bigpo.ru
добавить свой файл
1 2 ... 4 5
Лекции по навигации

Фадюшин С. Г., доцент кафедры судовождения


Основные качества штурмана:

холодность рассудка, упругость мысли, цепкость памяти, проницательность интуиции.



ЛЕКЦИЯ №1

«ВВЕДЕНИЕ В НАВИГАЦИЮ»

Предмет морской навигации, фигура и размеры Земли.


Основные единицы длины и скорости.


Слово "навигация" происходит от латинского "navigatio", что означает "мореплавание, судоходство". В русский язык оно вошло в эпоху Петра I. В те времена всех, кто занимался мореплаванием, на­зывали "навигаторами".

Морская навигация - это наука об управлении движе­нием морского судна по выбранной или заданной траектории с учётом внешних сил и субъективного фактора.

Основная цель морской навигации - это выработка научно обоснованных методик, способов и рекомендаций для обеспечения безопасного плавания морского судна из пункта отхода в пункт прихода.

Для выполнения основной цели в морской навигации решают­ся задачи:

•выбора безопасного и выгодного пути судна;

•следования выбранным путём на основании показаний при­боров о направлении и пройденном расстоянии (счисления пути судна) и с учётом коррекции траектории движения судна по ориен­тирам (обсерваций);

•анализа возможных ошибок в счислении пути и обсервациях;

Навигация является ведущей наукой в цикле судоводительских дисциплин, включающем лоцию, мореходную астрономию, техни­ческие средства судовождения, математические основы специаль­ности Судовождение" которые выделились из неё в процессе разви­тия мореплавания.

Навигация - точная наука, построенная на строгой математиче­ской основе. Однако для выполнения штурманских обязанностей знания только теории недостаточно. Штурман обязан иметь практи­ческие навыки в решении задач навигации, а этого можно достичь только систематическими тренировками.

В навигации большую роль играет субъективный фактор, т. к. авария может произойти и от серьёзного упущения в штурманском деле, и от незначительной ошибки при наблюдениях или вычисле­ниях. Штурман обязан постоянно помнить об этом.

В более широком смысле слово "навигация" употребляется в его первоначальном значении как "мореплава­ние" (например, летняя навигация, зимняя навигация и т. д.).

Фигура Земли имеет форму геоида, что переводится как «землеподобный».

Геоидом называется фигура, образованная уровенной поверхностью, перпендикулярной вектору силы тяжести, и имеющая неправильную геометрическую форму. Геометрия геоида очень сложна, поэтому вместо геоида при решении штурманских задач ис­пользуют более простые модели Земли: эллипсоид вращения, сферу, карту.

Размеры референц-эллипсоида Красовского: большая полуось а=6378245 м; в=6356863 м; полярное сжатие а=(а-в)/а=1/298,3; экс­центриситет е=0,0818; R=6371110м.

^ Основные единицы длины и скорости, используемые в судовождении

Метрическая система неудобна для измерения расстояний на море, т.к. в процессе судовождения приходится решать задачи, связанные с измерением углов и угловых расстояний. Именно поэтому в качестве основной единицы длины в практике мореплавания принята длина одной минуты дуги меридиана земного эллипсоида.

Морской милей называется одна минута дуги меридиана земного эллипсоида. Обозначается как м. миля. Допускается обозначение как просто миля.

Для референц-эллипсоида Красовского длина одной минуты дуги меридиана (длина одной морской мили) выражается формулой:

,

где  - широта.

Как видно из формулы, длина морской мили является величиной непостоянной, зависящей от широты места судна.

В 1928 г. Международное гидрографическое бюро приняло в качестве морской мили постоянную величину, равную 1852 м. Такая миля называется международной стандартной морской милей. В России принята в 1931 году. Однако до сих пор не все страны приняли эту морскую милю. Например, в Японии длина морской мили равна 1853,18 м.

Одна десятая часть морской мили называется кабельтов (кбт):

1 кбт = 0,1 мили = 185,2 м.

За единицу скорости в морской навигации принят узел (уз):

1 уз = 1 миля/час.

При использовании картографических материалов других стран могут встречаться другие единицы длины:

Сажень морская, равна 1,828 м или 6 футов. Применяется при обозначении глубин.

Фут, равен 30,48 см применяется для обозначения высот побережья, малых глубин и осадки судна.

Ярд, равен 3 футам или 91,44 см. Используется для измерения небольших расстояний в США и Англии.

Для перехода от одних единиц к другим служит таблица 44 Мореходных таблиц 1975 года. (МТ-75). Соотношения скоростей указаны в табл. 37 МТ-75. В МТ-2000 этим целям служат таблицы 5.15-5.26.

