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航海学基础知识

航海学基础知识

第三章航向、方位和距离

第一节航海上常用的度量单位

一、长度单位

1．海里（nauticalmile,nmile）

1）定义海里

等于地球椭圆子午线上纬度一分所对应的弧长

简写为1nmile或1＇。

数学公式：

赤道最短，1842.9m，两极最长，1861.6m；两地最大差值是18.7m。

2）标准海里

英国为1853.18m（6080英尺）；

我国采用1929年国际水文地理学会议通过的海里标准，1nmile=1852m。

约在纬度44º14＇处1nmile的长度才等于1852m

3）航海实践中产生的误差

例：

某轮沿着赤道向正东航行，每小时25nmile，航行一天后航程是

（按1nmile等于1852m计算），如果按赤道1nmile的实际长度1842.94m计算，则船舶一天航行的距离是：

由此可以看出，将1nmile确定为1852m后，所产生的误差只有航行距离的0.5%。

若在中纬度海区航行，则所产生的误差将更小。

2．链（cable,cab）

1nmile的十分之一为1链。

链是用来测量较近距离的单位。

1链=185.2m

3．米（meter,m）

国际上通用的长度度量单位。

航海上用来表示海图里的山高和水深，有时也用来度量距离。

4．拓（fathom）、英尺（foot,ft）和码

在研究测者能见地平距离与物标能见距离时，通常把地球看成圆球体。

二、测者能见地平距离（distancetothehorizonfromheightofeye）

定义：

视距，在海上观测者至他所看到的水天线的距离，用De表示。

公式：

三、物标能见地平距离（distancetothehorizonfromobject）

定义：

在能见度良好的情况下，当测者眼高为零时，即测者眼晴位于海平面上，物标顶点能被看到的最大距离；或假设测者眼睛放在物标的顶端，所能看到的测者能见距离称为物标能见地平距离，用Dh表示。

公式：

四、物标地理能见距离（geographicalrangeofanobject）

定义：

当能见度良好时，仅由于地面曲率和地面光线的折射率的影响，具有一定眼高的测者，理论上能够看到物标的最大距离。

用Do表示。

公式：

例1、某轮眼高e=16m，山高H=64m，求该山地理能见距离。

五、灯标射程

1．几个概念

1）灯塔灯光初显：

在灯塔灯芯初露测者水天线那一瞬间，才是测者最初能够直接看到灯塔灯光的时刻，这时叫。

灯塔灯光初显时，测者与灯塔之间的距离等于灯塔的地理能见距离Do。

2）灯塔灯光初隐：

当船舶驶离灯塔时，测者看到灯塔灯芯刚刚没于水天线的那一瞬间。

并不是所有的灯塔都有初显（隐）现象的，要根据灯塔的光力强度和射程来判断是否有初显（隐）现象。

2．中版航海资料中的灯标射程

1）定义：

睛天黑夜，当测者眼高为5m时，能够看到灯塔灯光的最大距离。

它等于光力能见距离（或称光力射程）与5m眼高的灯塔地理能见距离（或称地理射程）中较小者。

光力能见距离（光力射程）：

指晴天黑夜灯塔灯光所能照射的最大距离。

2）强光灯塔：

指灯塔射程等于或大于（一般不超过1nmile）测者5m眼高时的灯塔地理能见距离（地理射程）。

即：

灯塔射程

强光灯塔有初显（隐）现象，初显（隐）距离等于灯塔的地理能见距离：

初显（隐）距离

或初显（隐）距离=射程

例1：

我国的花鸟山灯塔高83.2m，射程24nmile，判断该灯塔有无初显（隐）发生的可能?

3）弱光灯塔：

灯塔的射程小于测者眼高5m时的灯塔地理能见距离（地理射程）。

弱光灯塔标的是光力射程；无初显（隐）现象，灯光只能在标记的射程内才有可能看到。

即灯塔射程<

例2：

长江口某灯塔高84.4m，射程20nmile，判断该灯塔有无初显（隐）发生的可能?

