§ 26. Графическое и письменное счисление пути судна

Общие сведения. Прокладка, выполняемая без проверки положений судна путем определений его места по береговым предметам или по небесным светилам, называется счислением пути судна. Счисление, выполняемое на карте методом графических построений, называется графическим счислением пути судна, а выполняемое с помощью вычислений по специальным формулам - письменным (аналитическим).

Графическое счисление. Сущность этого метода заключается в следующем. В момент определения начальной точки а" (см. рис. 29) замечают время но судовым часам (до 1 мин) и показания счетчика лага (до 0,1 мили). Начальную точку а" обводят кружком и около нее на свободном месте делают надпись в виде дроби: числитель - время, знаменатель - показания лага 18,00/2,5 Если обсервованная точка а" достаточно близка к начальной точке а, то от точки а" прокладывают линию первого курса в виде прямой линии, параллельной линии ас. После этого линию ас стирают с карты, а на вновь проведенной линии надписывают число градусов компасного курса и рядом, в скобках, - рассчитанную для этого курса общую поправку компаса АК, чтобы всегда можно было установить, по какому курсу правили.

Если же обсервованная точка а" удалена от точки а настолько, что линия пути судна проходит близко к опасностям (пунктир на рис. 29), тогда прокладывают новый курс так, как это было показано выше в § 25.

На линии пути ежечасно отмечают счислимые места судна. Для этого расстояние, пройденное судном за 1 ч, в масштабе карты откладывают измерителем на пути судна от начальной точки. Б отмеченном измерителем месте делают засечку в виде короткой прямой линии, перпендикулярной линии пути, а также надпись времени и показания лага.

Если судну необходимо изменить направление движения, то в момент смены курса вновь замечают время и отсчет лага. Рассчитав совершенное от последней счислимой точки плавание, откладывают его по линии пути, отмечают точку поворота с записью в виде дроби (04.37/70,2) и от этой точки прокладывают новый курс. Если по каким-либо причинам судно окажется в точке с", которая удалена от намеченной предварительной прокладкой точки с значительно, то новый курс прокладывают так, чтобы выйти в точку d второго поворота. После этого линию cd также стирают с карты, а на линии с"d" надписывают число градусов КК и рядом, в скобках, - общую поправку компаса АК для ЭТОГО курса.

Ведение графической прокладки позволяет судоводителю иметь наглядное представление о месте судна относительно навигационных опасностей.

Точность прокладки зависит от того, насколько правильно проложен курс и учтено пройденное расстояние. Точность прокладки выражается следующей формулой:

где Sлo - величина совершенного судном плавания;

Ek - ошибка в общей поправке компаса;

Es - ошибка в поправке лага, %.

Пример 26. Определить радиус круга, внутри которого должно быть место судна, прошедшего одним курсом 60 миль, если возможная ошибка в курсе ±1°, а возможная ошибка в поправке лага (-2,0%).

Решение. По формуле (31)

Поворот судна с одного курса на другой вносит некоторую дополнительную ошибку в прокладку, так как после перекладки руля судно не мгновенно изменяет направление движения, а описывает центром тяжести определенную кривую (циркуляцию).

Учет циркуляции имеет большое значение при плавании в стесненных водах, узкостях, шхерах и т. п. Циркуляцию учитывают следующим образом.

Судно (рис. 30), следуя в направлении К1, в точке А должно повернуть в направлении К2 (угол поворота равен а). Для учета циркуляции проводят биссектрису внутреннего угла поворота (3= 180°-а и на ней ищут центр О окружности с радиусом, равным половине тактического диаметра циркуляции Dц который определяют опытным путем и выражают обычно в длинах корпуса судна.

Проведя окружность, отмечают точки В и С касания ее с линиями К1 и К2. Точку В считают началом поворота.

Письменное счисление. Счислимое место судна может быть получено аналитическим способом письменного счисления в тех случаях, когда нерационально применять графическое счисление пути судна: при плавании в высоких широтах, во время ледового плавания, китобойного промысла и т. д.

