Основы морской навигации и лоция морей

Форма и размеры Земли
По своей форме Земля близка к эллипсоиду, который получается при вращении эллипса вокруг малой оси (рис. 179).
Длина большой полуоси Земли а = 6378245 м, малой в = 6356863 м. а - b =21,4 км. Отношение a—Ь/ а называется сжатием Земли. В судовождении этой величиной можно пренебречь без ущерба точности решений многих навигационных задач и принять Землю за шар. При этом условии расчетный радиус Земли К=637110м.
Основные точки, круги и линии
На рис. 180 воображаемые точки p n и Р s от пересечения оси Земли с ее поверхностью называются полюсами Земли: p n - нордовый полюс (северный); Ps - зюйдовый полюс (южный). Окружность большого круга EABQ, которая получилась от пересечения поверхности Земли плоскостью, перпендикулярной оси вращения pnps и проходящей через его центр О, называется экватором. Плоскость экватора делит земной шар на северное и южное полушария.
Окружности малых кругов, параллельных экватору, называются параллелями (е а в q, е 1 а 1 в 1 q 1). Окружности больших кругов PnaAa 1 Ps и Р nвВв 1Р s, которые получаются от пересечения поверхности Земли плоскостями, проходящими черезось Р nОР s, называются меридианами.
Нулевым (начальным) или Гринвичским меридианом принято считать меридиан, проходящий через астрономическую обсерваторию в Гринвиче (недалеко от Лондона). Плоскость этого меридиана делит земной шар на восточное и западное полушария.

На земной поверхности можно провести сколько угодно параллелей и меридианов. Однако через одну любую точку можно провести только одну параллель и один меридиан (кроме полюсов).
Круговая и румбовая системы деления истинного горизонта
Плоскость истинного горизонта - это горизонтальная плоскость, проходящая через глаз наблюдателя.
В любой точке Земли (кроме полюсов), если встать лицом к севе­ру ( N), то справа всегда будет находиться восток (Е), слева - запад ( W), а за спиной - юг ( S). Направления N, S, E, W (рис. 181) считаются главными румбами, а линии NS и EW делят плоскость истинного горизонта на четыре четверти: NE, SE, SW и NW. В навигации применяется круговая (градусная) система деления горизонта от 0° до 360°. При этом счет ведется от N по часовой стрелке. Главным румбам соответствуют следующие градусные значения: N - 0°(Зб(У), S -180°, Е - 90 s. W - 270°.
В румбовой системе горизонт делится на 32 направления (румба): 4 главных ( N, S, E, W); 4 четвертных ( NE, SE, SW, NW), делящих каждую чет­верть горизонта пополам; 8 промежуточных ( NNE, ENE, ESE, SSE, SSW. WSW, WNW, NNW), которые являются средними направлениями между главными и четвертными; 16 румбов, которые являются промежуточными между уже известными румбами. 1 румб =11° /4.

Географические координаты
Место нахождения любой точки на поверхности Земли определяется ее координатами - широтой и долготой.
Широта Широтой называется угол между плоскостью экватора и радиусом, проведенным из центра Земли в заданную точку на земной поверхности (рис. 182).
 
Широта в навигации обозначается буквой j (фи) и измеряется дугой меридиана от экватора до параллели, на которой находится заданная точка. Широта измеряется от 0° до 90" и имеет наименование: северная ( N) или южная (S) в зависимости от того, в каком полушарии находится точка.
В нашем случае (рис. 182) точка М находится в северном полушарии и измеряется дугой AM.  j= 45°,0 N.
В связи с тем,что судоводитель работает с навигационной картой, на которой параллели изображены прямымилиниями, параллельными экватору (рис. 183),
 найдем на условной карте параллель со значением 45",0 N, проведем ее и увидим, что любая точка на этой параллели будет иметь значение j=45",0 N. Таким образом, зная значение широты <р, определить истинное место нахождения данной точки (судна)на карте нельзя,можно только утверждать, что эта точка находится где-то на параллели с j= 45°,0 N.
Долгота, Долготой называется двугранный угол между плоскостями начального меридиана и меридиана данной точки (рис.4).
Долгота обозначается буквой l (ламбда) и измеряется дугой экватора от гринвичского меридиана до меридиана, на котором находится заданная точка. Долгота измеряется от О°  (на гринвичском меридиане) до 180° и имеет наименование: восточная (Е) и западная (W) в зависимости от того в каком полушарии находится точка.
В нашем случае ( рис. 184 ) точка М находится в восточном полушарии и измеряется È O' A
( Ð OO'A). l =50°, 0 Е .
На рис. 185 точка М изображена на условной карте и находится ва меридиане с долготой 50°,0 Е. Однако на этой долготе можно расположить бесчисленное множество точек. Поэтому для нахождения истинного положения этой точки на карте в рассмотренном случае необходимо провести параллель с широтой
 
