Рис. 4 Основные линии и плоскости наблюдателя
Для ориентирования в море принята система условных линий и плоскостей наблюдателя. На рис. 4 изображен земной шар, на поверхности которого в точке М располагается наблюдатель. Его глаз находится в точке А . Буквой е обозначена высота глаза наблюдателя над уровнем моря. Линия ZMn, проведенная через место наблюдателя и центр земного шара, называется отвесной или вертикальной линией. Все плоскости, проведенные через эту линию, называются вертикальными , а перпендикулярные ей - горизонтальными . Горизонтальная плоскость НН / , проходящая через глаз наблюдателя, называется плоскостью истинного горизонта . Вертикальная плоскость VV / , проходящая через место наблюдателя М и земную ось, называется плоскостью истинного меридиана. В пересечении этой плоскости с поверхностью Земли образуется большой круг РnQPsQ / , называемый истинным меридианом наблюдателя . Прямая, полученная от пересечения плоскости истинного горизонта с плоскостью истинного меридиана, называется линией истинного меридиана или полуденной линией N-S. Этой линией определяется направление на северную и южную точки горизонта. Вертикальная плоскость FF / , перпендикулярная плоскости истинного меридиана, называется плоскостью первого вертикала . В пересечении с плоскостью истинного горизонта она образует линию Е-W, перпендикулярную линии N-S и определяющую направления на восточную и западную точки горизонта. Линии N-S и Е-W делят плоскость истинного горизонта на четверти: NE, SE, SW и NW.
Рис.5. Дальность видимости горизонта
В открытом море наблюдатель видит вокруг судна водную поверхность, ограниченную малым кругом СС1 (рис. 5). Этот круг называется видимым горизонтом. Расстояние De от места судна М до линии видимого горизонта СС 1 называется дальностью видимого горизонта . Теоретическая дальность видимого горизонта Dt (отрезок AB) всегда меньше его действительной дальности De. Это объясняется тем, что из-за различной плотности слоев атмосферы по высоте луч света распространяется в ней не прямолинейно, а по кривой АС. В результате наблюдатель может видеть дополнительно некоторую часть водной поверхности, расположенную за линией теоретического видимого горизонта и ограниченную малым кругом СС 1 . Этот круг и является линией видимого горизонта наблюдателя. Явление преломления световых лучей в атмосфере называется земной рефракцией. Рефракция зависит от атмосферного давления, температуры и влажности воздуха. В одном и том же месте Земли рефракция может меняться даже на протяжении одних суток. Поэтому при расчетах берут среднее значение рефракции. Формула для определения дальности видимого горизонта:
В результате рефракции наблюдатель видит линию горизонта в направлении АС / (рис. 5), касательном к дуге АС. Эта линия приподнята на угол r над прямым лучом АВ. Угол r также называется земной рефракцией. Угол d между плоскостью истинного горизонта НН / и направлением на видимый горизонт называется наклонением видимого горизонта .
ДАЛЬНОСТЬ ВИДИМОСТИ ПРЕДМЕТОВ И ОГНЕЙ. Дальность видимого горизонта позволяет судить о видимости предметов, находящихся на уровне воды. Если предмет имеет определенную высоту h над уровнем моря, то наблюдатель может обнаружить его на расстоянии:
На морских картах и в навигационных пособиях приводится заранее вычисленная дальность видимости огней маяков Dk с высоты глаза наблюдателя 5 м. С такой высоты De равна 4,7 мили. При е , отличной от 5 м, следует вносить поправку. Её величина равна:
Тогда дальность видимости маяка Dn равна:
Дальность видимости предметов, расчитанная по данной формуле, называется геометрической, или географической. Вычисленные результаты соответствуют некоторому среднему состоянию атмосферы в дневное время суток. При мгле, дожде, снегопаде или туманной погоде видимость предметов, естественно, сокращается. Наоборот, при определенном состоянии атмосферы рефракция может быть очень большой, вследствие чего дальность видимости предметов оказывается значительно больше рассчитанной.
Дальность видимого горизонта. Таблица 22 МТ-75:
Таблица вычислена по формуле:
Де = 2.0809 ,
Входя в табл. 22 MT-75 с высотой предмета h над уровнем моря, получают дальность видимости этого предмета с уровня моря. Если к полученной дальности прибавить дальность видимого горизонта, найденную в той же таблице по высоте глаза наблюдателя е над уровнем моря, то сумма этих дальностей составит дальность видимости предмета, без учета прозрачности атмосферы.
Для получения дальности радиолокационного горизонта Дp принято выбранную из табл. 22 дальность видимого горизонта увеличивать на 15%, тогда Дp=2.3930 . Эта формула справедлива для стандартных условий атмосферы: давление 760 мм, температура +15°C, градиент температуры - 0.0065 градуса на метр, относительная влажность, постоянная с высотой, 60%. Любое отклонение от принятого стандартного состояния атмосферы обусловит частичное изменение дальности радиолокационного горизонта. Кроме того, эта дальность, т. е. расстояние, с которого могут быть видны отраженные сигналы на экране радиолокатора, в значительной степени зависит от индивидуальных особенностей радиолокатора и отражающих свойств объекта. По этим причинам пользоваться коэффициентом 1.15 и данными табл. 22 следует с осторожностью.
