Дальность видимого горизонта и видимости объекта

КУРС ЛЕКЦИЙ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«НАВИГАЦИЯ И ЛОЦИЯ МОРЯ»

Составил преподаватель Милованов В.Г.

НАВИГАЦИЯ И ЛОЦИЯ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Форма и размеры Земли

Формой Земли является геоид — геометрическое тело, поверхность которого во всех точках перпендикулярна направлению силы тяжести, близкое по форме к эллипсоиду вращения. В СССР принят (с 1946 г.) референц-эллипсоид Ф. Н. Красовского с размерами: большая полуось 6 378 245 м; малая полуось 6 356 863 м. В разных странах приняты различные размеры земного эллипсоида, поэтому переход на иностранные карты, особенно при плавании вблизи берегов и навигационных опасностей, следует осуществлять не по координатам, а по пеленгу и расстоянию до берегового ориентира, нанесенного на обе карты.

Морские единицы длины и скорости

Морская миля* — средняя длина дуги одной минуты земного меридиана (* Ниже везде миля). Длина дуги одной минуты земного меридиана

L`=1852,23 — 9,34 cos 2f,

где f — широта места судна, град.

Длина морской мили, принятая в различных государствах, м

Дальность видимого горизонта и видимости объекта

Дальность видимого горизонта: Дe=2,08√e

Дальность видимости объекта (предмета): Дп=2,08√e + 2,08√h

Приведение дальности видимости объекта, показанной на карте, к высоте глаза наблюдателя, отличающейся от 5 м, следует производить по формуле:

Дп =Дк+Де — 4,7.

В этих формулах:

Де — дальность видимого горизонта, мили для данной высоты глаза наблюдателя е, м;

2,08 — коэффициент, рассчитанный из условия, что коэффициент земной рефракции равен 0,16 и радиус Земли R = 6371,1 км;

Дп —дальность видимости предмета, мили;

h — высота наблюдаемого предмета, м;

Дк — дальность видимости предмета, указанная на карте.

Примечание. Следует учитывать, что указанные формулы применимы при условии среднего состояния атмосферы и дневного времени суток.

Исправление и перевод румбов (рис. 2.1)

Истинный курс (ИК) — угол между северной частью истинного меридиана и диаметральной плоскостью судна.

Истинный пеленг (ИП) — угол между северной частью истинного меридиана и направлением на объект.

Обратный истинный пеленг (ОИП) — отличается от ИП на 180°

Курсовой угол (КУ) — угол между носовой частью диаметральной плоскости судна и направлением на объект; измеряется от 0 до 180° в сторону правого и левого борта или по часовой стрелке от 0 до 360°. КУ правого борта имеет знак “плюс”, КУ левого борта — знак “минус”.

Зависимости между ИК, ИП и КУ:

ИК=ИП—КУ; ИП =ИК+КУ; КУ=ИП—ИК.

Компасный, гирокомпас ный курс (КК,ГКК)—угол между северной частью компасного (гироскопического) меридиана и носовой частью диаметральной плоскости судна.

Компасный, гирокомпасный пеленг (КП,ГКП)—угол между северной частью компасного (гироскопического) меридиана и направлением на объект.

Поправка компаса (гирокомпаса) АК (АГК) — угол между истинным и компасным (гироскопическим) меридианами. Восточная (остовая) ЛК (ЛГК) имеет знак “плюс”, западная (вестовая) — “минус”.

Рис. 2.1. Исправление и перевод румбов

ИК =КК + ΔК;

ИП =КП + ΔК;

КК = ИК - ΔК;

КП = ИП - ΔК;

ИК = ГКК - ΔГК;

ИП = ГКП + ΔГК;

ГКК = ИК - ΔГК

ГКП= ИП - ΔГК

Географические координаты

Пусть судно и находящийся на нем наблюдатель расположены в точке М на поверхности Земли (см. рис. 2) . Проведем параллель и меридиан этой точки, отметив пересечение последнего с экватором в точке К. Положение точки на поверхности шара определяется двумя сферическими координатами — широтой f и долготой Л.

Рис.2.

Широта — угол между плоскостью экватора и линией, соединяющей место наблюдателя на поверхности Земли с центром земного шара. Так, широта точки М выражается центральным углом МОК, измеряемым дугой меридиана КМ. Широта ср измеряется в пределах от 0 до 90° от экватора в сторону географических полюсов и имеет наименование N — северная или S — южная в зависимости от того, в каком полушарии находится наблюдатель. Таким образом, географическая параллель ММ'М" является геометрическим местом точек, имеющих одну и ту же широту.

Широта точек, расположенных на экваторе, равна 0°, широта северного полюса — 90°N, а широта южного полюса — 90°S.

Долгота — двугранный угол между плоскостями нулевого (гринвичского) меридиана и меридиана наблюдателя (точки М). Этот угол измеряют меньшей дугой экватора (но не параллели), заключенной между указанными меридианами, от 0 до 180° в обе стороны от начального (гринвичского) меридиана. Так, долгота точки М (см. рис. 2 и 3) измеряется дугой экватора GK.

Рис.3.

Долгота имеет наименование Ost — восточная или W — западная, в зависимости от того, в каком полушарии (западном или восточном) находится наблюдатель.

Таким образом, географический меридиан PnMPs является геометрическим местом точек, имеющих одну и ту же долготу.

Долгота точек, расположенных на гринвичском меридиане (Рn GPs — рис. 2 или PnG — рис. 3), равна 0°; долгота точек, расположенных на меридиане P n G'P s (см. рис. 2), равна 180° Ost или 180° W.

Морские карты крупных масштабов, предназначенные для плавания вблизи берегов, позволяют снимать с них географические координаты точки с точностью до десятых долей минуты дуги. Так, например на картах прибрежных участков моря: маяк Архона имеет координаты ϕ = 54°40', 8N и λ = 13°26, 10st; маяк Балье ϕ = 53°31', 7N и λ = 9°04', 90st; маяк Гельголанд ϕ = 54°11,0N и λ =7°53', Ost;

Разность широт и разность долгот

Рис. 4.

Совершая плавание из одной точки на земной поверхности А (ϕ1 λ1—пункт отхода) в точку В (ϕ2, λ2 — пункт прихода) судно меняет свою широту и долготу; при этом образуется разность широт и разность долгот (рис. 4).

Рис. 5.

Разность широт (РШ) — меньшая из дуг любого меридиана, заключенная между параллелями пунктов отхода и прихода (дуга СВ на рис. 4) измеряется в пределах от 0 до 180° и имеет наименование к N, если северная широта увеличивается или южная широта уменьшается, и к S, если северная широта уменьшается или южная увеличивается.

Если северной широте условно приписать знак «плюс», а южной— знак «минус», то РШ и ее наименование определятся по формуле

В примерах 1, 2 и 3 для простоты рассуждений пункты отхода и прихода расположены на одном географическом меридиане, т. е. имеют одну и ту же долготу. На рис. 5 стрелкой показаны направления движения судна и сделанные им разности широт.

Пример 1

Пункт отхода А — φ1 = 16°44' ON по формуле (4) φ2 = + 58°17', 5

Пример 2

Пункт отхода С — φ1 = 47°10', 4 S по формуле (4) φ2 = — 21°23', 0

Пример 3

Пункт отхода F — φ1 = 24°17', 5 N по формуле (4) φ2 = — 5°49',2

Рис. 6.

Разность долгот (РД) — меньшая из дуг экватора, заключенная между меридианами пунктов отхода и прихода (дуга KD, рис. 4), измеряется в пределах от 0 до 180° и имеет наименование к Ost, если восточная долгота увеличивается или западная долгота уменьшается, и к W, если восточная долгота уменьшается или западная долгота увеличивается.

Если восточной долготе условно приписать знак «плюс», а западной «минус», то PD и ее наименование определятся по формуле :

РД = λ2 – λ1 (5)

В примерах 4, 5, 6 и 7 для простоты рассуждений пункты отхода и прихода выбраны расположенными на одной географической параллели, т. е. имеющими одну и ту же широту. На рис. 6, а, б стрелками показаны направления движения судна и сделанные им разности долгот.

Разность долгот не может быть больше 180°. Однако при решении задач на разность долгот по формуле (5) величина РД может получиться более 180°. В этом случае полученный результат вычитают из 360° и изменяют наименование РД на обратное (пример 7).

Пример 4

Пункт отхода А - λ1 = 12°44', 0 Ost по формуле (5) λ2 =+48°13' , 5

Пример 5

Пункт отхода С — λ1 = 110°15',0 W по формуле (5) λ2 = — 87°10',0

Пример 6

Пункт отхода М — λ1 = 21°37',8 W по формуле (5) λ2 = + 11°42',4

Пример 7

Пункт отхода F — λ1 =164°06',3 W по формуле (5) λ2 = + 170°35',1

Непосредственно из рис. 6, а видно, что (АВ)°=(А'В')°, но длины этих дуг не равны, т. е. АВ=А'В'. Таким образом, длина окружности географической параллели в широте ср короче длины экватора, так как радиус r такой параллели короче радиуса R экватора, связанных отношением

R = r sec ϕ.

Поэтому А'В' = АВ sec ϕ или

РД = ОТШ sec ϕср (6)

где ОТШ — от шествие длина дуги параллели (но не экватора) в широте ср, заключенная между меридианами пунктов отхода и прихода.

Магнитное склонение

(d) — угол между истинным и магнитным меридианами, изменяется от 0 до 180°. Восточное имеет знак “плюс”, западное — “минус”; d снимается с карты в районе плавания и приводится к году плавания. Годовое увеличение (уменьшение) d относится к абсолютной величине склонения, т. е. к углу, а не к его знаку (см. рис. 2.1.). При уменьшении склонения, если значение его небольшое, а изменение за несколько лет превосходит указанное на карте, при переходе через ноль склонение начинает возрастать с противоположным знаком.

Магнитное склонение — наиболее важный элемент для судовождения, поэтому его, помимо специальных магнитных карт, указывают на навигационных морских картах, на которых записывают, например, так: «Скл. к. 16°,5 W». Все элементы земного магнетизма в любой точке земной поверхности подвержены изменениям, носящим название вариаций. Изменения элементов земного магнетизма делятся на периодические и непериодические (или возмущения).

К периодическим относятся вековые, годовые (сезонные) и суточные изменения. Из них суточные и годовые вариации невелики и для судовождения во внимание не принимаются. Вековые же вариации представляют собой сложное явление с периодом, равным нескольким столетиям. Величина векового изменения магнитного склонения колеблется в различных точках земной поверхности в пределах от 0 до 0,2—0°,3 в год. Поэтому на морских картах магнитное склонение компаса приводится к определенному году с указанием величины годового увеличения или уменьшения.

Чтобы привести склонение к году плавания, надо рассчитать его изменение за истекшее время и на полученную поправку увеличить или уменьшить склонение, указанное на карте в районе плавания.

Пример : Плавание происходит в 2012 г. Склонение компаса, снято с карты, d = 11°, 5 Оst приведено к 2004 г. Годовое увеличение склонения 5' .Привести склонение к 2012 г.

Решение. Промежуток времени с 2004 по 2012 г. равен восьми годам; изменение Аd = 8 х 5 = 40' ~0°,7. Склонение компаса в 2012 г. d = 11°.5 + 0°,7 = - 12°, 2 Ost

Внезапные кратковременные изменения элементов земного магнетизма (возмущения) называются магнитными бурями, возникновение которых обусловлено северными сияниями и количеством пятен на Солнце. При этом наблюдаются изменения склонения в умеренных широтах до 7°, а в полярных областях — до 50°.

В некоторых районах земной поверхности склонение резко отличается по величине и знаку от его значений в прилегающих точках. Это явление носит название магнитной аномалии. На морских картах указывают границы районов магнитной аномалии. При плавании в этих районах необходимо внимательно следить за работой магнитного компаса, так как точность работы нарушается.

Магнитный курс (МК) — угол между северной частью магнитного меридиана и носовой частью диаметральной плоскости судна.

Магнитный пеленг (МП) — угол между северной частью магнитного меридиана и направлением на,объект.

Обратный магнитный пеленг (ОМП) —отличается от МП на 180°.

Девиация магнитного компаса (δ) — угол между магнитным и компасным меридианами, изменяется от 0 до 180°. Восточной (остовой) — приписывается знак “плюс”, западной (вестовой) — “минус”.

Судовые специалисты могут выполнить в процессе эксплуатации уничтожение полукруговой и креновой девиации. Простейший способ совместного уничтожения полукруговой и креновой девиаций сводится к следующему:

с помощью судового инклинатора измеряют на берегу значение магнитного наклонения. При выполнении этого способа в открытом море магнитное наклонение снимают с карты;

приводят судно на магнитный курс 0 (или 180°) и поперечными магнитами доводят девиацию до нуля;

разворачивают судно на магнитный курс 180° (или 0°), определяют девиацию и теми же магнитами уменьшают ее в 2 раза;

ложатся на магнитный курс 90° (или 270°). Вместо компасного котелка устанавливают инклинатор и креновым магнитом доводят показания по инклинатору до значения магнитного наклонения, измеренного на берегу или снятого с карты;

на том же курсе устанавливают на место котелок компаса и продольными магнитами доводят девиацию до нуля;

разворачиваются на магнитный курс 270° (или 90°), определяют девиацию и теми же продольными магнитами уменьшают ее в 2 раза.