3．英版海图和英版《灯标雾号表》中提供的灯塔射程

定义：

灯光的光力能见距离（或称光达射程），即光力射程或额定光力射程。

光力射程（luminousrange）：

是指在某一气象能见度条件下，该灯塔灯光所能照射的最大距离。

额定光力射程（nominalrange）：

是指在气象能见度为10nmile条件下，该灯塔灯光的光力射程。

采用额定光力射程的国家和地区在英版《灯标雾号表》的特殊说明（SpecialRemark）中注明。

灯塔射程，只与灯光强度和气象能见度有关，与灯高、眼高、地面曲率等均无关。

例题。

第三节向位与舷角

一、方向的确定与划分

1．方向的确定

1）测者地平平面，测者地面真地平平面是通过测者并垂直于测者铅垂线的平面；

2）测者子午圈平面；

3）测者东西圈（primevertical）平面，测者卯酉圈平面，包含测者铅垂线并与测者子午圈平面垂直的平面；

4）南北线：

测者子午圈平面与测者地面真地平平面的交线；

5）东西线：

测者东西圈平面与测者地面真地平平面的交线。

不同地点的测者地面真地平平面，南北线和东西线是不同的；

两极的测者无法确定北、东、南、西四个基本方向，北极测者无真北方向任意方向都是真南方向，南极测者任意方向都是真北方向。

2．方向的划分

1）圆周法（three-figuremethod）

以正北000°为基准，按顺时针方向计算，由000°～360°；

表示方法：

用三位数字表示，航海上最常用的表示方。

2）半圆法（semicircularmethod）

以正北或正南为基准，向东或向西分别计算，各从0°～180°计算到正南或正北；

表示方法：

除度数外，还要标出起算点和计算方向。

如80°SW。

度数后缀的方向，前者表示起算方向，后者则表示计算方向

主要用在航海天文计算中，表示天体方位。

3）罗经点法（compasspointmethod）

以正北为基准，将地面真地平划分为32等分，得出32个方向点，每一个方向点称为一个罗经点；

四个基点（cardinalpoint）：

北（N）、东（E）、南（S）、西（W）为；

四个隅点（intercardinalpoint）：

北东（NE）、南东（SE）、南西（SW）和北西（NW）

八个三字点（intermedicatepointfalsepoint）：

即北北东（NNE）、东北东（ENE）……西北西（WNW）和北北西（NNW）；

十六个偏点（bypoint）：

北偏东（N/E）、北东偏北（NE/N）、北东偏东（NE/E）、东偏北（E/N）……北西偏北（NW/N）、北偏西（N/W）。

由于罗经点划分得不够精确，目前仅用它来表示风、流的方向。

3．三种方向划分系统之间的换算

1）半圆法换算成圆周法的法则

①在北东（NE）半圆，圆周度数等于半圆周度数，

②在南东（SE）半圆，圆周度数等于180°减半圆周度数;

③在南西（SW）半圆，圆周度数等于180°加半圆周度数;

③在北西（NW）半圆，圆周度数等于360°减半圆周度数;

