Навигация и лоция СПГУВК-2004. Дмитриев В. И., Григорян в л., Катенин В. А
 Скачать 24.68 Mb.
|
|
Задача 2. Измерение расстояния между двумя точками. При измерении длины отрезка АВ (рис. 7.6) на карте в нор- мальной гномонической проекции всегда следует пользоваться шка- лой того меридиана, который делит данный отрезок приблизительно пополам. Для этого достаточно как бы развернуть отрезок АВ вокруг средней точки М до направления, параллельного среднему меридиа- ну, и измерить разность широт точек A′ и B′ в дуговых минутах (милях). Рис. 7.6.К задаче 2 Однако полученное таким образом расстояние S ′всегда меньше действительного. Для повышения точности измерения боль- ших расстояний (свыше 500 миль) их следует измерять по частям, отрезками длиной не более 250 миль, используя для каждого отрезка свои значения величин ϕ ср и ГнК ср ,отсчитываемых от своих средних точек. Задача 3. Измерение направлений. Определение направления проложенного отрезка прямой ли- нии АВ на картах в нормальной гномонической проекции произво- дится относительно выбранного меридиана (в зависимости от ре- шаемой задачи это может быть и меридиан точки отхода, и средний меридиан отрезка). Измерения производятся с помощью параллель- ной линейки и транспортира. Снятое с карты направление в этом случае будет гномоническим — ГнК. Для вычисления истинного направления необходимо вос- пользоваться формулой tg tg cosec , ИК ГнК = ϕ (7.7) 98 Раздел 2. Картография где ϕ — широта точки, от которой измерялось направление заданной линии. Чаще, вместо исправления искаженных углов при определе- нии направления прямой линии на картах в гномонической проек- ции, предпочитают по координатам отдельных точек перенести изо- бражение дуги большого круга на карту в меркаторской проекции, с которой затем и измеряют необходимые частные курсы без дополни- тельных исправлений. Задача 4. Прокладка локсодромии на карте в гномонической проекции. Локсодромический курс (заданное истинное направление) переводят в гномоническое направление с помощью формулы tg tg sin . ГнК ИК = ϕ (7.8) Затем на карте проводят в заданном районе карандашом ме- ридианы через 1—2°. После этого от меридиана начальной точки А с помощью транспортира и параллельной линейки прокладывают до следующего проведенного карандашом меридиана прямую линию под углом ср , 2 ГнК ГнК ∆λ = ± где ∆λ — выбранная разность долгот между проведенными каранда- шом меридианами. Из точки В от ее меридиана вновь прокладывают прямую до следующего меридиана под углом ∆λ/2. Построение продолжается описанным образом от каждого нового меридиана. При этом необходимо помнить, что величина ∆λ/2 прибавляется при ГнК < 180° и вычитается при ГнК > 180°. Задача 5. Нанесение дуги большого круга. Для решения этой задачи достаточно соединить конечные пункты прямой линией на карте в гномонической проекции. При не- обходимости проложить дугу большого круга на карте в другой про- екции, ее переносят по координатам. Глава 7. Перспективные азимутальные проекции 99 7.3 Плавание по дуге большого круга Ранее отмечалось, что линия кратчайшего расстояния между двумя точками на земном эллипсоиде называется геодезической ли- нией и представляет собой сложную кривую двоякой кривизны. На сферической поверхности геодезическая линия совпадает с дугой большого круга. Следовательно, на Земле-шаре кратчайшее расстоя- ние между двумя точками измеряется по дуге большого круга или по ортодромии, проходящей через эти точки. Однако, удерживая задан- ный курс корабля по компасу, корабль перемещается не по ортодро- мии, а по локсодромии. При трансокеанских переходах со значи- тельным изменением долготы разница длин локсодромии и ортодро- мии может достигать существенной величины, измеряемой сотнями миль. В этих случаях ортодромическая траектория пути выгоднее локсодромической. Ортодромия на морской навигационной карте в меркаторской проекции изображается кривой линией. Прокладка этой кривой со- пряжена с определенными трудностями. Сложен и сам процесс удержания судна на этой ортодромии. Поэтому, прежде чем присту- пать к расчету плавания по ортодромии, необходимо выяснить целе- сообразность и возможность такого плавания. Целесообразность плавания по дуге большого круга (орто- дромии) определяется существенностью разности длин локсодромии лок S и ортодромии ,проложенных из пункта отхода в пункт при- орт S хода: лок орт S S S ∆ = − (7.9) Эти длины рассчитывают по известным зависимостям: ( ) лок 2 1 лок лок sec sec ; S K = ϕ − ϕ = ∆ϕ K (7.10) ( ) орт 1 2 1 2 2 1 cos sin sin cos cos cos