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基于曲线拟合下太阳影子定位的研究

发表时间：2021/3/22 来源：《文化研究》2021年2月下作者：熊思露1，贾旭驰1 陈松林2

[导读] 本文主要研究直杆影子长度变化规律与时间、地点、杆的高度、所在地经纬度、日期等多个参数的关系。首先根据影子长度与物体高度、所在地经纬度、日期时间等参数的密切函数关系，建立合理的模型假设，将对应函数关系整理，建立太阳影子长度变化模型，再运用Matlab、Excel软件对其进行处理得出影长变化曲线图像。

1、河北唐山华北理工大学冶金与能源学院熊思露1，贾旭驰1 063200
2.河北唐山华北理工大学材料科学与工程学院陈松林2 063200

摘要：本文主要研究直杆影子长度变化规律与时间、地点、杆的高度、所在地经纬度、日期等多个参数的关系。首先根据影子长度与物体高度、所在地经纬度、日期时间等参数的密切函数关系，建立合理的模型假设，将对应函数关系整理，建立太阳影子长度变化模型，再运用Matlab、Excel软件对其进行处理得出影长变化曲线图像。
关键字：太阳影子定位；曲线拟合；控制变量
        1.引言
        当前视频监控技术的发展与运用越来越完善，因此视频数据的相关处理分析也就越来越重要。有关如何判断视频中的拍摄时间和地点是视频数据相关处理分析的必不可少的方面，太阳影子定位技术随之产生，太阳影子定位技术即为依据需要处理的视频中的相关物体的影子长度的变化来确定拍摄时间和地点[1]。
        2.模型的建立
        在地球上不同时区和地点，物体在太阳光下的影子长度都不相等，依据物体在太阳下其影子的变化长度来判断具体地点和日期，这在现实生活中具有很大的社会意义。通过研究太阳影子随着时间的变化规律，影子长度与地点、日期的关系，影子方向与地点、时间的关系等变化规律来估计物体所在地和日期。
        一个物体在不同地点、不同日期、不同时间受到太阳光照射的角度都是不同的，得到的影子也是不相同的。因此要得到影子长度变化情况，就要根据相关公式得出物体影长与其所在地经纬度，太阳高度角以及太阳赤纬角等多种因素的函数关系，以此建立数学模型。
        以一根直杆在太阳光下照射出的影子为例由此创建影长关于参数日期、时间、测量物体所在地地理纬度、测量物体所在地地理经度、直杆高度变化的数学模型：

        3.模型的求解
        运用上述太阳影子长度变化模型，可计算得出2015年10月22日9:00~15:00之间北京天安门广场3米高直杆的影子长度，进而依据计算数据画出太阳影子的长度变化曲线。
        n是指从元旦到计算日的总天数，根据题目2015年为平年，共365天，因此在本问中，n=295。

        根据图像可以看出，以当地正午时分为中心轴,太阳影子的长度变化曲线基本成左右对称的结构,上午到正午影子长度逐渐缩短，正午过后影子长度逐渐增长。
        为了更加清晰地观察出太阳的影子长度与各个影响因素之间的关系，运用控制单一变量法，分别绘制出直杆高度、日期、直杆所在地地理纬度对太阳光影子长度的不同影响。
        可以得出，在时间地点相同的条件下，一直杆的高度越高，太阳影子的长度会随之增长，其呈现成正向的线性关系。
        在某一年中，若保持时间地点以及测量物体均相同，此时太阳影子的长度会跟随日期的增加呈现出先增加再缩短的趋势，在大概第180天时，出现影子长度最小值，之后影长就会随着日期的增加而增长。
        北纬为正，南纬为负。同一物体在同一经度线、同一时间时，在南半球，其所处的纬度越大，太阳影子的长度就会越长；同理，北半球也是如此。越接近赤道，影子长度越小。
        4.结论
        根据上述模型的建立，可以得出以下结论：
        (1)在同一地点，太阳影子的长度在一天中呈现先缩短再增长的趋势，在正午时刻其影长达到一天中最短；
        (2)太阳影子的长度随着直杆高度的增长而增长；
        (3)以年为单位，随着日期天数的增加，太阳影子长度呈现出先缩短再增长的趋势，并在年中时期达到一年中最短；
        (4)纬度增加，不论南纬还是北纬，太阳影子均会增长。
参考文献:
[1]余润泽. 对太阳影子定位的研究 [J]. 科教导刊(中旬刊), 2017 (10): 40-41.
[2]许尔伟, 尹雪娟. 基于Matlab的太阳影子自动化定位技术分析 [J] . 自动化与仪器仪表,2017 (01): 189-190.
作者简介：熊思露（2001年3月），女，汉族，江西省抚州市临川区青泥镇人，本科，研究方向：金属材料工程。