航海学-张杰(第二章)

1、航海教研室张 杰航海学主要研究内容基础知识船舶定位航路资料航线与航行方法基础知识坐标、方向和距离海图船舶定位航迹推算路标定位电子定位天文定位罗经差的定位航路资料潮汐与潮流航标与航标表航海图书资料海图与航海图书资料的改正与管理航线与航行方法大洋航行于最佳航线沿岸航行狭水道及运河航行特殊条件下的航行船舶交通管理与船舶报告系统航行计划和航海日志第二章 海 图海图的作用v海图是航海的重要工具之一拟定计划航线制定航行计划航迹推算和定位航行后总结航行经验海事发生后判断事故责任主要内容第一节 地图投影第二节 恒向线第三节 墨卡托投影海图第四节 港泊图与大圆海图的投影方法第五节 海图绘制与出版第六节 识图第七

2、节 海图的分类和使用注意事项第八节 电子海图第一节 地图投影一、地图投影和比例尺一、地图投影和比例尺 定义：按照一定数学法则把地球表面描述到平面定义：按照一定数学法则把地球表面描述到平面上的方法。上的方法。 地面经纬线地面经纬线建立地图的经纬线图网建立地图的经纬线图网长度、角度、面积变长度、角度、面积变形形 局部比例尺局部比例尺比例尺与投影变形：比例尺与投影变形： 同一地图各点的局部比例尺可能不同；同一地点各个不同方向上的局部比同一地图各点的局部比例尺可能不同；同一地点各个不同方向上的局部比例尺可能不同。例尺可能不同。 正形或等角投影：与地面形状保持相似，该点保持角度不变。正形或等角投影：与地

3、面形状保持相似，该点保持角度不变。ABabLimCAB0海图比例尺决定海图的精度v普通比例尺或基准比例尺 各局部平均值、某点或某线上局部比例尺、可能不在某张海图范围内v表示方法：数字比例尺和直线比例尺v海图精度：比例尺的精度或海图的极限精度 相当于海图上0.1mm的实地水平长度v海图作业最高精度为海图极限精度的2倍v海图比例尺决定了绘制图上资料的详细程度。 海图作业尽可能应用较大比例尺的海图二、地图投影分类二、地图投影分类1、按投影的变形性质分类（1）等角投影（正形） 特性： 局部相似：圆圆，角等角 整体变形：等圆不同大小圆 （2）等积投影 概念：地面上和图上相应处的面积成恒定比例 特性：与等

4、角不能同时满足（3）任意投影 根据某种特殊需要/解决某种特定问题而制作地图的投 影方法2、按构成地图图网的方法分类（1）平面投影（方位投影） 将地面上的经线和纬线直接投影到与地面相切或相割的平面上去的投影方法。 外射投影 ：视点在球外 极射投影：视点在球面（半球星图） 心射投影（日晷投影）：视点在球心（大圆海图、极区海图、大比例尺港湾图）(b)(c)(a)（2）圆锥投影按位置关系分：正圆锥、横圆锥、斜圆锥投影按投影变形分：等角、等积、任意投影正圆锥投影横圆锥投影斜圆锥投影（3）圆柱投影正圆柱：等角正圆柱（墨卡托投影）航用海图横圆柱：等角横圆柱（高斯投影）-极区、狭长、大比例尺港泊图斜圆柱：正圆

5、柱投影横圆柱投影斜圆柱投影第二节 恒向线 恒向线（恒向线（rhumb line）：等角航线）：等角航线 沿恒定的航向航行时理想轨迹：在地球沿恒定的航向航行时理想轨迹：在地球表面上是一条曲线表面上是一条曲线 研究目的：为了寻找便于航行使用研究目的：为了寻找便于航行使用的海图投影方法。的海图投影方法。(直线航行直线航行)表现形式：一条与所有子午线相交表现形式：一条与所有子午线相交成恒定角度的、具有双重曲率的成恒定角度的、具有双重曲率的球面螺旋线，它趋向地极，但不球面螺旋线，它趋向地极，但不能到达地极。能到达地极。C=90/270，0/180除外除外060O060O060O ( ) ( )CCM0M

6、1M2OODWNQQABREFPSrPN24ln24ln1212tgtgtgC 球面恒向线方程恒向线特点v一条与所有子午线相交成恒定角度的、具有双重曲率的球面一条与所有子午线相交成恒定角度的、具有双重曲率的球面螺旋线，它趋向地极，但不能到达地极。螺旋线，它趋向地极，但不能到达地极。v当当C为为000、 180时，恒向线为子午线大圆弧时，恒向线为子午线大圆弧v当当C为为090、 270时，恒向线为赤道或纬度圈时，恒向线为赤道或纬度圈v任意一条恒向线只与每条等纬圈相交一次（任意一条恒向线只与每条等纬圈相交一次（ C为为090、 270 除外）除外）v恒向线与每一条经线相交多次，当恒向线每绕地球一周