Рис. 30.

Сущность письменного счисления заключается в определении координат пункта прихода при известных координатах пункта отхода, курсе и плавании судна. При помощи письменного счисления можно решить обратную задачу: определить плавание и курс судна по известным координатам пунктов прихода и отхода.

На основании формул (4) и (5) координаты пункта прихода могут быть выражены так:

Если плавание происходит в невысоких широтах, то выражения для РШ и РД легко получить из рассмотрения так называемого навигационного треугольника ABC (рис. 31), в котором:

А - точка отхода с координатами cp1 и Л2;

В - точка прихода с координатами cp2 и Л2;

К = LСАВ - курс судна при переходе из точки А в точку В;

AB=S - расстояние между пунктами отхода и прихода;

АС=РШ и ВС=ОТШ.

Если допустить, что треугольник ABC плоский и прямоугольный, то непосредственно из рис. 31 получаем:

Далее подставляя значение ОТ Ш из формулы (6), получаем
На самом деле ААВС не плоский и не прямоугольный (фигура АСВС" представляет собой сферическую трапецию). Поэтому РД1 = =РД2(срB=cpA) , а действительное значение
где

- средняя широта .

Для облегчения работы штурмана в МТ-63 имеются вспомогательные таблицы: табл. 24 дает величины РШ и ОТШ по аргументам S (плавание) и К (курс); табл.

25-а - величины РД по аргументам φm и ОТШ.

Рис. 31.

Если счисление ведется на переходе, совершаемом судном одним и тем же курсом, то его называют простым, а если несколькики курсами - составным. Составное счисление применяют при плавании на течении, особенно на приливо-отливном; при этом течение учитывают как отдельный дополнительный курс (курсы). При составном счислении РШ и РД вычисляют или выбирают из таблиц по каждому отдельному курсу и плаванию. Составляя алгебраическую сумму всех РШ и ОТШ, получают генеральную РШ и генеральное ОТШ. Далее вычисляют широту пункта прихода по формуле

φ2 = φ1 + генеральная PШ

И генеральную по формуле

ГЛАВА 17. АНАЛИТИЧЕСКОЕ (ПИСЬМЕННОЕ) СЧИСЛЕНИЕ

КООРДИНАТ СУДНА

Сущность и основные формулы аналитического

(письменного) счисления

Кроме графического счисления пути судна, учет его плавания может производиться с помощью аналитического (письменного) счисления.

Аналитическое счисление – вычисление географических координат судна по его курсу и плаванию (по сделанным судном разностям широт и долгот) по формулам вручную или с помощью счетно-решающих устройств.

Аналитическое счисление производится по формулам и применяется при плавнии судна вдали от берегов на океанских переходах, когда ведение графического счисления становится неточным из-за больших погрешностей в графических построениях на морских навигационных картах мелкого масштаба.

Чаще всего аналитическое счисление применяется:

1. ’ при непрерывной выработке текущих счислимых координат места судна, вводимых в системы судовой автоматики. Задача решается с помощью автоматических счетно-решающих устройств (или ЭВМ);
2. ’ при периодическом вычислении счислимых координат места судна в тех случаях, когда необходимо исключить погрешности счисления за счет неточности графических построений, связанных с прокладкой пути судна на мелкомасштабной карте. Задача решается вручную или с помощью счетно-решающих устройств (для контроля точности графических построений на карте; определения места судна по разновременным наблюдениям светил).

Аналитическое счисление с помощью автоматических счетно-решающих устройств производится по формулам с учетом сжатия Земли. В простейших системах решаются формулы без учета сжатия Земли.

Получим основные формулы аналитического счисления (рис. 17.1).

Судно из точки А (j 1 l 1 ), следуя постоянным курсом (К ) по локсодромии, пришло в точку В (j 2 l 2 ).