2）罗经点法换算成圆周法的法则

1点＝11.25°＝11＝11°15＇

二、相位与舷角

1．航向线（courseline，CL）：

船首尾线向船首方向的延长线，称为航向线，代号为CL。

船首尾线（foreandaftline）：

当船正平时，船舶的首尾面与船舶地面真地平平面相交的直线。

2．真航向（truecourse，TC）

定义：

船舶航行时，在船上测者的真地平平面上，真北线与航向线之间的夹角，代号为TC。

度量：

从真北线开始顺时针计量到航向线。

用圆周法表示，从0000~3600。

3．船首向（heading，Hdg）：

指在任何情况下，船舶某一瞬间的船首方向。

代号为Hdg；

常于船舶在港内操纵或锚泊时用。

4．方位线（bearingline）：

在测者地面真地平平面上，由测者向物标的连线。

5．真方位（truebearing，TB）

定义：

在测者地面真地平平面上，真北线与方位线之间的夹角，代号为TB。

度量：

从真北线开始，顺时针计量到方位线，用圆周法表示，从000º~360º。

6．舷角（relativebearing）

定义：

相对方位，在测者地面真地平平面上，以航向线为基准，从航向线到方位线之间的夹角，代号为Q。

计量方法：

1）圆周法：

从航向线开始顺时针计量到物标方位线。

由000º~360º。

2）半圆法：

从航向线开始，向右或向左由0º~180º计量到物标方位线，它们分别称为物标的右舷角Q右或左舷角Q左。

船首线与物标方位线垂直时称为正横（abeam）。

代号为D。

当物标舷角Q=90º或Q右=90º时，称为物标的右正横；而当物标舷角Q=270º或Q左=90º时，则称为物标的左正横。

7．真航向、真方位与舷角之间的关系

真方位（TB）=真航向（TC）+舷角（Q）

或真方位（TB）=真航向（TC）±舷角（Q）（Q右Q左）

在运算中，当被减数小于减数，则在被减数中加上360º；当相加结果大于360时，则减去360º，对结果并无影响。

例5、某轮TC230º，测得两物标的舷角分别为QA68º，QB300º，求物标的TB。

例6、某轮TC060º，求物标左正横时的TB。

第四节向位测定与换算

一、向位的测定方法

航海上是用罗经（compass）测定航向和方位的。

目前海船上配备的罗经又分为磁罗经（magneticcompass）和陀螺罗经（gyrocompass）（俗称电罗经）两大类型。

1．陀螺罗经

1）陀罗北（gyrocompassnorth,NG）：

陀螺罗经刻度盘上0°所指的方向。

2）陀螺罗经差或陀罗差（gyrocompasserror,△G）：

陀罗北（NG）偏开真北（NT）的角度。

陀罗北偏在真北右面（东面），△G偏E或（+）；陀罗北偏在真北的左面（西面）时，△G偏W或（－）。

3）陀罗航向（gyrocompasscourse,GC）：

陀罗北线与航向线之间的夹角。

从陀罗北线开始，顺时针计量到航向线，用圆周法表示。

4）陀罗方位（gyrocompassbearing,GB）：

陀罗北线与物标方位线之间的夹角）。

以陀罗北线开始，顺时针计量到物标方位线，用圆周法表示

5）陀罗航向GC和陀罗方位GB与真航向TC和真方位TB之间的关系

TC=GC+△G

TB＝GB+△GG偏E为（+）；G偏W为（-）

例7、某船陀罗航向GC=314º，测得某物标陀罗方位GB=075º，若陀罗差△G=1ºW，求真航向和真方位。

6）陀罗差△G与航向无关。

地理纬度变化时，或在航速和航向正在改变时，△G会发生暂时的改变。

2．磁罗经

1）罗经分类

标准罗经（standardcompass）；

操舵罗经（steeringcompass），或反射罗经；

应急磁罗经（emergencycompass）；

舢舨罗经（boatcompass）等。

2）罗北（compassnorth,Nc）：

磁罗经刻度盘0°所指的方向。

3）磁差

（1）磁差的产生

磁力线方向垂直于地面的点称为地磁磁极（geomagneticpole）；

地磁场有两个极，近地理北极的称为地磁北极；近地理南极的称为地磁南极。

磁北（magneticnorth,NM）：

将磁罗经放置在地球上某一点，它要受到地磁磁场的作用，磁针的N—S线将与该点的地磁磁力线的切线相重合，其N极所指的方向即磁罗经罗盘上零度的方向在地面真地平平面上的投影。