7、，则恒向线与每一条经线相交多次，当恒向线每绕地球一周，则他都必然与该子午线相交一次，并且交点的纬度越来越高，他都必然与该子午线相交一次，并且交点的纬度越来越高，最后接近地级，但不能到达地极。最后接近地级，但不能到达地极。 将地球看做旋转椭圆体时，以上特点不变！将地球看做旋转椭圆体时，以上特点不变！第三节 墨卡托投影海图v航用海图恒向线航线和方位线 具备条件：恒向线为直线、投影性质是等角的 等角正圆柱投影Mercator chart 占目前航用海图95%以上 特性：经线 - 相互平行直线 纬线 - 相互平行直线（经、纬线相垂直） 等经差 经线 - 等间距 相互平行直线 等纬差 纬线 - 不等距

8、相互平行直线（渐长） 纬度渐长率示意图BCbcLimABabLimBCAB00PNOOABCDEFddddadrdaarMPdMPabcdefOXYdSrardaddSdMPdSradMP 纬度渐长率v概念：图上任一纬度线到赤道的距离与图上1赤道里（图上经度1约1855.36m）长度的比值。v公式：v单位：赤道里v特性：仅与纬度有关，与比例尺无关)sin1sin1)(24(lg70447.79152/eeetgMP墨卡托海图特点&图网特点：经线为南北向相互平行的直线，其上有纬度图尺；纬线为东西向相互平行的直线，其上有经度图尺，且经线与纬线相互垂直。&经度1的长度（1赤道里）相等

9、，但纬度1的长度（1海里）随纬度升高而逐渐变长，存在纬度渐长现象。&恒向线为直线，非最短航程航线。&具有等角特性。&同纬度纬线的局部比例相等，不同纬度的局部比例尺，随纬度的升高而逐渐增大。正规墨卡托图网绘制方法纸张大小，图幅经差 1赤道里长度e；经差()1赤道里长度 绘画整度经线(间隔1或2或5)；DMP(MP2-MP1)1赤道里长度 绘画整度纬线(与经线垂直)；绘画经度和纬度图尺：经线等分；纬线先10，再等分。 120O121O122O123O124O32O33O34O35036O60n mile60n mile60n mile60n mile7.34cm7.25cm

10、7.16cm7.08cm6cm51.02n mile50.46n mile49.88n mile49.29n mile48.69n mile简易墨卡托图网绘制原理&将地球作为圆球体&关系： = W sec &等纬圈弧长 W 被放大了sec 倍后，才等于与它相对应的赤道弧长 而被画在图上。经线局部比例尺也放大sec 倍&为制图方便，取两条纬线间的平均放大倍数sec m作为两相邻纬线间经线上的平均放大倍数。PNOOABCDEQdddDDRrabcdeqRDepm简易墨卡托图网绘制方法 以1经度等于6cm的比例尺，绘制120E124E，32N36N的简易图网。图幅范围

11、和经差-整度经线在图的下端画一垂直与经线的直线，作为32N纬线。自A点作一角度等于32.5，与121E经线相交与B点。量取AC=AB，过C且垂直经线的直线，即为33N纬线。用类似方法，画出其它纬线120O121O122O123O124O32O33O34O35036O7.37cm7.28cm7.20cm7.11cmABCDEFGHI32 .5O33 .5O34 .5O35 .5O东西问题641.某轮由赤道先向北航行600 n mile,再分别向东、向南和向西各航行600 n mile,则该轮最终到达点位于其起始点的 面。解：由赤道向北航行600海里到达100N纬线。关键问题是比较经差 D = D

12、ep Sec 小岛问题659.墨卡托海图比例尺为1：100000（300N），在地球表面450N有一东西宽1000m的小岛，该小岛投影岛上述海图后的图上宽度约为多少？解：先求取基准纬线处相同经差的小岛的实际宽度，然后根据比例尺的定义，求取基准纬线处小岛的图上宽度。 Dep30/Dep45= D30cos300/ D45cos450 Dep30=Dep45cos300 / cos450=1224.74m 图上宽度：1224741：100000 图上宽度1.2cm整度经线距离662.某简易墨卡托图网的基准纬度为300N，基准比例尺为1：100000，则该图上相邻两整度经线之间的距离约为多少？解：D