Если будут известны сделанные судном разность широт (РШ ) и разность долгот (РД ) то координаты точки В (j 2 l 2 ) легко получить из соотношений:

Рис. 17.1. Аналитическое (письменное) счисление пути судна

Значение разности широт (РШ ) и разности долгот (РД ) можно рассчитать по известным элементам движения: К ® курсу судна и S ® плаванию судна по этому курсу.

Считая Землю за сферу (шар) из элементарно малого треугольника Аа¢в¢ :

® приращение широты;

® приращение отшествия;

® приращение расстояния,

где – разность широт (мили);

– расстояние между меридианами по параллели от т. а¢ до т. в¢ – отшествие (мили);

– плавание судна по локсодромии между точкой А и точкой в¢ (мили).

Если D Аа¢в¢ принять за плоский , можно написать дифференциальные уравнения:

В результате интегрирования значений и при K = const , получим:

то есть . (17.4)

Для вычисления значения разности долгот – РД , воспользуемся соотношением между длиной дуги экватора и параллели:

Умножим числитель () и знаменатель (cos j ) на , тогда

так как из D Аа¢в¢

Решение этого уравнения приводит к известному интегралу:

тогда . (17.5)

Для вывода прямой связи между отшествием (ОТШ ) и разностью долгот (РД ), используем теорему о среднем значении интеграла, которая дает:

где j n – промежуточное значение широты в интервале между j 1 и j 2 .

Тогда для разности долгот – РД можно написать

Приравняв оба значения разности долгот (РД ), полученного по формулам (17.5) и (17.6), получим значение промежуточной широты j n :

откуда . (17.8)

Подставив значение соs j n (формула 17.8) в формулу (17.6) для разности долгот (РД ) и учтя, что

окончательно получим:

где отшествие (ОТШ ) и разность широт (РШ ) в милях.

Таким образом отшествие (ОТШ ) представляет собой длину параллели (в милях) между меридианами точек А и В , широта которой (параллели) определяется соотношением

На практике, при ведении аналитического учета на коротких расстояниях, можно допустить, что в интервале от j 1 до j 2 значение cos j изменяется линейно, тогда

и приближенная формула для расчета разности долгот – РД примет вид:

то есть разность долгот (РД ) равна отшествию (ОТШ ), деленному на косинус средней широты ().

По формулам (17.3) и (17.4) составлены таблица 24 «МТ-75» (с. 260¸272) и таблица 2.19а «МТ-2000» (с. 282¸294) «Разность широт и отшествие». В этих таблицах по плаванию S (от 0 до 100 миль) и курсу (через 1°) можно получить готовые значения разности широт (РШ ) и отшествия (ОТШ ) , величины которых даны в таблице до сотых долей мили и поэтому могут быть использованы для плаваний (S ) в 10 и 100 раз больших (или меньших) ® переносом запятой ® см. табл. 17.8.

Пример: 1) S = 450 миль, К = 37°, РШ = 359,4 мили к N и ОТШ = 270,8 мили к Е ;

2) К = 230°, S = 1860 миль, РШ = 1195,6¢ к S и ОТШ = 1424,8¢ к W (см. табл. 17.1).

В «МТ-75» помещена также специальная таблица 25а «Разность долгот» (с. 273¸278) составленная по формуле (17.13).

Аналогичная таблица 2.20 – см. «МТ-2000» (с. 296¸301).

Разность широт и отшествие

(с. 271 «МТ-75» или с. 293 «МТ-2000»)

Определение места судна путем вычисления его текущих (счислимых) координат от известных начальных по курсу, скорости с учетом дрейфа, сноса течением и по времени называется счислением координат судна (счислением пути судна ) или сокращенно счислением .

Координаты счислимого места суднаназываютсясчислимыми координатами и обозначаются:

φ С – счислимая широта;

λ С – счислимая долгота.

Счислимое место - место судна, определенное на основе счисления координат его места.