S = ϕ ϕ + ϕ ϕ λ − λ (7.11) По найденной величине AS делается вывод о целесообразно- сти плавания по дуге большого круга. Возможность плавания по дуге большого круга определяется в зависимости от расположения ее траектории относительно навига- ционных опасностей и других объектов, влияющих на выбор пути корабля. Для этого ее траекторию следует нанести на генеральную карту рейса и убедиться, что путь по ортодромии проложен в благо- 100 Раздел 2. Картография приятных навигационно-гидрографических и гидрометеорологиче- ских зонах. При плавании по дуге большого круга ее траекторию заме- няют хордами - отрезками локсодромий. Длина хорды определяется из условия, требующего, чтобы разность между длиной хорды и стя- гивающей ее дугой ортодромии не превышала пренебрежимо малой величины, равной 0,1%. Этому условию соответствуют долготные интервалы хорд, равные 4—6°. На практике используют следующие способы расчета на- правлений хорд — локсодромий для плавания по дуге большого кру- га: • с помощью ортодромических поправок; • с помощью карт в гномонической проекции; • помощью специальной номограммы; • с применением средств вычислительной техники. Использование ортодромических поправок. Необходимо вы- полнить следующие действия. 1. Определить долготный интервал изменения курса ∆λи провести соответствующие ему меридианы от пункта отхода к пунк- ту прихода. 2. По координатам начальной и конечной точек плавания на карте в меркаторской проекции проложить отрезок локсодромии ме- жду этими точками и измерить исходный локсодромический курс К 0 (рис.7.7). 3. Начальную ортодромическую поправку ψ 0 выбрать из табл. 2.12 МТ—2000 или рассчитать по формуле. Учесть, что в се- верном полушарии при движении на восток знак ψ 0 положителен, а при движении на Запад — отрицателен. В южном полушарии — на- оборот. 4. Рассчитать направление ортодромии в пункте отхода: 1 0 0 A K = − ψ 5. Рассчитать направление (курс) первой хорды: 1 1 K A 1 = + ψ (7.12) где ψ 1 — ортодромическая поправка для первого курса, выбираемая по широте начальной точки В 1 и принятому долготному интервалу ∆λ. Глава 7. Перспективные азимутальные проекции 101 Рис. 7.7. Прокладка дуги большого круга по хордам 6. От исходной точки В 1 по направлению К 1 до пересечения с меридианом λ а = λ 1 + ∆λпровести первую хорду дуги большого кру- га. В полученной точке а рассчитать направление второй хорды: 2 1 1 2 K K = + ψ + ψ (7.13) где ψ 2 — ортодромическая поправка второго курса, выбираемая по широте точки а и принятому долготному интервалу ∆λ. 7. Провести вторую хорду от точки а до меридиана λ b = λ а + ∆λ. Аналогичным образом рассчитать и проложить все по- следующие хорды: 1 1 i i i K K − − i = + ψ + ψ (7.14) Когда до пункта прихода останется ∆λменьше принятого ин- тервала, хорда не рассчитывается. Заключительный отрезок локсо- дромии прокладывают от точки на последнем промежуточном мери- диане непосредственно в пункт прихода. Использование карт в гномонической проекции. Дуга большого круга изображается на картах в гномонической проекции прямой линией. Это позволяет, соединив прямой линией пункты от- хода и прихода, убедиться, что проложенная ортодромия проходит в стороне от опасностей. Далее следует по измеренным с карты коор- динатам отдельных точек ортодромии перенести дугу большого кру- га на меркаторскую путевую карту. Карты в гномонической проекции издаются в масштабах от 1 : 10000000 до 1 : 35000000. Хотя координаты промежуточных точек 102 Раздел 2. Картография измеряются на них с некоторыми погрешностями, для плавания по ортодромии с учетом возможных сносов судна такая неточность вполне допустима. Так как карты в гномонической проекции не кон- формны, измерять направления и расстояния на них достаточно сложно. Значительно удобнее и точнее промежуточные курсы и пла- вание по ним измерять с меркаторской карты после переноса на нее дуги большого круга. Для нанесения дуги большого круга на путевые карты могут быть использованы и некоторые карты рекомендованных путей, на которые для районов интенсивного судоходства заранее наносят ду- ги больших кругов. При практическом выполнении необходимо: • на карте в гномонической проекции соединить начальную и конечную точки перехода прямой линией; • полученную прямую разбить от начальной точки на отрезки через 10° по долготе и получить, таким образом, промежу- точные точки; • измерить координаты промежуточных точек, перенести их на меркаторскую карту и соединить прямыми отрезками локсо- дромических курсов. Использование специальной номограммы. Определение