v0, dtype=float, copy=True)
|
||||||
|
|
||||||
|
for _ in range(schritte):
|
||||||
|
if not fein:
|
||||||
|
v_next = rk4_step(ode, t, v, h)
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
v_grob = rk4_step(ode, t, v, h)
|
||||||
|
v_half = rk4_step(ode, t, v, 0.5 * h)
|
||||||
|
v_fein = rk4_step(ode, t + 0.5 * h, v_half, 0.5 * h)
|
||||||
|
v_next = v_fein + (v_fein - v_grob) / 15.0
|
||||||
|
|
||||||
|
t += h
|
||||||
|
v = v_next
|
||||||
|
|
||||||
|
return t, v
|
||||||
|
|
||||||
|
# RK4 mit Simpson bzw. Trapez
|
||||||
|
def rk4_integral(ode: Callable, t0: float, v0: NDArray, weite: float, schritte: int, integrand_at: Callable, fein: bool = False, simpson: bool = True):
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Runge-Kutta Verfahren 4. Ordnung mit Simpson bzw. Trapez
|
||||||
|
:param ode: ODE-System als Funktion
|
||||||
|
:param t0: Startwert der unabhängigen Variable
|
||||||
|
:param v0: Startwerte
|
||||||
|
:param weite: Integrationsweite
|
||||||
|
:param integrand_at: Funktion
|
||||||
|
:param schritte: Schrittzahl
|
||||||
|
:param fein: Fein-Rechnung?
|
||||||
|
:param simpson: Simpson? Wenn nein, dann Trapez
|
||||||
|
:return: Variable und Funktionswerte am letzten Stützpunkt
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
h = weite / schritte
|
||||||
|
habs = abs(h)
|
||||||
|
|
||||||
|
t = float(t0)
|
||||||
|
v = np.array(v0, dtype=float, copy=True)
|
||||||
|
|
||||||
|
if simpson and (schritte % 2 == 0):
|
||||||
|
f0 = float(integrand_at(t, v))
|
||||||
|
odd_sum = 0.0
|
||||||
|
even_sum = 0.0
|
||||||
|
fN = None
|
||||||
|
|
||||||
|
for i in range(1, schritte + 1):
|
||||||
|
if not fein:
|
||||||
|
v_next = rk4_step(ode, t, v, h)
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
v_grob = rk4_step(ode, t, v, h)
|
||||||
|
v_half = rk4_step(ode, t, v, 0.5 * h)
|
||||||
|
v_fein = rk4_step(ode, t + 0.5 * h, v_half, 0.5 * h)
|
||||||
|
v_next = v_fein + (v_fein - v_grob) / 15.0
|
||||||
|
|
||||||
|
t += h
|
||||||
|
v = v_next
|
||||||
|
|
||||||
|
fi = float(integrand_at(t, v))
|
||||||
|
if i == schritte:
|
||||||
|
fN = fi
|
||||||
|
elif i % 2 == 1:
|
||||||
|
odd_sum += fi
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
even_sum += fi
|
||||||
|
|
||||||
|
S = f0 + fN + 4.0 * odd_sum + 2.0 * even_sum
|
||||||
|
s = (habs / 3.0) * S
|
||||||
|
return t, v, s
|
||||||
|
|
||||||
|
f_prev = float(integrand_at(t, v))
|
||||||
|
acc = 0.0
|
||||||
|
|
||||||
|
for _ in range(schritte):
|
||||||
|
if not fein:
|
||||||
|
v_next = rk4_step(ode, t, v, h)
|
||||||
|
else:
|
||||||
|
v_grob = rk4_step(ode, t, v, h)
|
||||||
|
v_half = rk4_step(ode, t, v, 0.5 * h)
|
||||||
|
v_fein = rk4_step(ode, t + 0.5 * h, v_half, 0.5 * h)
|
||||||
|
v_next = v_fein + (v_fein - v_grob) / 15.0
|
||||||
|
|
||||||
|
t += h
|
||||||
|
v = v_next
|
||||||
|
|
||||||
|
f_cur = float(integrand_at(t, v))
|
||||||
|
acc += 0.5 * (f_prev + f_cur)
|
||||||
|
f_prev = f_cur
|
||||||
|
|
||||||
|
s = habs * acc
|
||||||
|
return t, v, s
|
||||||
78
s_ellipse.py
78
s_ellipse.py
@@ -1,78 +0,0 @@
|
|||||||
import numpy as np
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def reihenentwicklung(es: float, c: float, phi: float) -> float:
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
Berechnung der Strecke auf einer Ellipse.