Назначением счисления является ориентирование судна относительно местности с точностью, обеспечивающей навигационную безопасность его плавания.

Линия, по которой фактически перемещается судно под действием движителей, ветра и течения, называется линией пути .

Сущность счисления заключается в том, что от известного исходного места на навигационной карте прокладываются направления движения судна и пройденные по ним расстояния с целью получения его места на любой заданный момент времени.

Счисление координат суднаклассифицируется :

По способу счисления :

графическое , основанное на непрерывном учете элементов счисления и изображения их на навигационной карте;

аналитическое , основанное на расчете текущих координат по определенным математическим зависимостям.

По степени автоматизации :

автоматическое , производимое с помощью специальных вычислительных машин (автопрокладчик, автосчислитель и др.);

обсервационное , автоматическое счисление, основанное на непрерывном уточнении текущих счислимых координат по внешним ориентирам;

ручное , производимое с помощью графо-аналитических действий, выполняемых вручную или с помощью таблиц.

Требования, предъявляемые к счислению пути судна

К счислению предъявляются следующиетребования:

счисление должно вестись непрерывно , чтобы в любой момент времени знать место судна (его текущие координаты) относительно местности;

счисление должно быть точным , чтобы обеспечить навигационную безопасность плавания и решение свойственных данному судну задач;

счисление должно быть достаточно простым и наглядным .

Предпочтительным способом учета перемещения судна является автоматическое с обязательным ручным графическим счислением , что, по существу, удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к счислению.

Даже при наличии современных навигационных комплексов, в которых процесс счисления полностью автоматизирован и имеет высокую точность, ручное графическое счисление ведется в обязательном порядке для контроля и исключения промахов в случае возникновения неисправностей в приборах.

Ручной графический способ счисления часто называют навигационной прокладкой, хотя последнее → понятие более широкое (+ определение мест и др.).

Навигационная прокладка пути судна – графические построения на морской карте при решении навигационных задач судовождения.

Задачи, решаемые при ручном графическом счислении пути судна

При отсутствии ветра и течения судно перемещается относительно морского дна только под действием собственных движителей.

Если пренебречь рысканием судна (отклонениями рулевого от заданного ему курса) и считать поправку курсоуказателя постоянной, то линия пути судна на навигационной карте изобразится прямой линией, совпадающей с направлением истинного курса.

Путь судна - направление перемещения центра массы судна, измеряемое горизонтальным углом между северной частью истинного меридиана и линией пути судна по часовой стрелке от 0° до 360° (круговая система счета).

Линия пути судна - линия, по которой перемещается центр массы судна относительно дна моря (рис.5.3).

Рис. 5.3. Линия пути и путь судна

При ручном графическом счислении координат судна без учета дрейфа и течения решаются следующие задачи:

расчет и прокладка истинных курсов;

расчет и прокладка пройденных судном расстояний;

учет циркуляции– изменения курса судна.

При ведении счисления используются показания приборов:

репитера курсоуказателя (магнитного компаса, гирокомпаса и др.) –КК ;

репитера лага (значенияV Л иОЛ );

тахометров (N об/мин – число оборотов движителей);

судовых часов (текущее время).

За исходную точку начала счисления принимается место судна на якоре (бочке, у причала), определенное по наблюдениям береговых ориентиров или по счислению (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Оформление графического счисления пути судна на путевой карте

1. По счислимым координатам (φ С , λ С ) наносим место якорной стоянки, около которого на свободном месте записываем время съемки с якоря и полное показание счетчика лага (ОЛ 0 ):

Во всех случаях дробная черта записи проводится по линейке и параллельно параллели .

2. Из точки якорной стоянки проводим направление линии истинного курса, рассчитанное по формуле:

Если курсоуказание идет от гирокомпаса, то

Если курсоуказание идет от магнитного компаса, то

ИК = КК МК + Δ МК

Δ МК = d + δ

– поправка магнитного компаса.