13、ep D cos Dep30 D30 cos300 = 60 cos300 51.96海里比例尺定义：经线间距离/实际距离1/100000(实际距离51.96 1852 100cm）总结：图上东西宽 经差D地面东西宽 东西距DepDep D cos比例尺S S1/S2= cos2 /cos1第四节 港泊图与大圆海图的投影方法v一、港泊图的投影方法 1、高斯投影（等角横圆柱投影）子午线纬线轴子午线公里线赤道高斯投影特点&具有等角横圆柱投影&将地球看作圆球体&轴 子 午 线 附 近 变 形 小经差小、纬差大的狭长区。&极区变形小极区与高纬地区海图。&两种图网

14、：经纬线和公里线图网，后者用于测量和军事。&大比例尺港泊图子午线纬线轴子午线公里线赤道 注：公里线图网垂直正交、 轴子午线与赤道垂直正交、经纬线是曲线v2、平面图 将地面小范围作为平面制图，图区范围内各点的局部比例尺都相等，无投影变形v3、心射投影 切点及其附近没有或很少有投影变形大圆海图 &根据心射投影原理绘制&图上大圆弧为直线；大圆海图使用注意事项&心射投影不是等角投影，不能在大圆海图上直接量取方向或夹角。除非图上绘制有变形向位圈，方可量取大圆方位。&大圆海图上相同纬度处投影变形不同，不能在大圆海图上直接量取距离。除非图上事先绘制有量距曲线，才能用特

15、殊的方法量取距离。&可直接读出分点经纬度墨卡托海图大圆海图大圆弧直线或曲线：凸向近极直线恒向线直线直线或曲线：凸向赤道第五节 海图的绘制与出版v海图的测量、海图的绘制v海图坐标系各国为使椭圆体尽可能接近所在地区大地水准面-采用不同坐标系；两海图坐标系位移量大于海图极限精度坐标转换（图与图之间转换）；导航定位仪采用的坐标系与海图坐标系不同坐标转换。 BA3636海图相邻的海图为BA89，在BA3636的NOTE栏中有这样一段话：vTo agree with adjoining chart 89 which is referred to Lisboa Datum , positions r

16、ead from chart 3636 should be moved 0.17 minutes SOUTHWARD and 0.01 minutes WESTWARD.v海图的出版与新版新图 新图、新米制海图、代替同图号的新图、英国复制澳大利亚和新西兰的海图新版图 新版图图号、比例尺及包括的地区与旧版图一样，新版日期印在原版日期的右侧。注意：应尽可能使用现行版且改正到最近一期航海通告的大比例尺海图。 在海图上所有未经测量的位置，均以空白点表示。第六节 识图v海图图式中版 GB 12319-1998“海图图式”英版 海图5011“英版海图符号与缩写”海图标题栏（chart legend）v说明

17、栏：出版机关的徽志、图幅的地理位置、图名比例尺、投影、坐标系、基准维度深度和高程的基准面及计量单位图式版别、基本等高距、制图资料说明等v其他：与航行安全有关的说明和重要注意或警告等对景图、潮信表、潮流表、换算表等资料坐标系修正量图廓注记（marginal notes）v海图图号中版按地理顺序、四角英版按出版时间、左上/右下（BA british admiralty chart）v发行和出版情况图廓外下边中间新图出版和发行单位、日期右边新版或改版日期v小改正：图廓外左下角v图幅尺寸：图廓外右下角、内廓线以内尺寸v对数图尺、参阅邻接海图海图基准面v高程基准面概念：山头、岛屿、明礁等高程的起算面取值

18、标准：中版： “1985国家高程标准”或当地平均海面英版：平均大潮高潮面（以半日潮为主的海区） 平均高高潮面 （以日潮为主的海区） 当地平均海面 （无潮海区）v深度基准面概念：海图上所注水深的深度起算面（干出高度的起算面）取值标准： 中版：理论最低潮面 英版：天文最低低潮面（lowest astronomical tide LAT）重要海图图式高程v概念：自高程基准面至物标顶端的海拔高度（陆上数字、部分水上带括号的数字）v起算面和单位标题栏中版：m英版：米制 - m/拓制 ftv标注： 10m：标至整米（舍小数部分）特殊高程特殊高程（1）v灯高：MHWS至光源中心高度v干出高度：深度基准面以上

19、的高度v净空高度： MHWS/江河高水位中下梁最低点/下垂最低点的垂直距离v山高： 高程点+等高线、草绘线（虚线）、山形线特殊高程（2）v建筑物高程建筑物符号旁标的数字 高程基准面至建筑物基部地面的高程v建筑物顶高建筑物旁带括号的数字 高程基准面至建筑物顶端的高度v建筑物比高建筑物旁带括号上有的数字 自地物、地貌基部地面至其顶端的高度常见高程图式等高线及高程点建筑物高程建筑物顶高建筑物比高树梢概略高度345.325015.3(35.3)(20)85重要海图图式水深v概念：海图水面上的数字 海图深度基准面至 海底的深度v标注：中版舍深取浅，米制m 31m，注至整米 英版米制m；拓制ft水深注记：

