第二节船舶定位方法.docx

1、第二节船舶定位方法第二节 船舶定位方法一、航迹推算(一)概述1.航海上确定船位的方法1)航迹推算航迹推算是航行中求取船位的最基本方法。它是根据船舶最基本的航海仪器(罗经和计程仪)指示的航向和航程，以及风流资料，在不借助于外界导航物标的条件下，从已知推算起点开始，推算出具有一定精度的航迹和船位。2)定位定位是利用航海仪器，观测外界已确知其位置的物标，然后根据测量结果，求出观测时刻的船位。2.航迹推算的种类1)航迹绘算法即海图作业法，是根据船舶航行时的真航向、航程和风流要素，在海图上绘画出推算航迹和推算船位；或者根据计划航线，预配风流压差，作图求出应驶的真航向和推算船位。2)航迹计算法航迹计算法是

2、根据推算起点的经纬度、航向和航程，利用查表或利用数学计算公式，求到达点推算船位经纬度的方法。3.航迹推算的作用1)可随时确定船位；2)可预先推算出到达点的时间；3)估计船舶航行前方是否存在航行危险；4)推算船位是天文定位和无线电定位的基础。4.航迹推算的起、迄时间1)起点：应在驶离引航水域或港界，定速航行后立即开始。推算起点必须是准确的船位。2)迄点抵达目的港领航水域或接近港界有物标或航标可供目测校验船位和导航时。3)中断推算开始后不得无故中断。但是，如果航经渔区或狭水道，由于转向频繁，可以暂时中止推算，但应将中断的起、迄点船位记入航海日志。5.航迹推算中常用的名词术语1)计划航迹线简称计划航

3、线，是根据安全、经济的原则在海图上拟定的航线，即船舶航行时计划要走的航线。2)计划航迹向CA简称计划航向，是计划航迹前进的方向，由真北按顺时针方向计量到计划航迹线的角度。3)推算航迹线通过航迹推算，预配风流压差后得到的航迹线，一般应与计划航线一致。4)航迹线即实际航迹线，是船舶航行时所留下的航迹。5)航迹向即实际航迹向，是由真北瞬时方向计量到航迹线的角度。(二)航迹绘算1.无风流情况下的航迹绘算1)推算原则计划航向=真航向，即CG=TC推算航程=计程仪航程，即SG=SL(L2-L1)(1+L)2)作图方法由推算起点画出计划航线，在其上截取计程仪航程SL得一点，即为积算船位，用DR表示。3)标注

4、方法积算船位用垂直于航线的短线表示。在积算船位附近，用分数形式标明船位的时间和计程仪读数。分子用四位数字表示时间的小时和分钟；分母是计程仪读数，中间横线与纬线大致平行。计划航线上应标注计划航向CA、陀罗航向GC或罗航向CC，陀罗差G或罗经差C。2.有风无流的航迹绘算1)风舷角风向与船舶首尾线之间的夹角。航海上，风舷角小于10的风称为顶风；风舷角小于170的风称为顺风；风舷角在80100之间的风称为横风；风舷角在1080之间的风称为偏逆风；风舷角在100170之间的风称为偏顺风。2)视风下船舶的运动船舶除了按航向、航速向前航行外，还向下风漂移，且漂移方向不一定与风向平行，漂移速度也不等于风速，其

5、原因是水阻力和船体外形结构较复杂。3)风压差真航向与风中航迹向之间的夹角，称为风压差角，简称风压差，用表示。可根据实测或经验估计求得。4)推算原则推算航程SG=计程仪航程SL5)作图方法(1)从推算起点画一小段真航向线；(2)顺着风向加风压差得风中航迹线，在其上截取计程仪航程。(3)正确标注。3.有流无风的航迹推算1)水流影响下船舶的运动船舶除了沿真航向，以计程仪航速运动之外，还同时沿着流向，以流速作漂移运动。在这两种运动的共同作用下，船舶沿着和运动的方向，即沿着流中航迹向CG航行。2)流压差计划航向或流中航速向与真航向之间的夹角称为流压差角，简称流压差，用表示。3)作图方法(1)已知真航向，