Над проведенной из точки якорной стоянки линией истинного курса (линией пути) делается надпись:

КК – сокращенное обозначение компасного курса (ГКК, КК ГЛ , КК П );

127,0° – значение компасного курса, заданное рулевому (знак равенства между КК и 127,0° по правилам не ставится);

(+2,0°) – величина и знак принятой поправки курсоуказателя указывается в скобках.

Надпись над линией курса позволяет контролировать :

Правильность удержания заданного курса (127,0°) рулевым;

Величину принятой и учитываемой поправки курсоуказателя (+2,0°);

Правильность проведения направления линии истинного курса на карте (129,0°).

При следовании судна по заданному курсу рулевой регулярно (через каждые 15 минут) сверяет показания курсов по основному курсоуказателю (по ГК или поГА или др.) и по магнитному компасу с докладом вахтенному капитану (вахтенному помощнику капитана).

Счислимые координаты судна записываются в судовой журнал :

при съемке судна с якоря (бочки) и при постановке на якорь (бочку);

при плавании по счислению, в часы кратные 4-м (00, 04, 08 … 20);

каждый час при плавании судна по счислению вблизи берега;

при смене штурманской (ходовой) вахты и в других случаях по указанию капитана.

На навигационную карту счислимое место судна наносится :

в часы, кратные четырем (00, 04 … 20);

при изменении судном его курса или скорости;

при смене штурманской (ходовой) вахты;

каждый час при плавании судна вблизи берега или в стесненных водах и др. случаях по указанию капитана.

Для нахождения счислимого места на заданное (текущее) время следует (рис.5.4):

Зафиксировать показания судовых часов с точностью до ± 1 минуты (11.00) ;

Зафиксировать отсчет лага (ОЛ 1 ) с точностью до 0,1 мили(60,4) ;

(для V Л = 18 уз. →К Л = 1,02)S Л = 1,02 · 11,8 =12,0 мили.

S ОБ =12,0 мили

при условии, что S Л = S ОБ → отложить его значение (в масштабе карты) от исходной точки по линии истинного курса и нанести счислимое место судна (на 11.00) условным знаком (штрих линии ИК ~ 5 мм ).

Рядом со счислимым местом записать дробью

При ведении счисления часто возникает необходимость знать время и отсчет лага прихода судна в заданную точку (точку встречи, точку якорной стоянки и т.д.).

Такая точка может быть задана (рис.5.5):

Рис. 5.5. Способы задания на карте точки

1. координатами (φ, λ );

   направлением на ориентир (ИП илиКУ );

   расстоянием (D ) до ориентира и др.

Порядок решения задачи .

При плавании корабль находится на границе двух сред — воздушной и водной, перемещение которых оказывает на него влияние, отклоняя от курса и изменяя скорость движения.
Снос корабля ветром называется дрейфом. Ветер представляет собой поступательное перемещение воздушных масс. За направление ветра принимается направление (в градусах), откуда дует ветер. Скорость ветра измеряется в метрах за секунду или в баллах.

