航海学-张杰(第二章)

1、航 海 学NAVIGATION,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 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

2、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 定义：按照一定数学法则把地球表面描述到平面上的方法。 地面经纬线建立地图的经纬线图网长度、角度、面积变形 局部比例尺 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。,海图比例尺决定海图的精度,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 表示方法：

3、数字比例尺和直线比例尺 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 海图作业最高精度为海图极限精度的2倍 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 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

4、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）,（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,（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：,第二节 恒向线,恒向线（rhumb line）：等角航线 沿恒定的航向航行时理想轨迹：在地球表面上是一条曲线 研究目的：为了寻找便于航行使用的海图投影方法。(直线航行) 表现形式：一条与所有子午线相交成恒定角度的、具有

5、双重曲率的球面螺旋线，它趋向地极，但不能到达地极。 C=90/270，0/180除外, ( ) ( ),球面恒向线方程,恒向线特点,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。 当C为000、 180时，恒向线为子午线大圆弧 当C为090、 270时，恒向线为赤道或纬度圈 任意一条恒向线只与每条等纬圈相交一次（ C为090、 270 除外） 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，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！,第三节 墨卡托投影海图,航用海图恒向

6、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 相互平行直线（渐长）,纬度渐长率示意图, , ,纬度渐长率,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。 公式： 单位：赤道里 特性：仅与纬度有关，与比例尺无关,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

7、相互垂直。 经度1的长度（1赤道里）相等，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。,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

8、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。,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,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：

9、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 = Dep 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300

10、N，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：Dep 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Dep Dep 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,一、港泊图的投影方法 1、高斯投影（等角横圆柱投影）,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

11、区海图。 两种图网：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,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,2、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 3、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，才能用特殊的方法量取距离。 可直接读出分点经纬度,第五节

12、 海图的绘制与出版,海图的测量、海图的绘制 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：,To agree with adjoining chart 89 which is referred to Lisboa Datum , positions read from chart 3636 should be moved 0.17 minutes SOUTHWARD and

13、0.01 minutes WESTWARD.,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,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）,说明栏： 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

14、别、基本等高距、制图资料说明等 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）,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） 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 小改正：图廓外左下角 图幅尺寸：图廓外右下角、内廓线以内尺寸 对数图尺、参阅邻接海图,海图基准面,高程基准面 概念：山头、岛屿、明礁等高程的起算面 取值标准： 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

15、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）,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,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） 起算面和单位标题栏 中版：m 英版：米制 - m/拓制 ft 标注： 10m：标至整米（舍小数部分） 特殊高程,特殊高程（1）,灯高：MHWS至光源中心高度 干出高度：深度基准面以上的高度 净空高度： MHWS/江河高水位中下梁最低点/下垂最低点

16、的垂直距离 山高： 高程点+等高线、草绘线（虚线）、山形线,特殊高程（2）,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 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 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,重要海图图式水深,概念：海图水面上的数字 海图深度基准面至 海底的深度 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：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,

17、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,重要海图图式底质,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） 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,概念：海中突出、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。

18、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,二、地理坐标（geographic coordinate） 建立在地球椭圆体表面上。 地轴/地极（earth axis/poles） 子午圈 子午线/经线（meridian） 格林子午线 赤道 纬度圈 （parallel of latitude）,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

19、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,重要海图图式障碍物,鱼礁 扫海 凡危险物外加点线圈者，均为对水面航行有碍的危险物。 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,重要海图图式助航标志,航标：灯标、立标、浮标、无线电信标、雷达标、雾号 灯标：灯塔、灯桩、灯船、灯浮 航标特征：形状、颜色、顶标、灯质、编号 IA

20、LA 中国A区域,灯标 注记顺序：节奏+颜色+周期+灯高+射程 如：FlR6s75m15M 基本灯质： 定光 （fixed ， F） 明暗光（ occulting ，Oc） 闪光（ flashing ，Fl） 互光（ alternating ， Al）,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 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

21、灯,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,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,第七节 海图的分类和使用注意事项,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 航海图作用： 拟定航线、进行航迹推算和定位等海图作业 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、气候图、等磁差曲线图,总图（general charts） 1：3 000 000 航行图（sailing charts） 远洋航行图（ocean sailing charts） 1：1 000 000 1：2 990 000 近海航行图（offshore sailing charts） 1：200 000 1：99