磁差（variation,Var）：

真北线与磁北线之间的夹角称为，代号为Var。

磁北线偏在真北线的东面则磁差偏东，用E或（+）标示；磁北线偏在真北的西面则磁差偏西，用W或（－）标示。

（2）磁向、位

①磁航向（magneticcourse,MC）：

磁北线与航向线之间的夹角；

从磁北线开始，顺时针计量到航向线，用圆周法表示。

②磁方位∶磁北线与物标方位线之间的夹角；

从磁北线开始，顺时针计量到物标方位线，用圆周法表示，代号为MB。

磁向位与真向位之间的关系如下：

MC=TC-Var

MB=TB-Var

（3）磁差的变化

①地区不同，磁差不同。

在低纬度地区一般磁差比较小，随着纬度升高而磁差变大；在地极与相应的地磁磁极之间的磁差，最大可以到达180º左右。

等磁差曲线（isogonicline）：

地相同的磁差用曲线连接起来。

②时间不同，磁差不同

地磁磁极不断地按椭圆轨迹绕地极作缓慢地移动。

③特殊地区，磁差异常

磁力异常区或磁差异常区（abnormalmagneticvariation）

（4）磁差的查取

①在航海图、沿岸图和某些港泊图的向位圈（即罗经花compassrose）

例如，利用我国1984年出版的75－1002海图[磁差偏西4º56＇（1982年）年差+0.9＇、磁差偏西5º37＇（1982年）年差+0.5＇]，求取123º00＇E、34º00＇N处1998年的磁差值。