начального направления дуги большого круга А 1 производится по специальной номограмме (адмиралтейский номер 90199). Порядок работы с номограммой указан в ее описании. Дальнейшая методика расчета курсов не отличается от описанной в первом способе. Использование вычислительной техники. Все работы по нанесению дуги большого круга на морскую навигационную карту в меркаторской проекции существенно облегчаются при использова- нии современной вычислительной техники. При этом вначале про- кладывают локсодромию и разделяют ее на отрезки по долготе, ис- ходя из заданной точности плавания. Для выбранных значений разностей долгот промежуточных точек локсодромии из исходной точки последовательно рассчитыва- ются направления хорд — отрезков локсодромий, длины этих хорд и координаты точек поворота с хорды на хорду. Расчеты производятся по известным формулам сферической тригонометрии. Раздел 3 ОСНОВЫ МОРСКОЙ И РЕЧНОЙ ЛОЦИИ Глава8 НАВИГАЦИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ МОРЕЙ 8.1 Навигационные опасности Судовождение тесно связано с учетом конкретной морской навигационной обстановки, нередко изобилующей различными пре- пятствиями, представляющими опасность для мореплавания. При этом под морской навигационной обстановкой подразумевается об- становка в море, обусловленная совокупностью физико- географических, гидрографических, гидрометеорологических усло- вий и рекомендаций, регламентирующих движение судов, оказы- вающих влияние на решение задач морской навигации, а под терми- ном морская навигационная опасность — препятствие, опасное для плавания судна. Все навигационные опасности условно подразделяют на по- стоянные и временные. Постоянные навигационные опасности — это всякие надвод- ные, осыхающие или подводные, искусственные или естественные объекты, представляющие опасность для мореплавания. Такими опасными объектами чаще всего являются: • возвышения подводного рельефа, глубины над которыми ма- лы по сравнению с окружающими; • затонувшие суда; • минная опасность; • утерянные на малых глубинах якоря и другие объекты. Временные навигационные опасности создаются главным образом гидрометеорологическими факторами — туманом, ветром, течением, волнением и другими. К ним можно отнести также со- 104 Раздел 3. Основы морской и речной лоции рванные с якорей мины, буи, бочки, остатки понтонов, притоплен- ные деревья, рыболовные сети, покинутые суда и другие плавающие предметы, вынуждающие судно при встрече с ними изменять курс. Сведения о всевозможных временных навигационных опасностях доводятся до мореплавателей специальными сообщениями и сигна- лами различных станций. Судовождение — наука точная и не терпит двойственности в толковании понятий, которыми она оперирует. На первый взгляд одинаковые по смыслу названия — пролив и проход, мель и отмель для специалиста наполнены вполне конкретным содержанием, прин- ципиально отличным одно от другого. Поэтому в лоции терминоло- гии уделяется особое внимание, и она вся стандартизована. Рассмот- рим ряд примеров. Подводная гора — отдельное, с крутыми склонами подвод- ное возвышение морского дна глубокой части океанов и морей. Банка — изолированное и ограниченное по площади резкое поднятие морского дна. Мель — более или менее обширное по площади возвышение на материковой отмели. Отмель — мель, простирающаяся от берега. Осушка — часть отмели или берега, осыхающая в малую во- ду. Риф — опасное для плавания надводное или осыхающее воз- вышение морского дна со скалистым грунтом или скопление надвод- ных или осыхающих камней. Важнейшим фактором обеспечения безопасности судовожде- ния в районах, где имеются различные навигационные опасности, является навигационное оборудование в виде совокупности рацио- нально спроектированных и размещенных на берегу, в прибрежных водах и в ближнем космосе различных средств навигационного обо- рудования. 