Морские навигационные карты, определение направлений и местоположения в морской навигации. *



Еще со школьной скамьи мы привыкли к картам и порой принимаем их как само собой разумеющийся способ наглядного отображения поверхности Земли на бумажном листе, то есть на плоскости. Но не всякое изображение земной поверхности можно назвать картой и не всякая карта пригодна для ориентирования и навигации.

Карты и картографические проекции.

Картой в строгом смысле слова называется уменьшенное изображение земной поверхности на плоскости, выполненное по определенному математическому закону и показывающее размещение элементов и объектов местности с их характеристиками. Отобразить сферическую поверхность на плоскости невозможно без разрывов и складок. Поэтому построенное тем или иным способом изображение будет обязательно иметь искажения.

Геометрическая сущность наиболее распространенных цилиндрических проекций заключается в том, что сетка меридианов и параллелей проектируется на боковую поверхность цилиндра. Затем поверхность цилиндра развертывается в плоскость. В зависимости от расположения цилиндра вокруг условного глобуса Земли различают две цилиндрические проекции.

В продольной проекции Меркатора, нашедшей широкое применение в судовождении, ось цилиндра располагают по оси земного шара. В поперечной проекции Меркатора (Universal Transverse Mercator, UTM) и проекции Гаусса-Крюгера ось цилиндра располагают в плоскости экватора.

Меркатор - латинизированный вариант фамилии Герарда ван Кремера (1512-1594), фламандского картографа, изготовителя оптических инструментов. С1552 года работал в Германии. Карту в проекции, названной его именем, впервые предложил в 1559 году. Ввел понятие магнитного склонения, рассчитал координаты магнитных полюсов.

В продольной проекции Меркатора построены морские навигационные карты, причем слово «продольная» обычно опускают. В поперечной проекции (Transverse Mercator) создаются топографические карты. Различие указанных проекций карт вызвано в первую очередь требованиями обеспечения максимального удобства для пользователей и наилучшего соответствия используемым на суше и море методам ориентирования и навигации.

Вспомним понятие масштаба. Он определяется как степень уменьшения размеров участков земной поверхности, в том числе и линий, относительно соответствующих им на местности. Различают масштабы численный, выраженный в виде дроби, и линейный, как графическое отображение первого.

Численный масштаб, например 1:100 000, показывает, что одной единице длины на карте (см, м, км) соответствует 100 000 таких же единиц на местности. Если для данного примера использовать младшую единицу в 1 см, то на местности ей будет соответствовать 1 км. Линейный масштаб приведен ниже на рисунке, где показан пример измерения расстояния 4,8 км.

Карты и картографические проекции

Морские навигационные карты.

Судовождение на больших морских просторах выдвинуло два особых требования к меркаторской проекции карты. Огромные расстояния в океане судно проходит большей частью при постоянном курсе плавания. Удержание судна на постоянном курсе в течение многочасовых вахт достаточно удобно судоводителю. Для отображения линии пути судна на картах при постоянном курсе и выбрана самая простейшая форма линии — прямая.

Тем самым упрощается прокладка маршрута, состоящего из набора прямых линий на картах. В этом и заключается первое из указанных выше требований. Если движение судна происходит с постоянным курсом, то оно пересекает все меридианы под одним и тем же углом. Такая линия, пересекающая все меридианы под постоянным углом, называется локсодромией.

Второе требование связано с обеспечением ориентирования судна в море по пеленгам и углам, между береговыми ориентирами. Оно выполняется, когда углы и направления, измеренные на местности и морской карте, идентичны, а формы объектов подобны. Такие проекции называют равноугольными.

Построение меркаторской проекции иллюстрирует рисунок ниже. На первом шаге построения меридианы распрямляются так, чтобы коснуться внутренней поверхности цилиндра. Расстояния между спроецированными линиями меридианов равно расстоянию между меридианами на экваторе. Параллели при этом растягиваются и становятся равными по длине экватору.

Морские навигационные карты

На втором шаге поверхность цилиндра с картографической сеткой разворачивается в плоскость. Все меридианы на ней параллельны и перпендикулярны параллелям. Локсодромия на этом шаге будет изображаться уже прямой линией. Однако подобия фигур на местности и карте не обеспечивается из-за растяжения параллелей, то есть в проекции свойство равноугольности отсутствует.