6、计程仪航速，流向，流速，求推算航迹向和推算航程。具体作图方法：从推算起点画出真航向线，并在其上截取计程仪航程，得积算点；从积算点画水流矢量三角形，并截取流程，得推算终点；连接推算起点与推算终点的矢量，即为推算航迹向和推算航程。正确标注。(2)已知计划航向，计程仪航速，流向，流速，求真航向和推算航程。具体作图方法：从推算起点画出计划航线；从推算起点画出流向，并截取流程；以水流矢量的终点为圆心，以计程仪航程为半径画圆弧，与计划航线的交点即为推算船位；从推算起点作水流矢量终点与推算船位连线的平行线，即为真航向线；在计划航线上，推算起点与推算船位之间的长度即为推算航程。正确标注。4.有风有流的航迹绘算

7、1)风流合压差风流中航迹向CG与真航向之间的夹角称为风流合压差，用表示。2)作图方法风流中航迹推算的作图方法分两种情况。(1)已知真航向、计程仪航速、流向、流速、风向和风压差，求推算航迹向和推算航程。基本方法：“先风后流”，即先加风压差，求得风中航迹向后，再加流压差的影响，即在风中航迹线上作水流矢量三角形，从而求得推算航迹向。具体作图方法：从推算起点画出真航向线；从推算起点根据风中航迹向CG=TC画出风中航迹线，并在其上截取计程仪得截点；过截点作水流矢量得推算船位；连接推算起点和推算船位，此连线即为推算航迹线，其长度为推算航程；风中航迹向与推算航迹向之间的夹角为流压差。正确标注。(2)已知计划

8、航向、计程仪航速、流向、流速、风向和风压差，求真航向和推算航程。基本方法：“先流后风”，即先作水流矢量三角形预配流压差，再顶风预配风压差，从而求出应驶的真航向。具体作图方法：从推算起点画出计划航线；从推算起点画出水流矢量；以水流矢量终点为圆心，以计程仪航程为半径画圆弧交计划航线得截点，此截点即为推算船位。从推算起点画水流矢量终点与截点的连线的平行线，即为风中航迹线。以风中航迹线为基准顶风预配风压差得到真航向。推算起点与推算船位之间的长度即为推算航程。正确标注。(三)航迹计算1.应用时机1)航迹绘算存在作图误差；2)船舶改向变速频繁，无法进行航迹绘算；3)航用海图不敷应用，起航点与到达点不在同一

9、张海图；4)航迹计算是发展船舶驾驶自动化的理论基础。2.计算公式D=ScosCDep=SsinCD=DepsecmD=DMPtgC式中：D纬差；D经差；S航程；C航向；m平均纬度，；Dep东西距，是恒向线航程的东西分量；DMP纬度渐长率差。二、陆标定位(一)概述陆标定位是观测视界内在海图上有准确位置的陆标与船舶的某种相互位置关系，然后，根据所观测的已知物标的位置和对物标的观测结果，求得船舶在观测时刻的船位的方法和过程。(二)陆标的识别航海上常用的识别方法有以下几种：1.利用对景图识别从外海接近海岸时，对于初见的重要山头或岛屿，常常在航用海图上或航路指南中附有它们的照片或有立体感的对景图(如图所

10、示)，并注明该图是在某一方位、距离上观看它们时的形状。.利用等高线识别在大比例尺(大于1:150 000)海图上，山形通常是用等高线描述出来的。等高线愈密，表示山形愈陡峭；等高线愈疏，表示山形愈平坦。航海人员应掌握在不同方向上，根据等高线判断山形的方法。将平面等高线转化为立体山形的方法如图所示。.利用实测船位识别在陆标较多的情况下，可以首先利用易于识别的二、三个孤立的、显著的物标，如孤岛、灯塔等测定船位，并在测定船位的同时，观测待识别的物标的方位。然后，在海图上先根据已识别的物标定出船位，再从所定的船位画出测得的待识别物标的方位线，如此反复进行多次，则所得到的多条方位线(TB1、TB2、TB3