|
|
||||||
Reihenentwicklung.
|
|
||||||
:param es: zweite numerische Exzentrizität
|
|
||||||
:type es: float
|
|
||||||
:param c: Polkrümmungshalbmesser
|
|
||||||
:type c: float
|
|
||||||
:param phi: ellipsoidisch geodästische Breite in Radiant
|
|
||||||
:type phi: float
|
|
||||||
:return: Strecke auf einer Ellipse vom Äquator aus
|
|
||||||
:rtype: float
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
Ass = 1 - 3/4*es**2 + 45/64*es**4 - 175/256*es**6 + 11025/16384*es**8
|
|
||||||
Bss = - 3/4*es**2 + 15/16*es**4 - 525/512*es**6 + 2205/2048*es**8
|
|
||||||
Css = 15/64*es**4 - 105/256*es**6 + 2205/4096*es**8
|
|
||||||
Dss = - 35/512*es**6 + 315/2048*es**8
|
|
||||||
print(f"A'' = {round(Ass, 10):.10f}\nB'' = {round(Bss, 10):.10f}\nC'' = {round(Css, 10):.10f}\nD'' = {round(Dss, 10):.10f}")
|
|
||||||
|
|
||||||
s = c * (Ass*phi + 1/2*Bss * np.sin(2*phi) + 1/4*Css * np.sin(4*phi) + 1/6*Dss * np.sin(6*phi))
|
|
||||||
return s
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def polyapp_tscheby_hayford(phi: float) -> float:
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
Berechnung der Strecke auf einer Ellipse.
|
|
||||||
Polynomapproximation mittels Tschebyscheff-Polynomen.
|
|
||||||
Auf dem Hayford-Ellipsoid.
|
|
||||||
:param phi: ellipsoidisch geodästische Breite in Radiant
|
|
||||||
:type phi: float
|
|
||||||
:return: Strecke auf einer Ellipse vom Äquator aus
|
|
||||||
:rtype: float
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
c1s = 0.00829376218
|
|
||||||
c2s = -0.00398963425
|
|
||||||
c3s = 0.00084200710
|
|
||||||
c4s = -0.0000648906
|
|
||||||
c5s = -0.00001075680
|
|
||||||
c6s = 0.00000396474
|
|
||||||
c7s = -0.00000046347
|
|
||||||
alpha = 9951793.0123
|
|
||||||
|
|
||||||
xi = 2 / np.pi * phi
|
|
||||||
xis = xi ^ 2
|
|
||||||
|
|
||||||
s = alpha * xi * (1 + c1s * xis + c2s * xis**2 + c3s * xis**3
|
|
||||||
+ c4s * xis**4 + c5s * xis**5 + c6s * xis**6 + c7s * xis**7)
|
|
||||||
return s
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def polyapp_tscheby_bessel(phi: float) -> float:
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
Berechnung der Strecke auf einer Ellipse.
|
|
||||||
Polynomapproximation mittels Tschebyscheff-Polynomen.
|
|
||||||
Auf dem Bessel-Ellipsoid.