8.2 Принципы навигационного оборудования Во второй половине XX в. быстрый рост торгового, промыслового и военно-морского флотов, повышение интенсивности судоходства, тоннажа и скорости судов, рост потенциальной опасности аварий нефтяных танкеров и судов с грузами, опасными для окружающей среды, потребовали значительного усиления внимания к навигаци- Глава 8. Навигационное оборудование морей 105 онно-гидрографическому и гидрометеорологическому обеспечению безопасности мореплавания. Важнейшей составной частью этого обеспечения является навигационное оборудование, предназначен- ное для создания благоприятной в навигационном отношении обста- новки, обеспечивающей безопасность плавания судов всех типов и классов. Современные средства навигационного оборудования (СНО) представляют собой систему специальных объектов и устройств, предназначенную для решения перечисленных ниже основных задач: 1) обеспечение опознания морского побережья, а также на- вигационных определений места судна; 2) обеспечение следования судна по фарватерам, каналам, рекомендованным курсам, в узкостях и на акваториях портов; 3) ограждение навигационных опасностей, специальных полигонов, районов и отдельных точек на воде; 4) обеспечение гидрографических и тральных работ, испы- таний навигационной техники, определения маневренных элементов судов. Иначе говоря, СНО являются средствами внешней коррекции местоположения судна. При проектировании системы навигационного оборудования, как правило, руководствуются принципами решения трех первых основных задач навигационного обеспечения. Для решения первой задачи по обеспечению опознания раз- личных районов побережья и навигационных определений места применяют принцип "обеспечения по площади ". Он заключается в развитии сети СНО для покрытия рабочими зонами этих средств наибольших площадей. Зона действия СНО — район моря, в пределах которого воз- можно измерение навигационного параметра по этому СНО. Рабочая зона СНО — та часть зоны действия, в пределах ко- торой возможно определение места судна с заданной точностью. Степень обеспеченности данного района моря оценивается площадью и положением построенных на карте рабочих зон относи- тельно рекомендованных курсов и фарватеров, а также характером распределения точности в рабочих зонах. Обеспечение следования судна по рекомендованным курсам, фарватерам, каналам, в узкостях и на акваториях портов, т. е. реше- ние второй задачи навигационного оборудования осуществляется по 106 Раздел 3. Основы морской и речной лоции принципу "обеспечения по направлению (маршруту) ". Для этого ус- танавливают зрительные, радиотехнические и другие СНО вдоль фарватеров и рекомендованных курсов, устанавливаются створы и секторные огни. Кроме того, обозначают эти курсы, границы фарва- теров, бровки каналов и зоны разделения движения с помощью зна- ков плавучего ограждения. При решении третьей задачи, связанной с указанием положе- ния навигационных опасностей, отдельных точек и районов на воде, руководствуются принципом "обозначения места". При этом для обозначения места конкретной опасности применяют знаки плавуче- го ограждения, радионавигационные системы ближнего действия, секторное освещение на маяках и знаках, створное оборудование. 8.3 Характеристики и классификация средств навигационного оборудования При оценке качества навигационного оборудования исходят из следующих общих характеристик СНО. Точность, обеспечиваемая СНО при определении места, ха- рактеризуется погрешностью в измерении навигационного параметра (пеленга, угла, расстояния) и в определении места. Дальность действия СНО зависит от его принципа действия и должна обеспечивать определение места в любой точке оборудуе- мого района. Быстродействие (время, затрачиваемое на определение места) зависит от принципа действия СНО, уровня автоматизации бортовой аппаратуры и может колебаться в широких пределах: от десятых долей секунды до нескольких минут. Надежность СНО — свойство оборудования выполнять за- данные функции в определенных условиях эксплуатации при сохра- нении значений основных характеристик в установленных пределах. Критерии: наработка на отказ, вероятность безотказной работы, среднее время восстановления. Помехоустойчивость СНО — способность сохранять свои основные характеристики в условиях естественных и искусственных помех. Автономность СНО — способность действовать определен- ный период без обслуживания. Глава 8. Навигационное оборудование морей 107 Классифицируют СНО по различным признакам: • по дислокации — космические, береговые, морские (плаву- чие и подводные); • по используемому физическому полю — зрительные (оптиче- ские), радиотехнические, акустические, электромагнитные; • по происхождению — искусственные и естественные; • по режиму работы - работающие непрерывно, работающие по расписанию, работающие по заявке, работающие по запросу; • по виду источника света — электрические, ацетиленовые, га- зосветные, люминесцентные, лазерные, светоотражающие; • по виду измеряемого навигационного параметра — азиму- тальные, стадиометрические, гиперболические, угломерные; • по физическому принципу измерения - амплитудные, фазо- вые, импульсные, импульсно-фазовые, частотные. Кроме того, |