11、 )将基本上交汇于海图上的某一物标，该物标即为所测的待识别的物标，如图所示。(三)方位定位1.定义利用罗经同时观测两个或两个以上陆标的方位来确定船位的方法和过程统称为方位定位，也称为方位交叉定位。同时观测两个或两个以上陆标的方位，可以获得同一时刻的两条或两条以上的方位位置线，其交点即为观测时刻的观测船位，在交点上画一小圆圈作为陆标定位的船位符号。在航海实践中，通常采用两方位和三方位定位。2.两方位定位1)定位步骤(1)正确地识别和选择定位物标。(2)测利用磁罗经或陀螺罗经复示器观测物标的方位分别为CB1，CB2或GB1，GB2；(3)算修正罗经差C或G求得真方位TB，即：TB1=CB1+C=G

12、B1+GTB2=CB2+C=GB2+G(4)画在海图上分别从物标A、B画出其真方位的逆方位线TB1180，TB2180， 即恒向线方位线AP0和BP0，其交点P0就是观测物标A、B方位时刻的观测船位(最概率船位)。2)提高定位精度的方法(1)物标的选择选择海图上位置准确的、孤立的、显著的、离船近的物标；选择方位位置线交角适当的物标。两方位定位时，最好选择位置线夹角为6090的两个物标，一般应满足30150。(2)观测顺序先观测方位变化慢的，即船舶首尾线方向附近的物标；后观测方位变化快的，即船舶正横方向附近的物标。这样可减少因观测顺序不同而产生的船位误差。在夜间或能见度不良时，应先观测闪光周期长

13、的灯标，后观测闪光周期短的灯标；先观测弱光灯标，后观测强光灯标；先观测闪光灯标，后观测定光灯标。总之，应本着“先难后易”的原则，尽量缩短各次观测之间的时间间隔。2.三方位定位1)船位误差三角形三方位定位时，三条“同时”观测所得到的方位位置线在大比例尺海图上往往不能相交于一点，而是形成一个三角形，称为船位误差三角形。2)船位误差三角形形成的原因(1)不可能做到同时观测三个物标的方位。(2)观测方位时存在观测误差。(3)海图作业时存在作图误差。(4)罗经差存在误差。(5)海图勘绘中物标位置不准而引起的误差等。3)船位误差三角形的处理(1)小误差三角形的处理在大比例尺(1:200 000)海图上，如

14、果船位误差三角形的长边小于 5 mm，则可以认为该船位误差三角形主要是由随机误差引起的，应根据船位误差三角形的形状来求得最概率船位。处理的原则为“大角小边”，具体的做法为： 如果船位误差三角形近似等边三角形，则取三角形中心作为最概率船位，如图1-2-2(a)所示。如果船位误差三角形近似直角三角形，则取三角形内靠近直角顶的一点作为最概率船位，如图1-2-2(b)所示。(a) (b) (c) (d)如果船位误差三角形近似等腰三角形，则取三角形内靠近底边中心的一点作为最概率船位，如图1-2-2(c)所示。如果船位误差三角形近似狭长的等腰三角形，则取三角形短边中心作为最概率船位，如图1-2-2(d)所

15、示。如果船位误差三角形附近有危险物，则应将船位定在该三角形前进方向上最靠近危险物的一点，如图所示。(2)大误差三角形的处理 重新观测剔除粗差当三方位定位出现较大的船位误差三角形时，应首先检查该误差三角形是否是由于粗心大意而错识物标、看错观测读数等引起的粗差造成的。采取重新核对物标、认真观测以及仔细读取方位读数等便于发现并剔除粗差。在重新认真观测原物标并定位时，如果出现与原误差三角形相似的误差三角形，且确定不存在粗差，则认为误差三角形是由系统误差(罗经差误差)引起的，可采用差值法或改变罗经差法来消除此系统误差的影响。差值法根据两物标观测值之差等于其真值之差的原理，可以消除三方位定位大误差三角形中