Для получения равноугольности теперь меридианы в каждой точке надо растянуть пропорционально растяжению параллелей. После этого построение меркаторской проекции будет закончено. Обратите внимание, что на полученной проекции расстояния между параллелями растут по мере увеличения широты.

Масштаб такой карты различен на разных широтах. При использовании на небольшом участке карты его можно считать все же постоянным. Для удобства перехода с карты на карту все масштабы на картах одного района океана или одного моря приравнивают к одной параллели, называемой главной. Например, для Балтийского моря главная параллель имеет широту 60 градусов, для Белого — 66, для Черного — 44.

Недостатки меркаторской проекции : невозможность использования в высоких широтах и изображение линии кратчайшего расстояния между двумя точками в виде кривой. Расстояния в морской навигации измеряется в морских милях. Морская миля равняется длине дуги меридиана в одну минуту. На вертикальной рамке карты приведена своеобразная «линейка», проградуированная в милях.

Измерив длину отрезка на карте, например, циркулем-измерителем, откладывают его на рамке на широте расположения данного отрезка. Затем по рамке и определяют длину этого отрезка в милях. Большие расстояния разбивают на части. С боковой стороны рамки карты на нужной широте берут отрезок, равный 10, 20 миль и так далее, и считают, сколько раз он уложится в измеряемой линии. Одна миля равна 1852 метра; 0,1 мили — 1 кабельтов (кбт) = 185,2 метра.

Морские навигационные карты в зависимости от масштаба подразделяют на :

- планы с масштабом от 1:500 до 1:25 000, используемые при заходах на рейды, в порты, бухты,
- частные карты с масштабом от 1:25 000 до 1:50 000, используемые при плавании при проходе узкостей, в шхерах и непосредственно у берегов,
- путевые карты с масштабом от 1:100 000 до 1:500 000, которые применяются при плавании судна на значительном удалении от берегов,
- генеральные карты от 1:1 000 000 до 1:5 000 000.

Морские карты не имеют регулярной системы покрытия морских просторов, так называемой разграфки. Поэтому подбор карт производится по каталогам, издаваемым, например, для российских карт Главным управлением навигации и океанографии ВМФ.

Определение направлений и местоположения в морской навигации.

Познакомимся с определением направлений, используемых в морской навигации. Счет направлений (углов) в круговой системе ведется от северной части меридиана, наблюдателя от 0 до 360 градусов по часовой стрелке. В качестве характеристик направлений используются понятия курса и пеленга (азимута).

К углам, определяемыми этими понятиями, часто добавляется слово «истинный». Это позволяет отличить аналогичные параметры, значения которых считываются с навигационных приборов : гирокомпаса или магнитного компаса.

Истинный курс ИК (True Heading) определяется как угол между плоскостью северной части истинного меридиана (направлением на север) и диаметральной плоскостью судна, измеренный по часовой стрелке. Истинный пеленг ИП (азимут, Bearing, BRG) на некоторый объект есть горизонтальный угол между северной частью истинного меридиана (направлением на Север) и направлением из точки наблюдения на объект, измеренный по часовой стрелке.

Как известно, стрелка магнитного компаса указывает на северный магнитный полюс, который, как и южный, не совпадает с географическим. Северный магнитный полюс находится в Канадском Арктическом Архипелаге и постоянно перемещается, около 20 километров в год. Угол между направлениями на географический и на магнитный полюс называется магнитным склонением.

Величина его различна в разных районах и может достигать 28 градусов. Склонение к востоку считается положительным, а к западу — отрицательным. Вертикальная плоскость, проходящая через ось свободно подвешенной магнитной стрелки, называется плоскостью магнитного меридиана, а след от ее пересечения с плоскостью горизонта — магнитным меридианом. Угол, отсчитываемый от магнитного меридиана на объект, называется магнитным пеленгом или магнитным азимутом (МП).

На навигационных картах помещены знак и величина склонения, а также его годовое изменение, с помощью которого можно вычислить фактическую величину склонения на текущий момент. Заметим, что в спутниковых GPS-навигаторах расчет магнитного склонения производится автоматически на основании модели склонения, записанной в память навигатора, или вводится вручную.