 

Разность широт и разность долгот Во время плавания координаты судна изменяются. Величина изменения широты между пунктом отхода и пунктом прихода называется разностью широт (РШ), а величина изменения долготы -разностью долгот (РД) Разность широт и долгот рассчитываются по формулам
РШ = j 2- j 1
РД= l 2- l 1
где: j 1  - широта пункта отхода;
  j 2- широта пункта прихода;
l 1 - долгота пункта отхода;
l 2 - долгота пункта прихода.
При решении задач по определению РШ и РД необходимо знать, что северны-е широты и восточные долготы имеют знак "+", а южные широты и западные долготы - "-". При положительном значении "+" РШ считается к N, РД к Е, а при отрицательном значении "-" РШ считается к S, РД к W.
В пункте отхода точка М (рис. 187) судно имело координаты ( pi = 45",0 N и l 1 = 50",0 Е, а в пункте прихода точка М 1: ( j 2 = 15",0 N и А,2 " 20",0 Е. Таким образом в данном случае: РШ = j 2-- j 1 = 15",0 - 45°,0 » - 30",0 = 30°,0 к S;РД = l 2- l 1=  20°,0 -50",  0 = - 30",0 " 30" к W.

Решая аналогичные задачи можно получить результат РД более 180°, в этом случае необходимо произвести следующие дополнительные расчеты:
 
>если РД >180°  и со знаком "-", то нужно прибавить 360° 
 
> если РД > 180° и со знаком "+", то нужно вычесть 360°.
 

Морские единицы измерения
Морская миля. Основной единицей, принятой для измерения расстояний на море, является морская миля. Она равна длине одной минуты (1') дуги меридиана Земли или 1’ широты.
Величина Г на карте зависит от широты и наименьшее ее значение будет у экватора, а наибольшее -у полюсов.
Длина одной морской мили принята равной 1852,3 м, что соответствует длине 1'
для j = 45°.
Кабельтов. Кабельтов равен 0.1 мили. или 185.2 м.
Морская сажень. Сажень равна одной сотой кабельтова или 1,8 м (6 футов).
Фут. Фут составляет 1/6 часть морской сажени и равен 0.3048 м.
Метр. Метр составляет одну сорокамиллионную часть парижского меридиана и приближенно равен 3,28 фута, или 0,55 морской сажени.
Ярд. Ярд равен 0.9144 м.
Узел. Узел является единицей скорости судна за 1/120 часть часа (0,5 минуты). Теоретическая длина узла составляет 1/120 части мили (15',43). Таким образом, уменьшив единицу времени (час) и единицу длины (миля) в одинаковое (120) количество раз, можно считать: сколько узлов пройдет судно за полминуты, столько миль оно пройдет за час.
Вывод: узел соответствует понятию одной мили в час.
Выражение: "Судно следует со скоростью 15 узлов в час" - неверно, следует говорить правильно: "Судно следует со скоростью 15 миль в час", либо: "Скорость судна 15 узлов".
Дальность видимости
Видимый горизонт. Учитывая, что земная поверхность близка к окружности, наблюдатель видит эту окружность, ограниченную горизонтом. Эта окружность и называется видимым горизонтом. Расстояние от места нахождения наблюдателя до видимого горизонта называется дальностью видимого горизонта.
Предельно ясно, что чем выше над землей (поверхностью воды) будет расположен глаз наблюдателя, тем больше будет и дальность видимого горизонта.
Дальность видимого горизонта на море измеряется в милях и определяется по формуле:
De =2,08 
где: De - дальность видимого горизонта, м;
е - высота глаза наблюдателя, м (метр).
Для получения результата в километрах:
De= 3,85 .
Дальность видимости предметов и огней. Дальность видимости предмета (маяк, другое судно, сооружение, скала и т.д.) на море зависит не только от высоты глаза наблюдателя, но и от высоты наблюдаемого предмета (рис. 188). Следовательно дальность видимости предмета ( Dn) будет суммой Dg и Од.
Dn = De + О h ,
где: D„ - дальность видимости предмета, м;
Dp - дальность видимого горизонта наблюдателем;
О h - дальность видимого горизонта с высоты предмета. Дальность видимости предмета над уровнем воды определяется по формулам:
Dn = 2,08 (+) ., мили;
Dn = 3,85( + ) ,км.        
Пример.Дано: высота глаза судоводителя е = 4 м, высота маяка h = 25 м .
Определить на каком расстоянии судоводитель должен увидеть маяк в ясную погоду. Dn - ?
Решение: Dn = 2,08 (+)
Dn = 2,08 (+)   Dn = 2,08 (2+5)= 14,56 м " 14,6 м.
Ответ: Маяк откроется наблюдателю на расстояние около 14,6 мили.
На практике судоводители дальность видимости предметов определяют либо по номограмме (рис. 189), либо по мореходным таблицам, используя при этом карты, лоции, описания огней и знаков. Следует знать, что в упомянутых пособиях дальность видимости предметов dk (дальность видимости карточная) указана при высоте глаза наблюдателя е = 5 м и, чтобы получить истинную дальность конкретного предмета, необходимо учесть поправку AD для разницы видимости между фактической высотой глаза наблюдателя и карточной e= 5 м. Эта задача решается при помощи мореходных таблиц (МТ).
Определение дальности видимости предмета по номограмме осуществляется следующим образом:
линейка прикладывается к известным значениям высоты глаза наблюдателя е и высоты предмета h;
пересечение линейки со средней шкалой номограммы дает значение искомой величины Dn. На рис. 189 Dn=15м при е = 4,5 м и h = 25,5 м.
При изучении вопроса о дальности видимости огней в ночное время следует помнить, что дальность будет зависеть не только от высоты расположения огня над поверхностью моря, но и от силы источника освещения и от вида осветительного аппарата. Как правило, осветительный аппарат и сила освещения рассчитываются для маяков и других навигационных знаков таким образом, чтобы дальность видимости их огней соответствовала дальности видимости горизонта с высоты огня над уровнем моря.
Судоводитель должен помнить, что дальность видимости предмета зависит от состояния атмосферы, а также топографических (цвет окружающего ландшафта), фотометрических (цвет и яркость предмета на фоне местности) и геометрических (размеры и форма предмета) факторов.