16、的系统误差。设观测三物标的陀螺方位依次为GB1、GB2、GB3，则可求得相邻两物标间的水平夹角(方位差角)，也就是消除了系统误差后的真方位之差，即：CB1CB2CB3CB2然后，用三杆定位仪、透明纸或几何作图法按所求的、标绘出消除系统误差后的观测船位。改变罗经差法根据等方位差角位于两物标的外接圆圆弧上的原理可知，消除系统误差后的船位应位于由三标中每两个物标所形成的三个外接圆圆弧的交点处。如图1-2-4所示，若观测方位中系统误差为1，则得到误差三角形abc；若系统误差为2，则得到误差三角形a1b1c1。图中圆弧aa1、bb1、cc1的交点即为消除系统误差1和2的观测船位。由于误差三角形abc 和

17、a1b1c1均位于实际船位附近，因此，可将圆弧aa1、bb1、cc1作为直线处理。在航海实际中，可在每个观测方位上同时加上或减去相同的度数(一般为)，即改变罗经差，重新定位，则得到一个新的船位误差三角形， 用直线连接新误差三角形与原误差三角形的对应顶点并延长，其交点即为观测船位。(四)方位移线定位1.使用时机视界内仅有一个物标可供观测，且在同一时刻只能测得该物标的一条位置线而无法确定船位。2.转移方位位置线1)位置线的性质(1)时间性只有在观测时刻，船舶才位于位置线上的某一点。(2)绝对性不符合观测值的点不在位置线上。2)转移方位位置线位置线可以根据推算航迹向和推算航程，从一个时刻转移到另一个

18、时刻上去。这种转移后的位置线，叫做转移位置线。在海图上，通常是在转移位置线的两端加上双箭头予以表示。3)移线方法在位置线上任取一点作为推算的起始点，然后通过该点作推算航迹线的平行线，并在其上截取推算航程，得截点。再通过截点作原位置线的平行线，即得转移位置线。在航海实践中，往往不必实际做出推算航迹线的平行线，而是直接在推算航迹线上进行位置线的转移。如图所示，某轮在航行中于0800观测灯塔M的方位，在海图上，由灯塔M画出0800测得的方位位置线MP，MP与推算航迹线交于C点。A点和B点分别为该轮在0800和0900的推算船位。在推算航迹线上从C点量取推算航程(即AB的长度)得D点，过D点作MP的平

19、行线，即得MP的转移位置线P。如果在位置线转移时间内，船舶进行了改向，则必须根据航迹推算的直航向和直航程来进行位置线的转移。如图所示，某轮在航行中于0800测得物标M的方位得到方位位置线P1，点A和点B分别为0800和0900的推算船位，在0800至0900期内，该轮进行了多次转向，图中的折线为推算航迹线，用直线连接A点和B点，交P1于点C，则AB的方向即为该轮在0800至0900期间的直航向，AB的长度即为该轮在0800至0900期间的直航程。在直航向线AB上，从C点截取直航程(即AB的长度)得截点D，过D点作P1的平行线，即得转移船位线P1。3.定位方法1)定义在不同时刻对同一物标进行观测

20、而获得两条位置线。然后，应用转移位置线原理，将前一时刻观测得到的位置线转移到后一时刻，从而获得船位。这种定位的方法和过程称为移线定位，又称为异时观测定位。2)单物标方位移线定位船舶在航行中于不同时刻分别测得海图上位置确定的某一物标M的两个方位，可以得到同一物标在不同时刻的两条方位位置线。根据直线位置线的转移方法，将前一时刻测得的第一条方位位置线转移到后一时刻测得的第二条方位位置线的观测时刻上去，就得到了第一条方位位置线的转移位置线。这样，转移位置线与第二条方位位置线的交点即为观测第二条方位位置线时刻的方位移线船位。如图3-2-1所示，某轮在0800测得物标M的方位，求得第一条方位位置线P1，P

