Конспект по навигации By Vlad112

Конспект по навигации By Vlad112

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:

Δ =1852,23− 9,34cos2ϕ

где ϕ - 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 1931году. 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__

Форма и размеры Земли

При решении задач геодезии, навигации и картографии необходимо знать форму и размеры Земли. Земля имеет сложную форму неправильного геометрического тела — геоида. Поверхность геоида, называемая уровенной поверхностью, в любой точке перпендикулярна направлению силы тяжести.

Наиболее близким по форме к геоиду является эллипсоид вращения— фигура, поверхность которой образована вращением эллипса вокруг малой оси. Эллипсоид, форма которого наиболее близка к форме геоида, называется земным сфероидом. Ось вращения сфероида совпадает с осью вращения Земли, а его экваториальная плоскость - с земным экватором.

Сфероид определенных размеров, к поверхности которого относят результаты всех геодезических измерений, топографических съемок и составляемые по ним карты, называют референц-эллипсоидом. В СССР с 1946 г. в качестве обязательных для всех геодезических и картографических работ приняты следующие размеры референц-эллипсоида:

большая полуось а = 6 378 245 м;

малая полуось b = 6 356 863 м;

квадрат эксцентриситета е² = (а² — b²)/а² = 0,006693;

полярное сжатие а = (а — b)/а = 1 : 298,3.

Эти размеры были определены Центральным научно-исследовательским институтом геодезии, картографии и аэрофотосъемки под руководством Ф. Н. Красовского, поэтому референц-эллипсоид с указанными параметрами носит название эллипсоида Красовского.

В других странах (кроме НРБ, ВНР, ПНР, СРР) приняты размеры земного сфероида, отличающиеся от размеров эллипсоида Красовского. Поэтому координаты одних и тех же точек на иностранных и советских картах могут отличаться, а при переходе с карты на карту по координатам могут появиться ошибки. Особенно чувствительны эти расхождения при использовании радионавигационных и спутниковых навигационных систем.

Для решения некоторых задач навигации, требующих высокой точности, а также в картографии за основу принимают размеры и форму референц-эллипсоида. В практической навигации для решения большинства задач Землю принимают за шар. Если рассматриваются малые участки поверхности Земли, то форму поверхности принимают за плоскость.

Основные точки, линии и плоскости земного сфероида

Воображаемая линия, вокруг которой происходит суточное вра­щение Земли, называется земной осью. Точки пересечения оси с по­верхностью Земли P_N и P_S (рис. 1) называют географическими или истинными полюсами. Полюс, с которого вращение усматривается против часовой стрелки считают северным P_n, а противоположный — южным Ps.

Плоскость истинного меридиана — плоскость, проходящая че­рез земную ось.

Географический или истинный меридиан — линия пересечения поверхности земного эллипсоида плоскостью истинного меридиана. Географический меридиан представляет собой эллипс, а практически обычно рассматривают только его половину Р_NСР_S, проходящую че­рез данное место.

Из множества меридианов выделяют начальный или Гринвичский меридиан. Плоскость, проходящая через меридиан Гринвича делит Землю на два полушария — восточное и западное.

Рис. 1. Географические координаты	Рис. 2. Основные линии и плоскости

Истинный меридиан наблюдателя — географический меридиан, проходящий через точку наблюдения. Плоскость экватора — плос­кость, которая проходит через центр оси Земли перпендикулярно оси вращения. В пересечении с поверхностью сфероида она дает земной экватор EMQ. Последний делит Землю на два полушария — север­ное и южное.

Географические параллели — окружности, которые образуются от пересечения поверхности земного сфероида плоскостями, параллель­ными плоскости экватора.

Вертикальная или отвесная линия — прямая, совпадающая с направлением силы тяжести в данной точке Z0 (рис. 2). Плоскости, в которых лежит вертикальная линия, называют вертикальными, а перпендикулярные им —горизонтальными.

Вертикальная плоскость (ВВ'), проходящая через ось вращения Земли и точку наблюдения является плоскостью истинного меридиана наблюдателя. Горизонтальная плоскость (НН'), которая проходит-через данную точку называется плоскостью истинного горизонта. Эти две плоскости пересекаются по линии истинного меридиана или полуденной линии N—S.

Вертикальная плоскость, перпендикулярная плоскости истинного-меридиана называется плоскостью первого вертикала. Она пересе­кается с плоскостью истинного горизонта по линии Е — W.

Координаты точки на Земле. Разность широт и разность долгот

Положение точки на поверхности Земли определяют координатами. В геодезии и картографии применяют несколько систем координат-географическую, геоцентрическую, прямоугольную, геодезическую и другие. Для целей навигации используют общепринятую систему географических координат (см. рис. 1). Место точки на земном сфероиде в этой системе фиксируют двумя координатами: широтой и долготой. В качестве координатных линий используют меридианы и параллели на эллипсоиде.

Географическая широта - угол между отвесной линией в данной точке и плоскостью земного экватора (<.С01С'). Этот угол измеряется дугой меридиана от экватора до параллели данной точки. Счет широт ведется от 0 до 90° к северу и югу.

Северной широте приписывают букву N и считают положительной (+), южной - букву S и считают отрицательной (-). Широта обозначается буквой φ (например: φ = 58°49,5' N).

Географическая долгота - двугранный угол между плоскостями начального (Гринвичского) меридиана и меридиана данной точки. Этот угол измеряется сферическим углом при полюсе (<.МРNС) или дугой экватора (МС') между указанными меридианами. Счет долгот ведется к востоку и западу от 0 до 180°. Восточной, долготе при­писывают букву Е и считают положительной (+), западной - букву W и считают отрицательной (-). Долгота обозначается буквой λ (например: λ = 95° 23,4' Е). 

При рассмотрении некоторых вопросов теории гироскопических приборов применяют геоцентрическую широту. Угол

между плоскостью экватора и прямой, соединяющей центр земного сфероида с данной точкой (<.СОС'), называют геоцентрической широтой и обозначают буквой φ'. Разность между географической и геоцентрической широтой называется редукцией и достигает максимального значения 11'27" в широте 45°. На полюсе и экваторе редукция равна нулю.

Прямоугольная система координат используется на топографических картах и при численной обработке геодезических измере­ний. В прямоугольных координатах дают положение опорных точек. Судно при движении по поверхности Земли меняет свои координа­ты. Изменение координат характеризуют две   величины - разность широт и разность долгот. Разностью широт (РШ) двух заданных точек С1 и С2 (рис. 3) называется дуга меридиана (ab), заключенная между параллелями этих точек.

Наименование разности широт определяется положением парал­лели конечной точки относительно параллели начальной точки. Если параллель конечной точки расположена к северу от параллели начальной, то разность широт считается сделанной к северу ( к N) и по­ложительной, а в тех случаях, когда параллель конечной точки расположена южнее - сделанной к югу (к S) и отрицательной. Разность широт вычисляют по алгебраической формуле

(1)  РШ = φ2-φ1,

РШ изменяется в пределах от 0 до 180°.

Разностью долгот (РД) двух заданных точек называется меньшая из дуг экватора (C'1C'2) между меридианами этих точек. Если мериди­ан конечной точки расположен к востоку от меридиана начальной точки, то разность долгот считается сделанной к востоку (к Е) и положительной, а в случаях, когда меридиан конечной точки расположен западнее - сделанной к западу (к W) и отрицательной. Разность долгот определяют по формуле

(2)   РД=λ2-λ1,

РД изменяется в пределах от 0 до 180°.

Зная РШ и РД и координаты одной точки, можно из формул (1) и (2) получить координаты другой.

Рис. 3. Разность    широт   и   разность долгот