Помимо склонения, погрешность в показания компаса вносят местные магнитные аномалии, чаще всего вызванные залеганием железных руд; в таких районах склонение может достигать десятков градусов. Районы магнитных аномалий обозначены на навигационных картах. Также компас может ошибаться вблизи силовых электроустановок, больших металлоконструкций и тому подобное.

Наконец при пользовании компасом в автомобиле или на судне возникает погрешность от влияния металлического корпуса, судового железа, электрооборудования, называемая девиацией. Девиация изменяется в зависимости от магнитного курса, крена и других факторов. Для перехода от магнитного пеленга (МП) к истинному пеленгу (ИП) надо знать величину и знак магнитного склонения (Ск). Расчет производится по формуле : ИП = МП + Ск.

Определение направлений и местоположения в морской навигации

К типовым графическим задачам, решаемым на карте, относятся :

- определение координат заданной точки и нанесение точки на карту по заданным координатам,
- прокладка от заданной точки линии истинного курса или пеленга,
- определение местоположения по пеленгам двух или трех ориентиров или расстояниям до них,
- графическое счисление местоположения судна (Dead reckoning).

Для выполнения графических построений используют циркуль, транспортир и параллельную линейку. Наиболее важным и интересным является счисление места, под которым понимается определение местоположения судна по известным значениям координат начальной точки, курса и пройденного расстояния.

Рассмотрим небольшой пример.

Допустим, что судно не испытывает ни дрейфа, ни течения, для определения пройденного расстояния используется морской измерительный прибор - лаг. Простейший вид лага - забортная вертушка, отсчет ее показаний дает пройденное расстояние относительно воды.

Судно начало движение из точки А. Штурман определил координаты судна, записал отсчет лага ОЛ1, а также проложил на карте истинный курс из этой точки. В момент поворота в точке В он должен отложить по линии курса от точки А расстояние в масштабе, равное разности между отсчетами лага ОЛ2 — ОЛ1. Получив новую точку на карте, он записывает время поворота и отсчет лага и прокладывает из точки В новый истинный курс.

Пример определения направлений и местоположения в морской навигации

И так далее. Благодаря этому, сколько бы поворотов ни совершило судно, имея только компас и лаг, вы всегда можете получить на карте его приблизительное счислимое местоположение. Такова принципиальная основа счисления места. В действительности же реальная ситуация намного сложнее, поскольку ветер, воздействуя на судно, вызывает снос судна с линии курса. Так же действует и течение.

При наличии дрейфа и течения судно движется не по линии заданного курса, а по другой линии - линии пути, которая отклонена от линии ИК. Если удается определить углы сноса, вызванные ветром и течением, то для определения точки В в указанном выше примере расстояние надо отложить по линии пути.

GPS-навигаторы и навигационные картографические системы существенно облегчают судовождение, потому что автоматически вычисляют все навигационные параметры, в том числе и так называемый курс относительно грунта (COG — Course Over Ground, путевой угол).

Именно последний и определяет направление линии пути. Тем не менее счисление дает лишь приблизительное местоположение. Поэтому оно периодически сочетается с другими способами определения координат, в том числе и с помощью GPS-навигаторов.

"Все о GPS-навигаторах". Найман В.С., Самойлов А.Е., Ильин Н.Р., Шейнис А.И.

Рекомендуем для ознакомления :

  • Системы координат для GPS-навигаторов, географические координаты.
  • Организация бивака в туристическом походе
  • Организация малых и обеденных привалов, ночлега и дневки
  • Импровизированные укрытия из ветвей, корней и валежника
  • Импровизированные укрытия палаточного типа
  • Укрытия и убежища в снежных и полярных районах
  • Зимнее убежище закрытого типа
  • Простейшие укрытия из плащ-палатки или тента
  • Растения которые отпугивают и уничтожают насекомых

    Посмотреть другие статьи:



    В общий раздел - Укрытия и убежища. Передвижение, ориентирование на местности и преодоление препятствий.
    В раздел - Полезные мелочи и советы

    * - изложенные рекомендации - не являются догмой, их следует применять творчески, сообразуясь с обстановкой.