则先根据海图上的磁差资料，求出向位圈32º20＇N、123º25＇E和35º12＇N、122º20＇E两处1998年的磁差值，分别为∶

Var1=4º56＇W+（1998－1982）×0＇.9=5º10＇W≈5.20W

Var2=5037＇W+（1998－1982）×0＇.5=5º45＇W≈5.80W

因此，34º00＇N、123º00＇E处的磁差

②在大洋图和总图上，用等磁差曲线形式给出磁差资料。

③在一些大比例尺港泊图上，有时仅在海图标题栏内给出；

GPS接收机中，还可以根据当时船位直接从机器中读取当地、当时的磁差数据。

2）自差

（1）自差的产生

罗经北或罗北（Nc）：

安装在钢铁制成的船上的磁罗经，受船磁场的影响以及磁罗经附近的电气设备形成的电磁场影响，磁针从磁子午面所指示的北。

磁罗经自差（deviation，Dev）：

磁北线与罗北线的夹角

以磁北为基准，向东向西计量。

当罗北偏在磁北之东称为东自差，用E或（+）标示；当罗北偏在磁北之西时称为西自差，用W或（－）标示

（2）罗向位

①罗航向（compasserror,ΔC）：

罗北线与航向线之间的夹角。

从罗北线开始，顺时针计量到航向线，用圆周法表示。

②罗方位（compassbearing,CB）：

罗北线与物标方位线之间的夹角。

从罗北线开始，顺时针计量到物标方位线，用圆周法表示。

（3）自差的变化

①航向改变，自差改变

②船磁改变，自差改变

当船舶修理后，尤其是电焊后；船上装载钢铁和带磁性的货物后；长期停泊装卸，或长期在一个固定航向上航行后；船磁都可能发生变化，自差也随之改变。

③航行磁纬变化较大时，自差也会有所改变。

（4）查取自差的方法

①利用磁罗经自差曲线或自差表查取自差

例题见教材。

②利用磁罗经自差记录簿查取。

③根据航海日志查取。

3）罗经差

定义：

磁罗经误差，代号为△C。

船上磁罗经的磁针在受到地磁和船磁的合力的影响下的罗北（Nc）偏开真北（NT）的夹角。

从真北起算，向东或向西，由00到180º计算到罗北。

当罗北偏在真北之东时是东罗经差，用E或（+）标示；当罗北偏在真北之西时是西罗经差，用W或（－）标示。

罗经差是磁差与自差的代数和。

例10、A船某航向上的磁罗经自差Dev=2ºE，而当地的磁差Var=14ºW，求该航向上的罗经差。

二．向位换算（conversionofdirections）

1．图解法

首先根据已知条件画出各种不同的基准子午线，以及航向线和方位线，然后从各种不同的基准子午线起算，即可求出各自算到航向线或方位线之间的数值。

例11、已知真航向090º、罗方位270º和磁差12ºE、自差2ºW，求罗航向和真方位。

例12、已知某叠标线的真方位为250º，而船上用磁罗经测得该叠标线的罗方位为258º，该地区磁差为4ºW，求磁罗经自差。

2．公式计算法

运算公式如下∶

TC=GC+△G=CC+△C=（CC+Dev）+Var=MC+Var

TB=GB+△G=CB+△C=（CB+Dev）+Var=MB+Var

MC=CC+Dev=TC－Var

MB=CB+Dev=TB－Var

△C=Var+Dev

在进行公式运算的过程中，磁差Var、自差Dev、罗经差△C和陀罗差△G均应缀以符号，误差偏东（E）为正（+）；误差偏西（W）为负（－）。

3．向位换算的具体步骤是∶

1）先从海图上查出船舶航行海区的磁差资料，并将它改正到航行年份，精度只要求到0.1º；

2）按罗航向，或在没有罗航向的情况下用磁航向代替罗航向，从自差表或自差曲线图中查出当时航向上的自差值，精度也只要求到0.1º；

3）按公式∶△C=Var+Dev求得罗经差，或设法掌握陀罗差△G，一般精度要求仅0.5º；

4）按向位换算公式进行计算。

例13∶1998年5月4日某船的CC=150º，测得某物标的CB=045º，求TC和TB。

海图上该处磁差资料为∶“偏西5º28¹.0（1981），年差+2.6¹（自差从表2－2－2查取）。

例14、1998年6月1日某轮TC070º，并拟以某物标TB=160º时转向，求CC及转向时该物标的CB。

海图上该处磁差资料为：

“偏西7º15¹（1987）年差－3¹（自差从表2－2－2查取）。

例15、某船陀GC=039º，比对当时CC=043º，已知△G=1ºW和航行海区Var=8ºW，求该航向上的Dev。

三、罗经差的测定

第五节航速与航程

一、几个概念

航速：

在航船舶对水运动的速度称为,代号为V。

实际航速（speedoverground）：

船舶对地运动的速度称为，代号为VG。

实际航速=航速+流速

推算航速（speedmadegood）或计划航速（speedofadvance）：

习惯上在航迹推算中预配或考虑风流影响后的航行速度。

航程（distancerun）：

是由起始点至到达点船舶航行的里程，代号为S。

实际航程：

船舶沿航迹线航行的里程，代号为SG。

航程的单位是海里。

实际航程=对水航程+流程

航海上测定航速和航程的方法有两大类∶利用主机转速和计程仪。

二、航速及其测定

1．用主机转速测定航速

螺距：

螺旋桨旋转一周所推进的距离。

主机航速（speedbyRPM）：

根据吃水等条件和以主机转速船舶航行一小时船舶前进的距离，代号为VE，它是船舶相对于水的速度。

滑失速度：

螺旋浆的理论速度与主机航速的差值

滑失比：

滑失速度与理论速度之比。

滑失比与主机航速、船型、吃水、吃水差、风浪、水深及污底等因素有关。

2．测速场

1）组成：

三对横向叠标，一对导航叠标构成.