20、斜体数字新测；直体数字旧资料、不准水深点的位置整数的中心等深线：精确细实线；不精确虚线常见水深图式实际位置的水深移位水深狭水道最浅水深未测到底水深直体注记水深干出高度15864(8 )4(13)19815864142123重要海图图式底质v海底性质： 沙（sand，S）、泥（mud，M）、黏土（clay，Cy）、 淤泥（silt，Si）、石（stones，St）、岩（rock，R）、 珊瑚（coral，Co）、贝（shells，Sh）v注记顺序：先形容词后种类，如 软泥（so M ） 混合底质：先多后少，如 MS ，SM 分层地质：先上后下，如 M/S ，S/M重要海图图式礁石v概念：海中突出

21、、孤立的岩石 明礁：平均大潮高潮时露出的孤立岩石，与小岛同 样表示。 干出礁：平均大潮高潮面以下，深度基准面以上的孤立岩石。 适淹礁：深度基准面适淹的礁石。 暗礁：深度基准面以下的孤立礁石。常见礁石图式明礁（屿）干出礁适淹礁深度不明暗礁已知深度暗礁非危险暗礁(2.6)(1.3)(1.2)()18(4 )923岩Dr . m1 6(4 )145R30R二、地理坐标（二、地理坐标（geographic coordinate） 建立在地球椭圆体表面上。建立在地球椭圆体表面上。地轴地轴/地极（地极（earth axis/poles）子午圈子午圈 子午线子午线/经线（经线（meridian） 格林子午线

22、格林子午线赤道赤道 纬度圈纬度圈（parallel of latitude） QQPNPSOAAGWEM90 N90 S0重要海图图式沉船 危险沉船 非危险沉船中版 20m 20m英版 28m 28m深度不明 有碍航行 不影响航行其他沉船：船体露出水面的沉船、干出沉船、已知深度的水下沉船深度不明的水下沉船、部分船体露出的沉船、仅桅杆露出的沉船、经扫海的沉船、未精测的沉船常见沉船图式危险沉船非危险沉船已知最浅深度沉船经扫海探测的沉船未精测的沉船部分船体露出沉船仅桅杆露出的沉船按比例绘画的沉船42船25Wk42船25Wk27船20Wk船Mast ( )12Wk桅Masts重要海图图式障碍物v鱼礁v

23、扫海v凡危险物外加点线圈者，均为对水面航行有碍的危险物。v概位PA、疑位PD、疑存ED、据报Rep、疑深SD常见碍航物图式沉船残骸及其他碍锚地深度不明的障碍物已知最浅深度的障碍物经扫海的障碍物渔栅渔礁贝类养殖场6碍16obstn碍 锚 地碍Obstn碍2Obstn173贝Shellfish Beds(2 )6Foul重要海图图式助航标志v航标：灯标、立标、浮标、无线电信标、雷达标、雾号v灯标：灯塔、灯桩、灯船、灯浮v航标特征：形状、颜色、顶标、灯质、编号vIALA 中国A区域 灯标v注记顺序：节奏+颜色+周期+灯高+射程如：FlR6s75m15Mv基本灯质：定光 （fixed ， F）明暗光（

24、 occulting ，Oc）闪光（ flashing ，Fl）互光（ alternating ， Al）v闪光单闪光 Fl长闪光 LFl 2s快闪光 Q 50-80(我：60)甚快闪光 VQ 80-160(我：120)特别快闪光 UQ 160次/秒v其他联闪光Fl(2)、混合联闪光Fl(2+1)定闪光FFl、等明暗Iso.闪红白FlRW、互闪红白AlFlRW重要航标图式灯塔、灯桩设灯的平台塔形灯桩灯船蓝比（大型航标）导灯269 170LtLt Ho黑黄BYBnTowerLt V雷达信标图式海岸雷达站雷达指向标雷达应答标雷达反射器雷达显著物标Ra雷达雷信雷康3 10(K) ( &cm)RamarkRacon (K) ( &cm)3 10Ra.Refl.Ra conspic其他常用海图图式平台、井架已知最大吃水航道已知最大吃水推荐航道深水航道无线电报告点限制区界限引航站青龙Z-446 5 . m6 5 . m3DW20m第七节 海图的分类和使用注意事项 v海图分类：按作用：航海图（总图、航行图、港湾图、参考图）按绘制图网的方法：墨卡托海图、高斯投影海图、大圆海图按载体：纸质海图、电子海图v航海图作用：拟定航线、进行航迹推算和定位等海图作业v参考图作用：为了某种航海的特殊需要而专门绘制航路设计图、大圆海图、气候