21、1与推算航迹线的交点为C。在0900又测得物标M的方位求得第二条方位位置线P2。图中A点和B点分别为0800和0900的推算船位。在推算航迹线上从C点量取0800至0900的推算航程(即AB 的长度)得截点D过D 点作P1的平行线，得到P1的转移位置线P1。P1与P2的交点即为0900的方位移线船位。3)特殊方位移线定位 (1)定义特殊方位移线定位是将单物标方位移线定位转化为单物标方位距离定位，以简化位置线转移时海图作业的一种特殊的定位方法。(2)使用时机在无风流或风流不大可以被忽略的情况下，船舶定向、定速航行时采用。(3)基本原理如图所示，船舶在航行中于不同时刻测得同一物标M的舷角分别为Q1

22、和Q2，若两次观测之间的航程为SL，则在第二次观测方位时船到物标的距离D和物标正横距离D 可分别由下式得到：因此，第二次观测方位时的船位可以由单物标方位移线定位简化为单物标方位、距离定位求得。即在海图上，由物标画出第二次观测时得到的方位位置线，并在其上量取距离SL，所得截点即为观测船位。(4)航海上常用的特殊方位移线定位的方法倍角法当Q2=2Q1，即第二观测时物标的舷角Q2等于第一次观测时物标的舷角Q1的二倍时，则：D = SL；D SLsinQ2 即第二次观测物标方位时船到物标的距离D等于两次观测之间的计程仪航程SL；物标正横距离D等于两次观测之间的计程仪航程SL与第二次观测时物标的舷角Q2

23、的正弦之积。因此，第二次观测物标方位时的船位，可以在第二次观测所得到的方位位置线上，从物标量取距离SL得到；物标正横时的船位，可以在物标的正横方位线上，从物标量取正横距离D=SLsin Q2得到，如图3-2-3所示。 图3-2-2 图3-2-3 图3-2-4四点方位法四点方位法是倍角法的特例。当Q1=45(四个罗经点)，Q2=90，即第一次观测时物标的舷角Q1=45，第二次观测时正好是物标正横，即物标的舷角为90时，则：D D SL即第二观测物标方位时船到物标的距离D和物标的正横距离D都等于两次观测物标方位之间的计程仪航程SL。此时，移线船位就是物标的正横船位，可以在物标的正横方位线上，从物标

24、量取正横距离D=SL得到，如图3-2-4所示。在航海实践中，可以不必用罗经来观测物标的方位。测者在驾驶台内某固定位置A点，预先选定本船舷墙上某固定设备B(如铃圈，羊角或稳索等)，使AB的连线与船首向相交成45角。航行中，当测者在A点观察到物标L与所选的固定设备B位于同一条直线上，即物标的舷角等于45时，记下时间和记程仪读数；等到物标正横时再记下时间和记程仪读数，则物标的正横距离等于两次观测之间的计程仪航程。此时，根据物标的正横距离即可确定物标正横时的船位。经常使用这种方法，可以提高驾驶员对物标正横距离的判断能力。特殊角法当Q1=26.5，Q2=45，即第一次观测时物标的舷角Q1=26.5，第二

25、次观测时物标的舷角Q245时，则，所以物标的正横距离D等于两次观测物标方位之间的计程仪航程SL，而第二次观测物标方位时船到物标正横之间的航程也等于物标的正横距离D，即等于SL，如图所示。因此，使用特殊角法可以在物标正横之前预知物标的正横距离，以判断船舶是否偏离计划航线；同时，也可以有再次测定物标正横距离的机会，以达到相互检查和验证的目的。三、无线电航海仪器定位(一)无线电测向定位无线电测向定位是最早被海船用来导航和定位的一种方法。它是用船上的无线电测向仪测定岸上位置已知的无线电信标的方位，从而得到方位位置线，进行方位定位。无线电测向具有特殊的性能：可以测定任何无线电发射台的方位；测向仪结构简单

26、，使用方便，通用性强；万一船舶遇险，只要其发射机能保持正常发射，其他船舶便可利用测向仪测得遇险船的方位并迅速前去营救。由于无线电测向仪具有独特的性能，在GMDSS系统实施以前，“国际海上人命安全公约”(SOLAS)规定：1600总吨以上的船舶必须装备无线电测向仪。船用无线电测向仪一般采用中频波段的地波信号，其工作频率为100750 KHz，其有效作用距离一般在100 n mile左右。(二)罗兰定位罗兰(Loran)是远程导航(Long Range Navigation)的缩写，包括罗兰A和罗兰C。罗兰定位是利用双曲线原理，即距球面上两定点之间的距离为定值的点的轨迹是以该两点为焦点的球面双曲线

