ОТВЕТЫ НА ГЭК ДЛЯ 4-ГО КУРСА 2002 Г.:
1. Фигура и размеры Земли. Геоид, эллипсоид вращения, референц-эллипсоид.
Планета Земля сама по себе имеет уникальную форму. Суда совершают плавания на водах Мирового океана, который является частью этой планеты, а поэтому для задач морской навигации необходимо знать её форму и размеры. Речь идёт о воображаемом земном теле, которое можно представить поверхностью уровня вод Мирового океана, продолженной под всеми материками. Такая поверхность называется уровенной, и важным её свойством является то, что в любой точке она перпендикулярна, или, как говорят математики нормальна вектору силы тяжести g.
Плотность масс Земли в её толще распределена чрезвычайно неравномерно, поэтому уровенная поверхность образует сложное в математическом отношении трёхмерное тело. Эта фигура, образованная уровенной повехностью, имеющая неправильную геометрическую форму, и называется геоидом, что в переводе с греческого означает «землеподобный».
Для решения задач морской навигации используют аппроксимацию (приближение) геоида телом неправильной математической формы. Это тело – эллипсоид вращения, полученный в результате вращения эллипса вокруг малой оси. Другими словами, геоид заменяют его моделью. Сочетание геоида, а также эллипсоида по экватору и мередиану 80Е…100W.
Используют следующие способы апроксимации:
объём эллипсоида предполагается равным объёму геоида;
большая полуось элипсоида а совпадает с плоскостью экватора геоида;
малая полуось b направлена по оси вращения Земли;
сумма квадратов уклонений поверхности эллипсоида от поверхности геоида выбирается минимальной;
Для геодезических и картографических расчётов в определённых районах Земли необходимо иметь земной эллипсоид, поверхность которого максимально совпадает с поверхностью этого района. Очевидно, что такой эллипсоид должен иметь вполне определённые ориентацию и размеры. Это референц-эллипсоид. В конкретном государстве к нему и относят измерения на земной поверхности.
В России в качестве референц-эллипсоида принят референц-эллипсоид Ф. Н. Красовского. Этот референц-эллипсоид вычислен группой учёных под руководством профессора Ф. Н. Красовского. Модель имеет следующие параметры:
большая полуось a = 6378245 м;
малая полуось b = 6356863 м;
полярное сжатие a –b) / a = 1/298.3 ;
эксцентриситет e = (a2-b2) / a = 0.0818
Отклонения данного эллипсоида от геоида на территории нашей страны не превышает 150 м.
В навигационных задачах, не требующих высокой точности, Землю принимают за шар, объём которого равен объёму земного эллипсоида, исходя за соотношение:
4/3R3 = 4/3R2b.
Для референц-эллипсоида Красовсокого радиус модели Земли как шара равен:
R = 6371110 м.
В качестве модели геоида для спутниковых навигационных систем до недавнего времени, например, использовали эллипсоид WGS-72, в настоящее время используется более точная модель WGS-84 (World Geodetic System – 1984).
2. Поправка компаса. Вычисление и учёт поправки компаса. Определение и исправление румбов.
Румбовая система счёта направлений дошла в наш век из эпохи парусного флота. В ней горизонт разбит на 32 румба, которые имеют соответствующие номера и наименования. Один румб равен 11,25о. Направления N,S,E, и W называют главными направлениями, NE, SE, SW, NW – четвертными направлениями, а остальные 24 – промежуточными. Чётные промежуточные румбы имеют названия от ближайшего главного и четвертного румбов, например, NNW, WSW, ESE и т. д. В названия нечётных промежуточных румбов входит голландская приставка «тень» (ten), что означает «к», например, NtE читается как «норд-тень-ост» и означает, что направление N «сдвинуто» на один румб к E, и т. д.
Румбовая система счёта применяется для обозначения направлений ветра, течения и волнения – это традиционная система счёта.
Магнитное склонение d – это угол в плоскости истинного горизонта между географическим (истинным) и магнитным меридианами.
На 1985 г. d = 1о W, годовое изменение d = 0,2o, склонение в 2000 г. - ?
Решение:
t = 2000-1985 = 15 лет
d2000 = d + dt = +2o E
На судне обычно устанавливают два различных компаса: главный компас для определения места судна и путевой – для управления судном. Главный компас устанавливают в ДП судна, в месте, обеспечивающем круговой обзор и максимальную защищённость от судовых магнитных полей. Обычно – это навигацонный мостик судна.