|
|
||||||
:param phi: ellipsoidisch geodästische Breite in Radiant
|
|
||||||
:type phi: float
|
|
||||||
:return: Strecke auf einer Ellipse vom Äquator aus
|
|
||||||
:rtype: float
|
|
||||||
"""
|
|
||||||
c1s = 0.00823417717
|
|
||||||
c2s = -0.00396170744
|
|
||||||
c3s = 0.00083680249
|
|
||||||
c4s = -0.00006488462
|
|
||||||
c5s = -0.00001053242
|
|
||||||
c6s = 0.00000390854
|
|
||||||
c7s = -0.00000045768
|
|
||||||
alpha = 9950730.8876
|
|
||||||
|
|
||||||
xi = 2 / np.pi * phi
|
|
||||||
xis = xi ** 2
|
|
||||||
|
|
||||||
s = alpha * xi * (1 + c1s * xis + c2s * xis**2 + c3s * xis**3
|
|
||||||
+ c4s * xis**4 + c5s * xis**5 + c6s * xis**6 + c7s * xis**7)
|
|
||||||
return s
|
|
||||||
29
test.py
29
test.py
@@ -1,29 +0,0 @@
|
|||||||
import numpy as np
|
|
||||||
from scipy.special import factorial as fact
|
|
||||||
from math import comb
|
|
||||||
|
|
||||||
J = np.array([
|
|
||||||
[2, 3, 0],
|
|
||||||
[0, 3, 0],
|
|
||||||
[6, 0, 4]
|
|
||||||
])
|
|
||||||
|
|
||||||
xi = np.array([1, 2, 3])
|
|
||||||
xi_col = xi.reshape(-1, 1)
|
|
||||||
print(xi_col)
|
|
||||||
xi_row = xi_col.reshape(1, -1).flatten()
|
|
||||||
print(xi_row)
|
|
||||||
|
|
||||||
# Spaltenvektor-Variante
|
|
||||||
res_col = xi[:, None] - J @ xi[:, None]
|
|
||||||
|
|
||||||
# Zeilenvektor-Variante
|
|
||||||
res_row = xi[None, :] - xi[None, :] @ J
|
|
||||||
|
|
||||||
print("Spaltenvektor:")
|
|
||||||
print(res_col[0,0])
|
|
||||||
print("Zeilenvektor:")
|
|
||||||
print(res_row)
|
|
||||||
t = 5
|
|
||||||
l = 2
|
|
||||||
print(fact(t+1-l) / (fact(t+1-l) * fact(l-1)), comb(l-1, t+1-l))
|
|
||||||
54
utils_angle.py
Normal file
54
utils_angle.py
Normal file
@@ -0,0 +1,54 @@
|
|||||||
|
import numpy as np
|
||||||
|
|
||||||
|
import winkelumrechnungen as wu
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def arccot(x: float) -> float:
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
Berechnung von arccot eines Winkels
|
||||||
|
:param x: Winkel
|
||||||
|
:return: arccot(Winkel)
|
||||||
|
"""
|
||||||
|
return np.arctan2(1.0, x)
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
def cot(x: float) -> float:
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"""
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Berechnung von cot eines Winkels
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:param x: Winkel
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:return: cot(Winkel)
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"""
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return np.cos(x) / np.sin(x)
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def wrap_mpi_pi(x: float) -> float:
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"""
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Wrap eines Winkels in den Wertebereich [-π, π)
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||||||
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:param x: Winkel
|
||||||
|
:return: Winkel in [-π, π)
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||||||
|
"""
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return (x + np.pi) % (2 * np.pi) - np.pi
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||||||
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||||||
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def wrap_mhalfpi_halfpi(x: float) -> float:
|
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|
"""
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|
Wrap eines Winkels in den Wertebereich [-π/2, π/2)
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||||||
|
:param x: Winkel
|
||||||
|
:return: Winkel in [-π/2, π/2)
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||||||
|
"""
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||||||
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return (x + np.pi / 2) % np.pi - np.pi / 2
|
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||||||