27、。只要能够测定船舶与两个固定台之间的距离差，就能求得双曲线位置线。罗兰系统是发射脉冲测时差系统，即将船舶与发射台之间的距离差转化为时间差。1.罗兰A罗兰A导航系统于1943年开始在航海上使用。1968年我国沿海部分地区设置了罗兰A发射台，经过几年时间，罗兰A发射台覆盖整个中国沿海。罗兰A发射中频波段的无线电波，工作频率为17501950 KHz，其作用距离：地波的作用距离：白天约为700 n mile，夜间约为450 n mile；天波的作用距离：白天几乎收不到，夜间约为1 400 n mile。罗兰A发射台通常是以两个台为一对的方式设置的。其中一个称为主台(Master)，另一个称为副台(S

28、lave)。主台和副台之间的距离约为200400 n mile。实际上，常常根据某一特定海域的船舶航行定位和导航的需要设置三个台，即一个主台和两个副台，共同组成一个罗兰A台链。定位时，可采用专用的罗兰A海图或罗兰A表。目前，在国际上罗兰A导航系统已关闭。2.罗兰C罗兰C导航系统于1957年正式对商船开放，后来发展很快，逐渐成为主要的导航系统之一。1974年美国正式决定将罗兰C系统作为美国沿海船舶主要汇集区域法定的无线电导航系统，并于1979年规定：凡进入美国海域的大型船舶都必须装有罗兰C接收机；没有装配的船舶可以临时租用，否则不准进入其领海。我国的罗兰C系统称为“长河二号”。罗兰C是低频、脉冲

29、双曲线导航系统，工作频率为100KHz，作用距离约为10002000 n mile，使用地波的定位精度为几十米至0.25 n mile，使用天波的定位精度为12 n mile。罗兰C导航系统由一个主台和24个副台组成一个罗兰C台链。罗兰C系统的原理与罗兰A类似，基本上是罗兰A系统的改进，但增大了作用距离，并提高了测定位置线的精度。另外，由于罗兰C信号能在水下35米传播，有效作用距离可达500 n mile，除民用外，还可用于军事，进行海、陆、空作战，导弹制导和配合使用水雷武器等。同时，也可用于远洋捕鱼和海上石油勘探。目前，主要使用自动罗兰C接收机，直接给出船位的经、纬度。根据美国联邦无线电导航

30、计划，罗兰C导航系统在2000年关闭。但，在某些国家或地区或许还要延续更长的时间。(三)台卡定位台卡系统最初由英国台卡导航公司研制成功，因此命名为台卡。台卡系统的第一个发射台组(台卡链)于1946年在英格兰的东南部建成并开始工作。台卡是低频、相位差双曲线导航系统，其工作频率在70130 KHz之间，可靠作用距离约为240 n mile，定位精度为几十米到几百米。因此，台卡是一种近程、高精度的双曲线导航系统。台卡系统的定位原理与罗兰系统基本相同，其不同之处在于所用的测量距离差的方法不同。台卡系统是测量两个岸台发射的相位严格同步的连续波的相位差来获得距离差的。台卡系统一般是由四个发射台组成一个台卡链，即一个公共主台和红、绿、紫三个副台组成三个台对。主台位于中间，三个副台呈星形布局，台对的基线夹角约为120，基线长度约为60120 n mile。目前，世界许多台卡链正在逐步关闭，英版航海图书总目录已不再列出台卡海图。(四)奥米加定位奥米加导航系统是甚低频、相位差双曲线导航系统，工作频率为1014 KHz，作用距离超过5000 n mile，理论定位精度24 n mile，实际定位精度24 n mile，甚至达到6 n mile以上。奥米加导航系统是一种超远程、相位差双曲线导航系统，只需8个发射台就可覆盖全球，并且奥米加电波信号能