 
Определение направлений в море
Истинные направления. Зная положение истинного меридиана ( NS) любое направление на поверхности земли (моря) можно определить углом между нордовой частью этого меридиана и направлением на предмет. При этом величина этого угла измеряется в градусах по круговой системе, т.е. от 0° до 360°. Направление движения судна определяется положением его диаметральной плоскости (ДП) относительно нордовой части истинного меридиана.
Истинный курс судна
(ИК). Угол между нордовой частью истинного меридиана и диаметральной плоскостью судна называется истинным курсом судна (рис. 190).
Истинный пеленг (ИП). Угол между нордовой частью истинного меридиана и направлением на наблюдаемый предмет называется истинным пеленгом (рис. 190).
На практике судоводителю приходится иметь дело с обратным истинным пеленгом (ОИП). ОИП = ИП ± 180".
 

Курсовой угол. (КУ). Угол между диаметральной плоскостью судна и направлением на наблюдаемый предмет называется курсовым углом (рис. 190).
Курсовой угол отсчитывается от 0° до 180" и имеет наименование: левого борта (л/б) или правого борта (п/б), в зависимости от нахождения предмета относительно ДП. В том случае, когда КУ = 90°, т.е. направление на предмет перпендикулярно ДП, то этот КУ называется траверзом ( ^).
Для расчета истинных направлений используются формулы:
ИП = ИК + КУ
КУ = ИП – ИК
 ИК = ИП - КУ
При этом КУд/5 имеет знак"+", а
КУл/б - знак"-".
В связи с тем, что Земля представляет собой огромный магнит с полюсами Nм и Sм, силы магнетизма располагают стрелку компаса в плоскости магнитного меридиана. Эта стрелка направлена одним концом на северный полюс, а другим на южный. Таким образом, магнитный меридиан, проходящий через ось магнитной стрелки, не совпадает с истинным меридианом и составляет с ним некоторый угол, который называется магнитным склонением (рис. 191).

Магнитное склонение ( d) - угол между нордовыми частями истинного и магнитного меридианов. Если d направлено к востоку, то оно называется остовым (Е) и имеет знак "+", если к западу - вестовым ( W) и имеет знак "-". Магнитное склонение имеет различные значения для разных мест на земной поверхности и, кроме того, это значение носит переменный характер. Конкретные величины d и его годового изменения даны для данного района плавания на навигационной морской карте. Учитывая, что карты издаются периодически, судоводитель должен учесть изменение склонения за годы, прошедшие с года издания карты до настоящего времени. Например, на карте указано, что магнитное склонение ( dp) приведено к 1990г. и в данном районе его значение равно 2",5Е, годовое уменьшение
D d= 0 0,1. Плавание осуществляется в 2000г. Требуется привести склонение к году плавания.
Дано: d 0 = +2",5
D d= 0 0,1
n= 10 лет
            d 2000=?
 Решение : d - do ± n (±Ad),
где d - склонение, приведенное к году плавания;
n - число лет (разность между годом плавания и годом, к которому приведено склонение на карте);
Ad - годовое изменение склонения (имеет знак "+", если увеличение, знак"-", если уменьшение).
Примечание: знак "+" ставится перед n, если d - восточное и "-", если d - западное.
d 2000=2 0,5+10(0 0,1)= +1 0,5    Ответ: d 2000=1 0,5Е.
Зная величину магнитного склонения, легко рассчитать магнитные направления при известных истинных направлениях: МК = ИК - d, МП-ИП-d
Эти формулы алгебраические, поэтому при расчетах нужно учитывать знак склонения.
Кроме земного магнетизма на магнитную стрелку компаса действует судовое железо, которое имеет свойство намагничиваться от Земли. В связи с этим стрелка компаса под воздействием судового железа отклоняется от плоскости магнитного меридиана и направление, в котором располагается ось стрелки на судне, называется компасным меридианом. Отклонение стрелки компаса судне от магнитного меридиана называется девиацией.
 