2）良好的船速校验线应具备的条件

（１）船速校验线的长度要适当，如果过短或过长都会影响测定的精度。

一般用于18kn以下的船舶，其长度应为1～2nmile；而用于18kn以上的船舶，其长度应为2～3nmile。

（２）船速校验线上的水深不应小于ｈ＝1.5Ｖ２／g＋d；

（３）在船速校验线的两端，应该有宽广的旋回余地；

（４）船速校验线应该设立在能避风浪和没有水流影响的地方，如果有水流存在时，应使船速校验线尽可能的与流向平行。

（５）船速校验线附近应该完全没有航海危险。

船速校验线上的所有标志都应该是容易识别的。

3．在船速校验线上测定主机航速

１）在无水流影响时，只要在船速校验线上航行一次，便可求得主机航速ＶＥ。

２）在恒流影响下，应以同样的主机转数往返重复测定两次，分别求出每次测定的主机航速Ｖ１和Ｖ２，然后按求算术平均值的计算方法求得主机航速。

即：

ＶＥ＝（Ｖ１＋Ｖ２）／２

３）在等加速水流影响下，流速变化均匀。

以同样的主机转数则必须在短时间内往复测定航速三次，分别计算出每次测定的主机航速Ｖ１、Ｖ２和Ｖ３，然后按下面公式计算求得主机航速。

即：

ＶＥ＝（Ｖ１＋２Ｖ２＋Ｖ３）／４

４）在变加速水流影响下，应该以同样的主机转数，尽可能在短时间内在船速校验线上往返重复测定航速四次，然后分别计算出每次测定的主机航速Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３和Ｖ４，最后按下面公式计算求得主机航速。

即：

ＶＥ＝（Ｖ１＋３Ｖ２＋３Ｖ３＋Ｖ４）／８

在船速校验线上往返重复测定三次来测定主机航速的均方误差为±71ｍ或0.04nmile

船舶在试航中，应在船速校验线上以不同的主机转速分别以满载和空载的情况下测定航速，并列出主机转速与航速对照表。

二、航程及其测定

1．计程仪分类

相对计程仪（relativelog）是记录船舶相对于水的航速与航程，计风不计流”；

回转式计程仪、水压式计程仪、电磁式计程仪。

绝对计程仪（absolutelog）是记录船舶相对于海底的航速与航程；

多普勒计程仪、声相关计程仪。

2．计程仪改正率

公式：

式中：

△Ｌ——计程仪改正率，用百分率表示；

ＳＬ——计程仪航程（distancebylog），准确的船舶相对于水的航程；在没有水流影响的地区，它应是船舶相对于海底的实际航程Ｓ；

Ｌ１、Ｌ２-----航行于计程仪航程ＳＬ的前后两次计程仪的读数。

△Ｌ为（＋）时，表示计程仪慢了或航程少记了；当△Ｌ为（－）时，表示计程仪快了或航程多记了。

3．求计程仪航程

公式：

例16：

某轮的ＳＬ＝75¹.0，Ｌ１＝20¹.8，Ｌ２＝92¹.2，求△Ｌ。

例17：

某轮△Ｌ=+3%，Ｌ１=76¹.8，Ｌ2=212¹.4，求计程仪航程SL。

例18：

某轮航速18Kn，逆流，流速3Kn，顺风风力使船速加快1Kn，计程仪读数

4．测定计程仪改正率

（１）在无水流影响时，在船速校验线上航行一次：

（２）在恒流影响下，往复连续测量2次：

（３）在等加速度水流影响下，往复连续测量3次：

（４）在变加速度水流影响下，往复连续测量4次：

实践证明：

即使在最有利的条件下，测定计程仪改正率的误差仍可能达到±０.５％。

绝对计程仪的改正率，也可以采用上述求相对计程仪改正率的办法来进行。

只是计算公式应改为：

式中：

Ｓ——船舶相对海底的实际航程，即船速校验线上两横向测速叠标之间的距离。

例19：

某轮在测速场测定航速及计程仪改正率。

设两组横向叠标线间距为2.2nmile，在等加速水流中测得：

t1=6分8秒Ｌ１=120.＇8Ｌ2=123.＇2

t2=5分32秒Ｌ2=123.＇7Ｌ4=126.＇2

t3=6分14秒Ｌ5=126.＇9Ｌ6=129.＇3

求航速和计程仪改正率。