Рис.1
Пусть V0-скорость корабля относительно воды, обусловленная работой собственных движителей (рис. 1). Сопротивление воздуха движению корабля воспринимается наблюдателем на корабле как встречный поток воздуха, вектор скорости которого (-V0). Пусть u — вектор скорости истинного ветра. Встречный поток воздуха и истинный ветер, складываясь, образуют суммарный поток, наблюдаемый на движущемся корабле и называемый кажущимся (наблюденным) ветром. Вектор скорости кажущегося ветра равен геометрической сумме:
W = u + (-V0) = u — V0.
Скорость кажущегося ветра определяется автоматически с помощью анеморумбометра или вручную с помощью анемометра, направление КW — по анеморумбометру или по направлению флага или вымпела. Кажущийся ветер. Бездействуя на корабль под курсовым углом qW, вызывает полную аэродинамическую силу Р, приложенную к центру парусности корабля. Из-за преломляющих свойств надстройки направление действия силы Р в общем случае не совпадает с направлением кажущегося ветра. Под действием силы Р корабль смещается по направлению этой силы со скоростью дрейфа VДР.
Разложим скорость VДР на составляющие VДР X по диаметральной плоскости и VДР Y по траверзу. Скорость VДР X в зависимости от направления кажущегося ветра вычитается или складывается со скоростью V0. Если лаг работает, он учитывает эту скорость. Поэтому
Vл = V0 + VДР X.
Скорость VДР Y отклоняет корабль от заданного курса. Сложив геометрически скорость корабля Vл со скоростью VДР Y, получим вектор V фактической, или путевой, скорости корабля:
V = Vл + VДР Y.
Как видно, при сложении скоростей Vл и VДР Y корабль перемещается по направлению их равнодействующей.
Линия, по которой фактически перемещается корабль относительно дна моря под действием движителей и кажущегося ветра, называется линией пути при дрейфе. Диаметральная плоскость корабля при перемещении его по линии пути остается параллельной линии истинного курса. Это обусловлено тем, что рулевой постоянно удерживает заданный истинный курс. Следовательно, корабль перемещается по линии пути вперед не носом, а скулой.
Угол в плоскости истинного горизонта между северной частью истинного меридиана и линией пути при дрейфе называется путевым углом при дрейфе ПУ?.
Угол в плоскости истинного горизонта между линиями истинного курса и пути при дрейфе называется углом дрейфа?. Если ветер дует в левый борт корабля, угол дрейфа положительный (путевой угол при дрейфе больше истинного курса). При ветре с правого борта угол дрейфа отрицательный (путевой угол при дрейфе меньше истинного курса).
Угол дрейфа зависит от скорости и курсового угла кажущегося ветра, от скорости и конструктивных особенностей корабля: высоты и архитектуры надстроек, надводной части корпуса и формы обводов корпуса. Угол дрейфа измеряется с помощью дрейфомера. При отсутствии этого прибора углы дрейфа для различных условий плавания выбираются из таблицы дрейфа, составленной по опытным данным. Из рис. 1 видно:

Формулы — алгебраические, угол? берется со своим знаком.
В практике кораблевождения приходится решать в основном две задачи, связанные с дрейфом корабля. Прямая задача:
Рассчитать путевой угол при дрейфе ПУ? (линию пути корабля при дрейфе), если задан истинный курс.
Для решения этой задачи необходимо:
— определить знак угла дрейфа?;
— рассчитать курсовой угол qW кажущегося ветра;
— выбрать величину угла? из таблицы дрейфа по аргументам: по скорости корабля и qW;
— рассчитать путевой угол при дрейфе ПУ?, проложить линию пути на карте.
КК = 79,0°; Vл = 12,0 уз;
?ГК = + 1,0°; ветер 5° -12 м/с.
Решение:
Ветер дует в левый борт корабля — угол? положительный:
ИК = КК + ?ГК = 80,0°;
? = +4,0°; ПУ? = ИК + ? = 84,0°.

2.Прокладка истинных радиопеленгов в случае, если радиомаяк находится за пределами восточной или западной границами рамки карты.

Для нахождения положения определяющей точки (т. М’) через которую будет проведен радиопеленг на КРМК (т. А), необходимо:
1) ? из «РТСНО» выписать координаты КРМКА (?А, ?А);
2) ? рассчитать значение? ? = ?Р – ?А, где?Р – долгота боковой рамки карты;
3) ? провести на карте параллель КРМКА (?А– из «РТСНО») и отложить отрезок;
4) ? через т. А» провести дополнительный меридиан аа;
5) ? от т. А’ провести Лок. П КРМКА А до пересечения с аа – т. М;
6) ? от т. М по аа отложить отрезок и через полученную точку М’ провести радиопеленг на КРМК А? это и будет искомая линия положения (I–I).