Девиация (5) - угол между нордовыми частями магнитного и компасного меридианов (рис. 194).
При отклонении nk к востоку от nm девиация имеет знак "+", при отклонении nk к западу от nm девиация имеет знак "-".
Величина девиации зависит от курса судна, а точнее от его положения относительно земных магнитных силовых линий, и является величиной переменной.
Если величина 5 путевого компаса на судне превышает б",0 принимаются меры по ее уничтожению. Уничтожение девиации производится специалистами с помощью магнитов и мягкой стали, помещаемых вблизи от магнитного компаса. Однако уничтожить девиацию полностью невозможно. Поэтому остаточную девиацию определяют на различных курсах и вносят в таблицу. Существует достаточное количество способов определения остаточной девиации, но все они основываются на том, что необходимо установить разность между известными магнитными и взятыми по компасу пеленгами на маяк, створ, знак и т.п..
5 ° МП - КП ° ОМП - ОКП;
6=ИП-КП-с1.
Для определения остаточной девиации возле портов есть специально оборудованные полигоны, имеющие по несколько (веера) створов с известными магнитными пеленгами. Пересекая створы на главных и четвертных румбах (8 курсах), по компасу берутся компасные пеленги (КП). Затем по известной формуле рассчитываются значения 5 на этих курсах.
Если нет веера створов, то девиацию можно определить и по одному створу, магнитное направление которого либо известно, либо рассчитывается по известному магнитному склонению ( d) и истинному направлению (ИП) створа. Принцип определения тот же, что и в предыдущем случае.
Для определения девиации приемлем и такой способ:
Берется отдаленный предмет на расстоянии не менее 300 радиусов циркуляции; судно (катер) на якоре разворачивается и через каждые 45° берется 8 КП; средний КП (^КП:8) принимается за МП; разница между рассчитанным МП и снятыми на 8 курсах КП покажет значение 8 на каждом курсе.
 
При определении девиации судоводителю необходимо помнить, что при изменении курса картушка приходит в меридиан не сразу, поэтому пеленгование после изменения курса следует производить спу­стя 3-5 минут.
Для получения значения девиации в любом районе плавания  можно использовать деревянную или резиновую лодку. Взятые с лодки, изготовленной из немагнитного материала, пеленги на разных курсах будут соответствовать МП, а пеленги на те же предметы с моторной лодки, катера, яхты из этой же точки дадут КП. Применяя уже известную формулу, определяются значения 8, которые оформляются в табличной форме.

тем с помощью линейной интерполяции определяются ее значения для остальных курсов. Нередко таблица составляется для КК через каждые 10", но для маломерных судов достаточно составить более укрупненную таблицу через 15°. При использовании табличных данных для КК, не указанных в таблице, значения 5 рассчитываются с помощью интерполяции. Например, нужно определить значение 5 для КК 25°. Из таблицы для КК 15" 8 = + 0°,5, для КК 30" 8 » + 0°,8, т.е. на 15°(30" -15°) Д8 - + 0°,3 (0°,8 - 0°,5).
Таким образом, на 1" изменения КК в данном случае приходится 0,02" (0°,3 : 15), а на 5" - 0",1, на 10° - 0°,2. Значит, для КК= 25° значение 8 составит 0°,7(0°,5 + 0°,2; 0",8 - 0°,1).
В процессе эксплуатации судна, определение девиации компаса следует производить как можно чаще.
Поправка компаса. Алгебраическая сумма магнитного склонения и девиации называется поправкой компаса. (ДК).
AK- rf+8
Другими словами, поправка магнитного компаса - это угол заключенный между нордовыми частями истинного и компасного меридианов {рис. 195).
Исправление и перевод румбов. Переход от компасных направлений к истинным называется исправ­лением румбов, а переход от истинных к компасным - переводом румбов.
В тех случаях, когда d и 8 известны, решение задач по исправлению и переводу румбов не представляет сложности.
 
 
 
Для решения задач при помощи графического способа рекомендуется использовать рис. 198, а для исправления компасных и перевода истинных направлений следующие схемы: