7-1大洋航行解析课件.ppt
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- 大洋 航行 解析 课件
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1、航线与航行方法航线与航行方法第一章第一章 大洋航行与最佳航线大洋航行与最佳航线大洋航行大洋航行(Ocean navigation)特点:特点:大洋宽广、水较深、障碍物少、航线有较大的选择余地。大洋宽广、水较深、障碍物少、航线有较大的选择余地。不利因素:不利因素:离岸远,航行时间长,气象、海况变化大,灾害性天气离岸远,航行时间长,气象、海况变化大,灾害性天气较难避高,受洋流影响也较大;驾驶员对大洋海区的了较难避高,受洋流影响也较大;驾驶员对大洋海区的了解往往只能依赖航海图书资料的介绍与气象预报,因而解往往只能依赖航海图书资料的介绍与气象预报,因而对多变的大洋海区的熟悉程度是不够的。对多变的大洋海
2、区的熟悉程度是不够的。有利因素:有利因素:大洋航行可选用以下几种航线:大洋航行可选用以下几种航线:1大圆航线大圆航线(great circle route)即基本沿着两点间大圆弧航行的航线。这是两点间地理航即基本沿着两点间大圆弧航行的航线。这是两点间地理航程最短的航线,特别是在高纬度海区航向接近东西、横跨经差较大程最短的航线,特别是在高纬度海区航向接近东西、横跨经差较大时,大圆航程比恒向线航程要短达数百海里。但是,由于大圆弧和时,大圆航程比恒向线航程要短达数百海里。但是,由于大圆弧和所有子午线相交角度不等,如果严格沿大圆弧航行,则必须不断改所有子午线相交角度不等,如果严格沿大圆弧航行,则必须不
3、断改变航向。变航向。2恒向线航线恒向线航线(rhumb line route)即沿两点间恒向线航行的航线。这不是航程最短的航线,即沿两点间恒向线航行的航线。这不是航程最短的航线,而是操纵方便的沿单一航向航行的航线;但在低纬度海区或航向接而是操纵方便的沿单一航向航行的航线;但在低纬度海区或航向接近南北时,它和大圆航线的航程相差甚小。近南北时,它和大圆航线的航程相差甚小。3 3等纬圈航线等纬圈航线(parallel route)(parallel route)即出发点与到达点位于同一纬度时沿等纬圈航行的航线,是恒即出发点与到达点位于同一纬度时沿等纬圈航行的航线,是恒向线航线的特例。向线航线的特例。
4、4 4混合航线混合航线(composite route)(composite route)为了避开高纬度海区恶劣的气象条件或岛礁危险区,要求航线为了避开高纬度海区恶劣的气象条件或岛礁危险区,要求航线不超过某限制纬度不超过某限制纬度(limiting latitude),这种情况下所采用的大圆航,这种情况下所采用的大圆航线和限制纬度上的等纬圈航线相结合的最短距离航线即为混合航线。线和限制纬度上的等纬圈航线相结合的最短距离航线即为混合航线。基本原则:在确保安全的前提下,尽量航行时间最短、最经济。基本原则:在确保安全的前提下,尽量航行时间最短、最经济。大圆航线虽航程短,但如果其一直穿越风、流影响大的
5、海区,大圆航线虽航程短,但如果其一直穿越风、流影响大的海区,则不仅影响船舶安全,而且降低营运效益;恒向线航线虽应用方便,则不仅影响船舶安全,而且降低营运效益;恒向线航线虽应用方便,如果不视情况选用,也势必造成航行时间的延长。因此,应认真对如果不视情况选用,也势必造成航行时间的延长。因此,应认真对各种条件和因素进行分析,得出适合当时环境的最佳航线各种条件和因素进行分析,得出适合当时环境的最佳航线第一节第一节 大圆航线与混合航线大圆航线与混合航线一、大圆航线一、大圆航线 大圆航线是跨洋航行时所采用的地理大圆航线是跨洋航行时所采用的地理航程最短航程最短的航线。若将地的航线。若将地球当作圆球体时,地面
6、上两点间的距离,以连接两点的小于球当作圆球体时,地面上两点间的距离,以连接两点的小于180的大圆弧弧长为最短。但由于大圆弧与各子午线的交角,除赤道与的大圆弧弧长为最短。但由于大圆弧与各子午线的交角,除赤道与子午线外,都不相等,因此,所谓沿大圆航线航行,实际上并不是子午线外,都不相等,因此,所谓沿大圆航线航行,实际上并不是船舶不断改变航向、严格沿着大圆弧航迹航行,而是将大圆弧分成船舶不断改变航向、严格沿着大圆弧航迹航行,而是将大圆弧分成若干小段,每一段仍然是沿恒向线航线航行。这样,就整个航线来若干小段,每一段仍然是沿恒向线航线航行。这样,就整个航线来说,只是基本上接近大圆弧航线。说,只是基本上接
7、近大圆弧航线。大圆航线可以取大圆弧内接分段恒向线,如图大圆航线可以取大圆弧内接分段恒向线,如图(a)所示的所示的AB,BC,CD;也可以取大圆弧外切分段恒向线,如图也可以取大圆弧外切分段恒向线,如图(b)所示的所示的AA1,A1A2,A2A3。综上所述,大圆航线设计主要是解决两个问题:综上所述,大圆航线设计主要是解决两个问题:第一第一,求分点求分点(intermediate point of great circle),即将整个大圆航线划即将整个大圆航线划分若干段。划分分点的原则分若干段。划分分点的原则,一般是取分点经度为整度的、一昼夜左一般是取分点经度为整度的、一昼夜左右航程的距离右航程的距
8、离(510 经差经差)为一段来划分。这样,既可一昼夜为一段来划分。这样,既可一昼夜改变一次航向改变一次航向,又基本上保持在大圆弧上航行,使用比较方便。又基本上保持在大圆弧上航行,使用比较方便。第二,求各分点间的恒向线航向与航程。第二,求各分点间的恒向线航向与航程。求算大圆航线的几种具体方法:求算大圆航线的几种具体方法:1大圆海图法大圆海图法 大圆海图大圆海图(gnomonic chart)是根据日晷投影原理绘制,具有所是根据日晷投影原理绘制,具有所有大圆弧在图上均绘成直线的特点,如下图所示为北大西洋大圆海有大圆弧在图上均绘成直线的特点,如下图所示为北大西洋大圆海图的一部分,在图上,从诺福克到法
9、国的布勒斯特的大圆航线即为图的一部分,在图上,从诺福克到法国的布勒斯特的大圆航线即为直线,而恒向线为曲线。直线,而恒向线为曲线。利用大圆海图求算大圆航线,是利用大圆海图上大圆为直线这利用大圆海图求算大圆航线,是利用大圆海图上大圆为直线这一特点实现的,具体方法如下:一特点实现的,具体方法如下:(1)根据航行海区查根据航行海区查航海图书总目录航海图书总目录抽选相应的大圆海图。抽选相应的大圆海图。(2)根据以下原则选择大圆航线的起始点和到达点:起始点最好选择根据以下原则选择大圆航线的起始点和到达点:起始点最好选择在能够利用灯塔、陆标和雷达测得准确船位的地点;到达点附近最在能够利用灯塔、陆标和雷达测得
10、准确船位的地点;到达点附近最好不存在暗礁和其他障碍物等,并有从远处可看见的显著物标和有好不存在暗礁和其他障碍物等,并有从远处可看见的显著物标和有利于雷达观测的物标。利于雷达观测的物标。(3)将起始点和到达点按其坐标标在大圆海图上,用直线连接两点,将起始点和到达点按其坐标标在大圆海图上,用直线连接两点,即为大圆航线。即为大圆航线。(4)在大圆航线上确定各分点:通常取整度经线与该线的交点为一分在大圆航线上确定各分点:通常取整度经线与该线的交点为一分点,然后量出各分点的经、纬度。点,然后量出各分点的经、纬度。(5)将各分点按其经、纬度移画到航用海图上去,并用直线连接相邻将各分点按其经、纬度移画到航用
11、海图上去,并用直线连接相邻分点,便得折线状大圆航线,每段折线即为分点间恒向线航线。分点,便得折线状大圆航线,每段折线即为分点间恒向线航线。(6)量出各段恒向线的航向和航程,并列表备航。量出各段恒向线的航向和航程,并列表备航。2大圆改正量法大圆改正量法 当两点间距离不太远时在航用海图上两点间的大圆方位和恒向当两点间距离不太远时在航用海图上两点间的大圆方位和恒向线方位相差一个大圆改正量值。线方位相差一个大圆改正量值。大圆改正量大圆改正量可按下列公式计算:可按下列公式计算:1()sin22ABBA 实际工作中,可在航用海图上用恒向线接起始点、到达点,量实际工作中,可在航用海图上用恒向线接起始点、到达
12、点,量出其恒向线航线出其恒向线航线RLC,利用上式算出或从航海表中的,利用上式算出或从航海表中的“大圆改正量大圆改正量表表”查得查得,于是,于是1RLCRLC 如图所示,如图所示,RLC1为为沿大圆弧切线航行时沿大圆弧切线航行时A点的大圆始航向,即第点的大圆始航向,即第一段恒向线航向。航行一段恒向线航向。航行约一昼夜之后,根据当约一昼夜之后,根据当 时的准确观测船位,用大圆改正量法求出下时的准确观测船位,用大圆改正量法求出下一段的大圆切线航向,即得第二段恒向线航向。以此类推,直至到一段的大圆切线航向,即得第二段恒向线航向。以此类推,直至到达点,亦可结合推算,在开航前作出整个折线状大圆航线。大圆
13、改达点,亦可结合推算,在开航前作出整个折线状大圆航线。大圆改正量公式在出发点与到达点之间距离较远时会出现较大误差,所以正量公式在出发点与到达点之间距离较远时会出现较大误差,所以这种方法只适用于距离较近的大圆航行。这种方法只适用于距离较近的大圆航行。3公式计算法公式计算法 解算大圆航线的公式即球面三解算大圆航线的公式即球面三角公式,这类公式较多。可以利用角公式,这类公式较多。可以利用计算机求解,亦可利用诸多导航仪计算机求解,亦可利用诸多导航仪和组合导航系统的辅助航线计算功和组合导航系统的辅助航线计算功能求解,尽管所利用的数学模型不能求解,尽管所利用的数学模型不尽相同,结果基本都一样。尽相同,结果
14、基本都一样。(1)求大圆航向和航程公式求大圆航向和航程公式1212cossinsincoscoscosSD121sincossincosIDtgCtgD211sinsincoscoscossinISCS式中:式中:CI大圆始航向大圆始航向(initial great circle course);S大圆航程大圆航程(great circle distance)。由于经、纬度均有名称和符号,在利用以上公式求取航向和航由于经、纬度均有名称和符号,在利用以上公式求取航向和航程时,可适用以下规律:程时,可适用以下规律:起始点纬度,无论南或北,一律取正值;到达点纬度,与起始点起始点纬度,无论南或北,一律
15、取正值;到达点纬度,与起始点纬度同名时取正值,与起始点纬度异名时取负值。纬度同名时取正值,与起始点纬度异名时取负值。经差无论东或西,一律取正值。经差无论东或西,一律取正值。若按上述取值解算的若按上述取值解算的cosS为正值,则航程为正值,则航程S为小于为小于5 400 n mile (90)的值;若的值;若cosS为值,则航程为值,则航程S为大于为大于5 400 nmile(90)值。值。按上述取值求取始航向时,求得的航向为用半圆周法表示的值按上述取值求取始航向时,求得的航向为用半圆周法表示的值 (0180),其命名的第一个字母与起始点纬度同名,第二个,其命名的第一个字母与起始点纬度同名,第二
16、个字母与经差同名。如果求得的函数值为负,则航向取大于字母与经差同名。如果求得的函数值为负,则航向取大于90,小,小于于180的值的值(即如果即如果cosCI为负值,直接求反三角函数即可;如果为负值,直接求反三角函数即可;如果tgCI为负值,则求出的为负值,则求出的CI为负值,应加上为负值,应加上180换算为大于换算为大于90,小,小于于180的值的值)。最后,将用半圆周法表示的航向换算为用圆周法表示。最后,将用半圆周法表示的航向换算为用圆周法表示即可。即可。若需求取终航向若需求取终航向(final course)CF,可按从到达点向起航点航行,可按从到达点向起航点航行的情况,利用公式求出的情况
17、,利用公式求出C F,然后,将,然后,将C F加或减加或减180即可。即可。例例:某船拟由:某船拟由3202.0S,11510.0E到到0639.0N,7930.0E,求大圆始航向和大圆航程。,求大圆始航向和大圆航程。解:解:D=7930.0E-11510.0E=3540WcosS=sin(3202)sin(-639)+cos(3202)cos(-639)cos(3540)=0.530 413(-0.115 804)+0.847 740.993 2720.812 423 =0.622 665S=arccos(0622 665)=51.488 99=3 0893 nmilesin(35 40)c
18、os(32 02)(6 39)sin(32 02)cos(35 40)ItgCtg 0.5830690.847740(0.116588)0.530413 0.812423 1.100637(1.100637)47.7428132.2572312.3ICarctgSW 或或211sinsincosarccos()cossinISCS0.1155040.330269arccos()132.257312.30.663347SW(2)求大圆航线顶点坐标和分点坐标公式求大圆航线顶点坐标和分点坐标公式 大圆航线顶点大圆航线顶点(vertex)是大圆航线上纬度达到的最高点,在该是大圆航线上纬度达到的最高点,
19、在该点,大圆弧与子午线相交成直角,大圆航向为点,大圆弧与子午线相交成直角,大圆航向为090或或270。顶点。顶点坐标可按以下公式求取:坐标可按以下公式求取:111coscossinsinIICctgDtgCD式中:式中:Dv起始点至大圆航线顶点的经差;起始点至大圆航线顶点的经差;v大圆航线顶点的纬度;大圆航线顶点的纬度;v大圆航线顶点的经度。大圆航线顶点的经度。大圆航线各分点的坐标公式为:大圆航线各分点的坐标公式为:cos()iitgtg 在根据前面的原则确定分点经度后,可利用该式求出分点纬度。在根据前面的原则确定分点经度后,可利用该式求出分点纬度。在各分点求出后,便可利用航迹计算求出各分点间
20、的恒向线航向和在各分点求出后,便可利用航迹计算求出各分点间的恒向线航向和航程了。航程了。在航海实际中,可主要利用计算机编程或用导航仪和组合导航在航海实际中,可主要利用计算机编程或用导航仪和组合导航系统的辅助计算功能解算大圆航线问题。系统的辅助计算功能解算大圆航线问题。二、混合航线二、混合航线 大圆航线经过的海区纬度比较高,高纬度海区水文气象条件都大圆航线经过的海区纬度比较高,高纬度海区水文气象条件都比较恶劣,而且有些区域还有较复杂的岛礁等危险物,如北太平洋比较恶劣,而且有些区域还有较复杂的岛礁等危险物,如北太平洋除有阿留申群岛阻隔外,冬季多风暴、夏季多雾;北大西洋多冰山。除有阿留申群岛阻隔外,
21、冬季多风暴、夏季多雾;北大西洋多冰山。因此,根据不同季节要求航线不超越某一纬度,把这一纬度称之为因此,根据不同季节要求航线不超越某一纬度,把这一纬度称之为限制纬度。限制纬度。在这种情况下,航线便分为了三段,如下图所示。在这种情况下,航线便分为了三段,如下图所示。第一段:由起航点第一段:由起航点A到与限制纬度到与限制纬度圈相切的点圈相切的点M的大圆航线;的大圆航线;第二段:由到达点第二段:由到达点B到与限制纬度圈到与限制纬度圈相切的点相切的点N的大圆航线;的大圆航线;第三段:在限制纬度圈上由第三段:在限制纬度圈上由M点到点到N点沿等纬圈的恒向线航线。点沿等纬圈的恒向线航线。即由大圆航线和等纬圈航
22、线相即由大圆航线和等纬圈航线相结合的混合航线。结合的混合航线。可采用以下方法求算混合航线。可采用以下方法求算混合航线。1大圆海图法大圆海图法 利用大圆海图求算混合航线的步骤如下:利用大圆海图求算混合航线的步骤如下:(1)查阅、分析航海图书资料,确定限制纬度。查阅、分析航海图书资料,确定限制纬度。(2)在大圆海图上分别由起始点和到达点作限制纬度圈在大圆海图上分别由起始点和到达点作限制纬度圈(等纬圈等纬圈)的切的切线。从起始点到等纬圈的第一个切点为第一段大圆航线;从等纬圈线。从起始点到等纬圈的第一个切点为第一段大圆航线;从等纬圈的第二个切点至到达点为第二段大圆航线;两切点之间为等纬圈航的第二个切点
23、至到达点为第二段大圆航线;两切点之间为等纬圈航线。线。(3)利用大圆航线的求算方法求出两段大圆航线的分点坐标和各分点利用大圆航线的求算方法求出两段大圆航线的分点坐标和各分点间的恒向线航向和航程;等纬圈航线的航向为间的恒向线航向和航程;等纬圈航线的航向为090或或270,航程,航程可从航用海图上直接量出。可从航用海图上直接量出。(4)将各段恒向线的航向和航程列表备航。将各段恒向线的航向和航程列表备航。2公式计算法公式计算法 在研究和分析航海在研究和分析航海资料的基础上确定限制资料的基础上确定限制纬度后,可利用以下公纬度后,可利用以下公式求算混合航线,如图式求算混合航线,如图所示。所示。第一段航线
24、:第一段航线:11cosLtgDtg1cossincosLIC11sincossinLS式中:式中:1起始点纬度;起始点纬度;L限制纬度。限制纬度。CI 大圆始航向;大圆始航向;S1第一段大圆航线的航程。第一段大圆航线的航程。第二段航线:第二段航线:C=090或或270S2=D2cos2式中:式中:C限制纬度圈恒向线航向;限制纬度圈恒向线航向;D2限制纬度圈上两切点间的经差;限制纬度圈上两切点间的经差;S2限制纬度圈上的恒向线航程。限制纬度圈上的恒向线航程。第三段航线:第三段航线:23cosLtgDtg23sincossinLS2cossincosLFC 180FFCC式中:式中:2到达点纬度
25、;到达点纬度;S3限制纬度圈上第二个切点至到达点的大圆航程;限制纬度圈上第二个切点至到达点的大圆航程;CF大圆终航向。大圆终航向。在进行解算时,应首先求出总经差以判定各段经差的名称,然在进行解算时,应首先求出总经差以判定各段经差的名称,然后再依照前面大圆航线求算中的判断规律,确定各相关符号和名称,后再依照前面大圆航线求算中的判断规律,确定各相关符号和名称,其中其中CF可视作从到达点向第二切点航行的情况求出。可视作从到达点向第二切点航行的情况求出。例:某船拟由例:某船拟由3540S,11806E航行至航行至2215S,4130W,并取并取60S为限制纬度,试求混合航线的航程、始航向和终航向。为限
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