Расчёт девиации:
i = МП - КПi
И составляют таблицу или график девиации как функции компасного курса.
Если производят сличение путевого и главного магнитных компасов или путевого и гирокомпаса, то справедливы соотношения:
ККп + п = ККгл + гл
ККп + п = ГКК + ГК - d
По требованиям ПДНВ-78/95 требуется, чтобы вахтеный помощник каждые 4 часа определял поправку компаса. Существуют следующие виды вычисления поправок:
По створам;
По пеленгу удалённого ориентира;
С помощью пеленгования светила;
По сличению с другим компасом;
Методом взаимных пеленгов.
3. Морские единицы длины и скорости. Поправка и коэффициент лага. Определение пройденного расстояния по РОЛ.
Метрическая система неудобна для измерений расстояний на море, так как в процессе судовождения приходится решать задачи, связанные с измерением углов и угловых расстояний.
Для референц-эллипсоида Красовского длина одной минуты такой дуги выражается следующей формулой:
= 1852,23 – 9,34 cos 2
Стандартная морская миля соответствует длине минуты меридиана референц-эллипсоида Красовского на широте 440 18’. Она отличается от значений на полюсах и экваторе всего на 0,5%.
Одна десятая часть морской мили называется кабельтов (кб) 1кб = 0,1 мили = 185,2 м
За единицу скорости в морской навигации принят узел (уз) – 1уз = 1 миля/час.
Переход от скорости в узлах к скорости в кабельтовых в минуту производится по формуле:
Vкб/мин = Vуз/6
При расчетах, связанных со скоростью ветра, и в других случаях используется единица метр в секунду (м/с) – 1м/с = 2уз.
Расстояние So от некоторого нуля фиксируется специальным счётчиком, а его мгновенное значение в данный момент называется отсчётом лага (ОЛ). Пройденное судном расстояние определяется с помощью относительного лага как разность между его последовательными отсчётами (РОЛ) в моменты времени, снятыми со счётчика лага:
РОЛ = ОЛi+1 - ОЛi
Лаг, как любой прибор, определяет скорость с погрешностью. Систематическая погрешность в показаниях лага может быть скомпенсирована поправкой лага Л, имеющей обратный знак. Такая поправка, выраженная в процентах, называется поправкой лага. Она рассчитана по следующим формулам и может иметь как положительный, так и отрицательный знаки:
Л = (So – РОЛ)/РОЛ * 100%
Л = (Vo – Vл)/ Vл * 100%
So – фактически пройденное судном расстояние.
Vo и Vл – скорости судна относительно воды и показанная лагом.
Вместо поправки часто используют коэффициент лага:
Кл = 1 + Л/100 = Sл/РОЛ
Sл = РОЛ * Кл
Скорость судна и правильность работы лага, то есть поправка лага, определяется на ходовых испытаниях.
4. Локсодромия и её свойства. Аналитические выражения для вычисления локсодромического курса и расстояния по географическим координатам. Меркаторская картографическая проекция, её свойства.
Кривую на поверхности Земли, пересекающую все меридианы под одним и тем же углом, называют локсодромией, что с греческого переводится как «косой бег».
Расстояние между двумя точками на сфере по локсодромии не является кратчайшим и её применение в мореплавании объясняется исключительным удобством использования компасов.
О сновные свойства локсодромии:
Если К = 0 или 1800, то очевидно, что локсодромия совпадает с меридианом, то есть с большим кругом.
Если К = 900 или 2700, то локсодромия совпадает с параллелью или экватором, то есть образует малый или большой круг на поверхности сферы.
При любых других курсах локсодромия спиралеобразно стремится к полюсу, никогда его не достигая.
Уравнение локсодромии для эллипсоида:
Более краткая запись выглядит так:
 ,
где V1,2 – изометрическая широта.
 ,
Меркаторская проекция относится к классу цилиндрических нормальных равноугольных проекций, в которых параллели нормальной сетки есть параллельные прямые, а расстояние между меридианами пропорциональны соответствующим разностям долгот.
Основные этапы проектирования карты:
1-й этап: Осуществление геодезических измерений на поверхности Земли и их координатная привязка к конкретному референц-эллипсоиду.
2-й этап: Уменьшение размеров референц-эллипсоида до определённого масштаба с целью его дальнейшего развёртывания на плоскости, то есть создание условной эллипсоидальной модели Земли (глобуса) в масштабе, пригодном для изготовления карт. Это математическое преобразование эллипсоид – глобус сохраняет геометрическое подобие контуров изображений. Масштаб преобразования называется главным масштабом o будущей карты.
3-й этап: Выбор картографической проекции для развёртывания условного глобуса на плоскость и проектирование (преобразование глобус – карта). Из теории искажений известно, что при проектировании эллипсоида на плоскость масштаб o остаётся постоянным лишь на определённом множестве точек карты. В общем случае при удалении от этого множества масштаб изменяется и становится частным масштабом другого множества точек. Величина  называется увеличением масштаба.
Отношение частного масштаба к главному называется в картографии модулем параллели:
Меркаторской милей называется длина изображения одной минуты дуги меридиана ф в проекции меркатора, выраженная в линейных единицах в масштабе карты:
Линейный морской масштаб lф показывает, сколько морских миль содержится в одном сантиметре карты и представляет величину, обратную меркаторской миле:
5. Классификация карт, используемых в судовождении. Содержание карт. Руководства и пособия для плавания. Требования конвенции СОЛАС в отношении карт и пособий для плавания.
Картой называется обобщённое и уменьшённое изображение поверхности Земли с применением определённой картографической проекции.
Планом называется плоское изображение небольшого участка земной поверхности, в пределах которой кривизной земной поверхности пренебрегают.
Морские карты и другие навигационные пособия на все районы океанов и морей издаются Главным управлением навигации и океанографии (ГУНиО), а в зарубежных странах – гидрографическими службами (департаментами).
Морские карты издаются главным образом в меркаторской проекции и по своему назначению подразделяются на три вида:
Навигационные предназначаются для ведения счисления пути и определения места судна в море. К морским навигационным картам относятся общенавигационные, радионавигационные и т. д.
Специальные предназначены для решения ряда задач судовождения при использовании особых технических средств. К специальным относятся рулонные и маршрутные карты и т. д.
Вспомогательные и справочные морские карты, под названием которых объединены различные картографические издания ГУНиО. В эту группу входят: карты-сетки, карты в гномонической проекции для прокладки дуги большого круга, радиомаяков и радиостанций часовых поясов и т. д.
Общенавигационные карты являются основной подгруппой морских карт, обеспечивающих безопасность мореплавания. На них наиболее полно отражается рельеф дна, характер берегов и вся навигационная обстановка (огни, знаки, буи, фарватеры и др.).
В зависимости от масштаба общенавигационные морские карты подразделяются на: генеральные, имеющие масштаб от 1:1000000 до 1:5000000; путевые – от 1:100000; частные – от 1:25000 до 1:100000; планы – от 1:1000 (при производстве различных гидрографических работ) до 1:25000.
Частные краты содержат все навигационные подробности. Дополнительно к картам издаются различные пособия и справочники, из которых можно почерпнуть много полезных, необходимых сведений. К таким пособиям можно отнести руководства для плавания (лоции), в которых собраны все необходимые для мореплавателя сведения, включая рекомендованные пути и советы по ориентировке при плавании вблизи берегов.
Для подбора карт и пособий издаётся специальный «Каталог карт и книг». Все карты и пособия имеют свой номер, который называется адмиралтейским.
Номера карт состоят из пяти цифр, которые означают: первая – океан или его часть (1 – Северный Ледовитый Океан, 2 и 3 – Северная и Южная часть Атлантики, 4 – Индийский Океан, 5 и 6 – Южная и Северная часть Тихого Океана), вторая – масштаб карты (каждой группе масштаб соответствует цифре от 0 до 4), третья – район моря, в пределах которой находится карта, четвёртая и пятая – порядковый номер в данном районе.
Навигационные морские карты и карты-сетки имеют номера, первой цифрой которой является 9. Вторая цифра обозначает океан или его часть; третья цифра – масштаб; последние две являются порядковыми номерами карты в океане.
Содержание Британских карт:
Номер карты Британского Адмиралтейства.
Latticad – L.
Номер международный.
Место публикации карты.
© Crown Copyright.
New Edition, Large correction.
Small corrections.
D imensions.
Corner coordinates.
Название страны, океана.
Explanatory notes.
Эмблема гидрографии.
Scale of chart.
Linear scale (на крупных картах).
Linear border scale.
Cautionary notes.
Source (WGS-84).
Reference to large-scale chart.
Adjoining chart No.
-
Instruction to refer to related publications.
Reference to the units used for draft.
Conversion scale.
Руководства и пособия для плавания:
1. Правила плавания.
Навигационно-гидрографические обзоры.
Радиолокационное описание маршрутов.
Руководство для захода в отдельные порты.
5. Карты, лоции для районов интенсивного судоходства.
В соответствии с требованиями SOLAS (ч. 1, гл. 5, правило 20): «все суда должны иметь на борту приведенные на уровень современности карты, лоции, перечни огней и знаков, Извещения Мореплавателям, таблицы приливов и любые другие навигационные публикации, необходимые для планируемого плавания».
6. Способы определения дрейфа судна. Учёт дрейфа и течения при счислении, точность счисления.
Дрейфом судна называется отклонение движущегося судна с линии намеченного курса под воздействием ветра и ветрового волнения. Направление ветра определяется по той точке горизонта, откуда дует ветер (ветер дует в компас) и выражается в румбах или градусах.
Дрейф возникает под воздействием силы давления набегающего потока воздуха на надводную часть судна. Скорость и направление этого потока соответствует вектору скорости кажущегося (наблюдаемого) ветра.
 ,
где - вектор скорости истинного ветра; V – вектор скорости судна; W – вектор скорости кажущегося ветра.
Несимметрические отклонения от курса под действием порывов ветра, ударов волн, отклонения руля вызывают зарыскивание судна, которое может быть как под ветер, так и на ветер.
Говоря об определении и учёте дрейфа, под термином «дрейф» будем понимать результирующее отклонение судна с линии истинного курса.
Угол между линией истинного курса и линией пути судна называется углом дрейфа.
Угол между северной частью истинного меридиана и линией пути при дрейфе называется путевым углом .
 ,
Угол имеет знак «+» - если ветер дует в левый борт, и «-» - если в правый.
Для учёта дрейфа при прокладке необходимо знать угол дрейфа, Угол дрейфа можно определить из наблюдений или вычислить по формулам, специально составленным таблицам или номограммам.
По кильватерной струе .
По обсервациям.
Аналитический:
Формула Дёмина С.И.
tg - отрицательный, то =0.
W – сила (скорость) ветра, м/с.
V – скорость судна, м/с.
q – курсовой угол к ветру.
Т – осадка судна, м.
L – длина судна, м.
В – ширина судна, м.
– коэффициент полноты ватерлинии.
Sн – боковая площадь надводной части.
Sп – боковая площадь подводной части.
с = ПУ – ИК;  , где
угол сноса от течения,
с – снос.
Погрешность счисления слагается из погрешностей в принятом направлении движения судна (курса, угла дрейфа, угла сноса, поправки гирокомпаса и др.) и погрешностей в пройденном расстоянии (поправка лага или скорости, принятой для счисления погрешности в учёте течения или неучёта последнего).
Погрешности первой группы вызывают боковое смещение судна: , а погрешности второй группы – смещение вдоль линии курса:
 .
Значения а и b могут быть приняты за полуоси эллипса погрешности счисления. Они позволяют вычислить СКП счисления: . Для случая, когда течение отсутствует: .
На больших переходах формулы для расчёта а и b дают завышенные результаты, так как погрешности счисления на одном отрезке пути частично компенсируются таковыми на другом отрезке. В этом случае для расчёта а и b рекомендуется использовать формулы: ,  , где асут, bсут – возможные смещения судна за сутки; N – продолжительность плавания (сут), больше единицы.
Производя статическую обработку погрешностей счисления, можно получить коэффициент точности счисления  , тогда .
Следует помнить, что погрешность счисления не тождественна погрешности счислимого места, так как в последнюю входит и погрешность исходной точки.
7. Навигационная изолиния, линия положения, полоса положения. СКП определения места судна по двум линиям положения.
Навигационным параметром U называется величина, зависящая известным образом от положения точки и измеряемая для определённого места судна, например пеленг, расстояние, высота светила и т. п.
Геометрическое место точек, отвечающее постоянному значению навигационного параметра, называется навигационной изолинией. В навигации для определения места судна используются следующие навигационные параметры и соответствующие им изолинии:
|