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def wrap_0_2pi(x: float) -> float:
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||||||
|
"""
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Wrap eines Winkels in den Wertebereich [0, 2π)
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:param x: Winkel
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:return: Winkel in [0, 2π)
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"""
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return x % (2 * np.pi)
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if __name__ == "__main__":
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print(wu.rad2deg(wrap_mhalfpi_halfpi(wu.deg2rad(181))))
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print(wu.rad2deg(wrap_0_2pi(wu.deg2rad(181))))
|
||||||
|
print(wu.rad2deg(wrap_mpi_pi(wu.deg2rad(181))))
|
||||||
@@ -1,4 +1,5 @@
|
|||||||
from numpy import *
|
from numpy import *
|
||||||
|
import numpy as np
|
||||||
|
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||||||
|
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||||||
def deg2gms(deg: float) -> list:
|
def deg2gms(deg: float) -> list:
|
||||||
@@ -9,14 +10,11 @@ def deg2gms(deg: float) -> list:
|
|||||||
:return: Winkel in Grad-Minuten-Sekunden
|
:return: Winkel in Grad-Minuten-Sekunden
|
||||||
:rtype: list
|
:rtype: list
|
||||||
"""
|
"""
|
||||||
gra = deg // 1
|
gra = int(deg)
|
||||||
min = gra % 1
|
minu_f = (deg - gra) * 60
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||||||
gra = gra // 1
|
minu = int(minu_f)
|
||||||
min *= 60
|
sek = (minu_f - minu) * 60
|
||||||
sek = min % 1
|
return [gra, minu, sek]
|
||||||
min = min // 1
|
|
||||||
sek *= 60
|
|
||||||
return [gra, min, sek]
|
|
||||||
|
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||||||
|
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||||||
def deg2gra(deg: float) -> float:
|
def deg2gra(deg: float) -> float:
|
||||||
@@ -30,13 +28,13 @@ def deg2gra(deg: float) -> float:
|
|||||||
return deg * 10/9
|
return deg * 10/9
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def deg2rad(deg: float) -> float:
|
def deg2rad(deg: float | np.ndarray) -> float | np.ndarray:
|
||||||
"""
|
"""
|
||||||
Umrechnung von Grad in Radiant
|
Umrechnung von Grad in Radiant
|
||||||
:param deg: Winkel in Grad
|
:param deg: Winkel in Grad
|
||||||
:type deg: float
|
:type deg: float or np.ndarray
|
||||||
:return: Winkel in Radiant
|
:return: Winkel in Radiant
|
||||||
:rtype: float
|
:rtype: float or np.ndarray
|
||||||
"""
|
"""
|
||||||
return deg * pi / 180
|
return deg * pi / 180
|
||||||
|
|
||||||
@@ -50,14 +48,11 @@ def gra2gms(gra: float) -> list:
|
|||||||
:rtype: list
|
:rtype: list
|
||||||
"""
|
"""
|
||||||
deg = gra2deg(gra)
|
deg = gra2deg(gra)
|
||||||
gra = deg // 1
|
gra = int(deg)
|
||||||
min = gra % 1
|
minu_f = (deg - gra) * 60
|
||||||
gra = gra // 1
|
minu = int(minu_f)
|
||||||
min *= 60
|
sek = (minu_f - minu) * 60
|
||||||
sek = min % 1
|
return [gra, minu, sek]
|
||||||
min = min // 1
|
|
||||||
sek *= 60
|
|
||||||
return [gra, min, sek]
|
|
||||||
|
|
||||||
|
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||||||
def gra2rad(gra: float) -> float:
|
def gra2rad(gra: float) -> float:
|
||||||
@@ -113,13 +108,11 @@ def rad2gms(rad: float) -> list:
|
|||||||
:rtype: list
|
:rtype: list
|
||||||
"""
|
"""
|
||||||
deg = rad2deg(rad)
|
deg = rad2deg(rad)
|
||||||
min = deg % 1
|
gra = int(deg)
|
||||||
gra = deg // 1
|
minu_f = (deg - gra) * 60
|
||||||
min *= 60
|
minu = int(minu_f)
|
||||||
sek = min % 1
|
sek = (minu_f - minu) * 60
|
||||||
min = min // 1
|
return [gra, minu, sek]
|
||||||
sek *= 60
|
|
||||||
return [gra, min, sek]
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
def gms2rad(gms: list) -> float:
|
def gms2rad(gms: list) -> float:
|
||||||
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