Практические советы:

  1. Следует записывать лишь те показания приборов и инструментов, которые наблюдатель действительно видит. «Пишем, что видим, и не пишем того, что не видим». Щепетильность при фиксации и записи измерений – основное правило штурмана.

  2. ^ Все записи следует делать сразу начисто, карандашом, избегая случайных черновиков, листов и чернил.

  3. Все записи нужно выполнять аккуратно, цифры записывать разряд под разрядом. Неверные вычисления не стирать, а зачёркивать, так, чтобы их можно было разобрать. Именно оно в итоге может оказаться верным.

  4. При вычислениях надо всегда пользоваться расчётными схемами. Если схем нет, то их надо составить самому. Вычисление по схеме дисциплинирует счёт, ограждает от ошибок и позволяет организовать контроль. В ответственных случаях, например, при определении координат судна, вычисления необходимо тщательно проверять. Действенным контролем необходимо признать расчёты по вспомогательным формулам, которые выполняются одновременно с основными расчётами, и сопровождаются графическими построениями.

^ ЛЕКЦИЯ №2

«ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КООРДИНАТ»

Основные точки и линии на поверхности Земли, координатные оси, линии, координаты.


Земная ось – это воображаемая линия, вокруг которой происходит суточное вращение Земли.

^ Географическим (истинным) полюсом называется точка пересечения земной оси с поверхностью Земли. Полюс, откуда вращение Земли усматривается против часовой стрелки, называется северным географическим (истинным) полюсом и обозначается как PN. Противоположная точка – это южный географический (истинный) полюс. Обознается как PS.

Параллель – это малый круг, образованный пересечением эллипсоида плоскостью, перпендикулярной оси вращения Земли. На карте в меркаторской проекции это прямая линия, которая показывает широту.

Экватором называется большой круг, образованный пересечением эллипсоида плоскостью, проходящей через центр Земли перпендикулярно земной оси.

^ Географическим или истинным меридианом называется большой круг, образованный пересечением эллипсоида плоскостью, проходящей через ось вращения Земли. На карте в меркаторской проекции меридиан – это прямая линия, которая показывает долготу. В соответствии с решением международной меридианной конференции в Вашингтоне (1884 год) в качестве начального (нулевого) меридиана принят Гринвичский меридиан. (Проходит через Гринвичскую обсерваторию близ Лондона). Меридиан, проходящий через место наблюдателя, называется меридианом наблюдателя.

Для определения положения точки на поверхности эллипсоида в навигации применяется географическая система координат. В этой системе координатными осями являются экватор и Гринвичский меридиан, координатными линиями – параллели и меридианы, а координатами – географическая широта и географическая долгота.

^ Географической широтой называется угол между экватором и нормалью к поверхности эллипсоида. Обозначается буквой . Измеряется дугой меридиана от экватора до параллели заданной точки и может изменяться от 00 на экваторе до 900 на полюсе. Экватор делит Землю на северное и южное полушарие, поэтому широта может быть северной (обозначается буквой N и при расчётах ей придаётся знак +) и южной (обозначается буквой S и при расчётах ей придаётся знак -).

Пример:  = 45015,2 N;  = 55005,1 S

^ Географической долготой называется угол между гринвичским меридианам и меридианом наблюдателя. Обозначается буквой . Измеряется дугой экватора от 00 до 1800. Гринвичский меридиан делит Землю на восточное (справа от гринвичского меридиана) и западное (слева от гринвичского меридиана) полушария. Поэтому долгота может быть восточной (обозначается буквой Е и при расчётах ей придаётся знак +) и западной (обозначается буквой W и при расчётах ей придаётся знак -). Например:  = 125016,9Е;  = 105000,1W

Если в результате расчётов долгота окажется больше 1800, то необходимо взять её дополнение до 3600, а наименование поменять. Например: Если  = 225016,9Е, то 360000,0 - 225016,9 = 134043,1W.

На полюсах долготы нет.

Чтобы показать движение судна в навигации используются такие понятия как разность широт и разность долгот.

^ Разностью широт (РШ, ) называется дуга меридиана, заключённая между параллелями точки отхода (точки отшествия) и точки прихода (точки пришествия). Измеряется от 00 до 1800 и имеет наименование к N или к S, а при расчётах соответственно знаки + и -.

РШ = 2 - 1. (1)

^ Разностью долгот (РД, ) называется меньшая из дуг экватора, заключённая между меридианами точки отхода (точки отшествия) и точки прихода (точки пришествия). Измеряется от 00 до 1800 и имеет наименование к Е или к W, а при расчётах соответственно знаки + и - .

РД = 2 - 1. (2)

Формулы (1) и (2) алгебраические, поэтому в них надо учитывать знаки.

Если в результате расчётов РД получится более 1800, то необходимо взять её дополнение до 3600 и поменять наименование.

Кроме географической используются квазигеографическая, локальная, полярная и геодезическая системы координат.


^ ЛЕКЦИЯ №3

«СЧЁТ НАПРАВЛЕНИЙ В МОРЕ»

Основные плоскости, линии и углы для счёта направлений в море.

Направления в море задаются с помощью следующих углов: ИК, ИП, КУ.

Плоскость, проходящая через место наблюдателя, перпендикулярно отвесной линии, называется плоскостью истинного горизонта.

Плоскость, проходящая через ось вращения Земли и место наблюдателя, называется плоскостью истинного меридиана наблюдателя.

Плоскость, проходящая через отвесную линию, называется плоскостью вертикала. Плоскостью первого вертикала называется плоскость вертикала, перпендикулярная плоскости истинного меридиана наблюдателя.

Плоскость истинного меридиана наблюдателя, пересекая плоскость истинного горизонта, образует на её поверхности линию, которая называется полуденной линией и обозначается как N-S. Эта линия показывает направление на северный и южный географические полюса.

Плоскость первого вертикала, пересекая плоскость истинного горизонта, образует линию E-W. Эта линия показывает направление на восток и на запад.

^ Диаметральная плоскость (ДП) – это условная вертикальная продольная плоскость, делящая корпус судна на две симметричные части. Диаметральная плоскость, пересекая плоскость истинного горизонта, образует на её поверхности линию, которая называется линией курса судна.

В навигации основной системой счёта направлений является круговая система. В этой системе счёт ведётся от нордовой части (Nи) истинного меридиана наблюдателя по часовой стрелке от 00 до 3600.

^ Истинным курсом (ИК) называется угол между нордовой частью истинного меридиана и линией курса судна. ИК показывает движение судна в направлении носовой части ДП относительно Nи.

Истинным пеленгом (ИП) называется угол между нордовой частью истинного меридиана и линией пеленга. ИП показывает направление на ориентир относительно Nи. Линия пеленга - это линия, образованная пересечением плоскости вертикала, проходящего через место судна и ориентир, с плоскостью истинного горизонта.

Направление, обратное ИП, называется обратным истинным пеленгом (ОИП):

ОИП=ИП1800.

^ Курсовым углом (КУ) называется угол между линией курса и линией пеленга. КУ может измеряться как в круговой, так и в полукруговой системах счёта направлений. В полукруговой системе счёта направлений КУ измеряется от носовой части ДП судна от 00 до 1800 в сторону правого борта (пр/б) (при расчётах ему придаётся знак +), и в сторону левого борта (л/б) (при расчётах ему придаётся знак -). КУ=900 называется траверзом.

ИП=ИК+КУ.

Другие системы счёта направлений:

Полукруговая. В этой системе счёт ведётся от N и от S к E и к W, от 00 до 1800. Например, N 1300 E и S500 E.

Четвертная. В этой системе счёт ведётся по четвертям от N или S, от 00 до 900. например, NW 450, SE500.

Румбовая. Счёт ведётся по румбам. Горизонт разбит на 32 румба. 1 румб = 11,250. Направления N, S, E и W называются главными румбами. NE, SE, SW, NW – четвертные, а остальные 24 – промежуточные. Для перевода румбов в градусы служит таблица 41 МТ-75. Румбовая система счёта направлений служит для обозначения направлений ветра, течения и волнения.

Необходимо уметь переводить направления из одной системы счёта направлений в другую. Например, направление 1350 перевести в другие системы счёта направлений. Ответ: N1350E, S550E; SE550; SE.


^ ЛЕКЦИЯ №4

«Использование магнитного компаса для определения направлений в море»

Основные линии, углы. Магнитные и компасные направления.

Для определения направлений в море на морских судах используются магнитные и гироскопические компасы. Чувствительным элементом магнитного компаса является система магнитных стрелок, показывающая направление на северный (Nм) и южный (Sм) магнитные полюса Земли

^ Плоскостью магнитного меридиана называется условная вертикальная плоскость, проходящая через северный и южный магнитные полюса. В этой плоскости устанавливается система магнитных стрелок магнитного компаса. Магнитным меридианом называется след от пересечения плоскости магнитного меридиана с поверхностью земного эллипсоида или с плоскостью истинного горизонта. На поверхности земного эллипсоида это будет большой круг, проходящий через Nм и Sк, а на плоскости истинного горизонта – прямая линия.

^ Магнитным склонением d называется угол между Nи и Nм .

Пример. На карте показано магнитное склонение на 1985 г. d85=1°W, го­довое уменьшение d = 0,2°, т. е. предполагается, что вестовое склонение ежегодно уменьшается, приближаясь к 0°, а затем меняет наименование. Необходимо определить склонение в 2000 г.

Решение: t = 2000 -1985 = 15 лет,

На. некоторых картах указывается изменение склонения к Е или к W, Открыл изменение магнитного склонения на земном шаре Христофор Колумб в своем первом плавании к берегам Америки в 1492 г. Изменяется оно в широких пределах: от -180 до -1-180°.

Магнитными направлениями называются направления, отсчитываемые от магнитного меридиана.

Магнитным курсом называется угол между Nм и линией курса.

Магнитным пеленгом называется угол между Nм и линией пеленга.

МК=ИК-(d);

МП=ИП-(d);

ОМП=МП1800.


На судне магнитный компас находится под воздействием магнитного поля Земли и судна и показывает компасные направления.

^ Плоскостью компасного меридиана называется условная вертикальная плоскость, проходящая через ось магнитной стрелки, установленной на судне. Компасным меридианом называется след от пересечения плоскости компасного меридиана с поверхностью земного эллипсоида или с плоскостью истинного горизонта. На поверхности земного эллипсоида это будет большой круг, проходящий через условные полюсы Nк и Sк, а на плоскости истинного горизонта – прямая линия, показывающая направление на Nк и Sк.

Девиацией () называется угол между Nм и Nк.

Компасными направлениями называются направления, отсчитываемые относительно Nк.

Компасным курсом (КК) называется угол между Nк и линией курса.

Компасным пеленгом (КП) называется угол между Nк и линией пеленга.

КК=МК+();

КП=МП+();

ОКП=КП1800;

ИК=КК+(d)+ ();

ИП=КП+(d)+ ().


^ Поправкой магнитного компаса называется угол между Nи и Nк.

МК=(d) + ();

ИК=КК+(МК);

ИП=КП+(МК).


Лекция №5

«Использование гирокомпаса для определения направлений в море»

^ Плоскостью гирокомпасного меридиана называется плоскость, проходящая через ось гироскопа.

Гирокомпасным меридианом (Nгк - Sгк или Nгк) называется линия, образованная пересечением плоскости истинного горизонта плоскостью гирокомпасного меридиана.

Относительно Nгк отсчитываются гирокомпасные направления.

^ Гирокопасным курсом (ГКК) называется угол между Nгк и линией курса.

Гирокомпасным пеленгом (ГКП) называется угол между Nгк и линией пеленга.

^ Поправкой гирокомпаса (ГК) называется угол между Nи и Nгк.




Дополнительные вопросы

Прямая задача (исправление румбов):



Обратная задача (перевод румбов):



Вспомогательные задачи:




Лекция №6

«Определение поправки компасов»
^

Определение поправки магнитного компаса и гирокомпаса»




Определение поправки магнитного компаса

  1. По удалённому ориентиру. Удалённый ориентир можно определить по формуле: D300M, при допустимой погрешности пеленга =0,20. Где D – расстояние до удалённого ориентира; М-погрешность определения места судна.



где ИП снимается с карты, а КП измерятся с помощью пеленгатора (на магнитном компасе измеряется ОКП, который затем переводится в КП). При определении поправки этим способом необходимо как можно точнее определить место судна, например, по 2 горизонтальным углам, по спутникам.

  1. По пеленгу створа. Также используется формула (1). Где ИП – это направление створа (снимается с карты); КП замеряется в момент пересечения створа.

  2. По светилу. где А – азимут светила (расчитывается астрономическими способами, КП – компасный пеленг на светило).

  3. По сличению с другим компасом, поправка которого известна. .

  4. Расчётный способ. , где d выбирается с карты, а выбирается из таблицы девиации или определяется по упрощённым способам на 8 равноотстоящих компасных курсах: 00-450-900-1350-1800-2250-2700-3150 (промежуточные значения определяются путём линейной интерполяции.
Способы определения




  1. По «вееру створов». .

  2. По удалённому ориентиру. .

  3. По светилам. . Достоинство этого способа заключается в том, что точность определения не зависит от точности координат места судна.

  4. По сличению с другим магнитным компасом, которого известна. .

  5. По взаимному пеленгованию. . Где МП берётся по команде с судна на него со шлюпки или берега, КП – с судна.



^
Определение поправки гирокомпаса

Используются те же способы, что и для определения поправки магнитного компаса:

  1. По удалённому ориентиру. .

  2. По створу. .

  3. По светилу. .

  4. По сличению с магнитным компасом, поправка или девиация которого известны.

.


Поправки МК и ГК, определённые на какой-то момент времени, называются мгновенными. Поэтому их окончательное значение рекомендуется рассчитывать из ряда значений мгновенных поправок, путём осреднения. МК зависит от курса и местоположения судна. На ГК оказывает влияние маневрирование судна, поэтому при определении ГК необходимо учитывать период затухающих колебаний гирокомпаса.


Лекция №7


следующая страница >>