Сумма дальностей радиолокационного горизонта антенны Лд и наблюдаемого объекта высотой А представит собой максимальное расстояние, с которого может вернуться отраженный сигнал.
Пример 1.
Определить дальность обнаружения маяка высотой h=42 м
от уровня моря с высоты глаза наблюдателя е=15.5 м.
Решение. Из табл. 22 выбирают:
для h = 42 м
..... . Дh
= 13.5 мили;
для е
= 15.5 м
. . . . . . Де
= 8.2 мили,
следовательно, дальность обнаружения маяка
Дп = Дh+Дe = 21.7 мили.
Дальность видимости предмета можно определить также по номограмме, помещенной на вкладыше (приложение 6). MT-75
Пример 2.
Найти радиолокационную дальность объекта высотой h=122 м,
если действующая высота радиолокационной антенны Hд= 18.3 м
над уровнем моря.
Решение. Из табл. 22 выбирают дальности видимости объекта и антенны с уровня моря соответственно 23.0 и 8.9 мили. Суммируя эти дальности и умножая их на коэффициент 1.15, получают, что объект при стандартных условиях атмосферы, вероятно, будет обнаружен с расстояния 36.7 мили.
Видимый горизонт. Учитывая, что земная поверхность близка к окружности, наблюдатель видит эту окружность, ограниченную горизонтом. Эта окружность и называется видимым горизонтом. Расстояние от места нахождения наблюдателя до видимого горизонта называется дальностью видимого горизонта.
Предельно ясно, что чем выше над землей (поверхностью воды) будет расположен глаз наблюдателя, тем больше будет и дальность видимого горизонта. Дальность видимого горизонта на море измеряется в милях и определяется по формуле:
где: De - дальность видимого горизонта,
м;
е - высота глаза наблюдателя, м (метр).
Для получения результата в километрах:
Дальность видимости предметов и огней. Дальность видимости предмета (маяк, другое судно, сооружение, скала и т.д.) на море зависит не только от высоты глаза наблюдателя, но и от высоты наблюдаемого предмета (рис. 163 ).
Рис. 163 . Дальность видимости маяка.
Следовательно дальность видимости предмета (Dn) будет суммой De и Dh.
где: Dn - дальность видимости предмета,
м;
De - дальность видимого горизонта наблюдателем;
Dh - дальность видимого
горизонта с высоты предмета.
Дальность видимости предмета над уровнем воды определяется по формулам:
Dп = 2,08 (√е + √h), мили;
Dп = 3,85 (√е + √h), км.
Пример.
Дано : высота глаза судоводителя е = 4 м, высота маяка h = 25 м. Определить на каком расстоянии судоводитель должен увидеть маяк в ясную погоду. Dп = ?
Решение:
Dп = 2,08 (√е + √h)
Dп = 2,08 (√4 + √25) =
2,08 (2 + 5) = 14,56 м = 14,6 м.
Ответ: Маяк откроется наблюдателю на расстояние около 14,6 мили.
На практике судоводители дальность видимости предметов определяют либо по номограмме (рис. 164 ), либо по мореходным таблицам, используя при этом карты, лоции, описания огней и знаков. Следует знать, что в упомянутых пособиях дальность видимости предметов Dk (дальность видимости карточная) указана при высоте глаза наблюдателя е = 5 м и, чтобы получить истинную дальность конкретного предмета, необходимо учесть поправку DD для разницы видимости между фактической высотой глаза наблюдателя и карточной е = 5 м. Эта задача решается при помощи мореходных таблиц (МТ). Определение дальности видимости предмета по номограмме осуществляется следующим образом: линейка прикладывается к известным значениям высоты глаза наблюдателя е и высоты предмета h; пересечение линейки со средней шкалой номограммы дает значение искомой величины Dn. На рис. 164 Dп = 15 м при е = 4,5 м и h = 25,5 м.
Рис. 164. Номограмма для определения видимости предмета.
При изучении вопроса о дальности видимости огней в ночное время следует помнить, что дальность будет зависеть не только от высоты расположения огня над поверхностью моря, но и от силы источника освещения и от вида осветительного аппарата. Как правило, осветительный аппарат и сила освещения рассчитываются для маяков и других навигационных знаков таким образом, чтобы дальность видимости их огней соответствовала дальности видимости горизонта с высоты огня над уровнем моря. Судоводитель должен помнить, что дальность видимости предмета зависит от состояния атмосферы, а также топографических (цвет окружающего ландшафта), фотометрических (цвет и яркость предмета на фоне местности) и геометрических (размеры и форма предмета) факторов.
КУРС ЛЕКЦИЙ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«НАВИГАЦИЯ И ЛОЦИЯ МОРЯ»
Составил преподаватель Милованов В.Г.
НАВИГАЦИЯ И ЛОЦИЯ
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Форма и размеры Земли
Формой Земли является геоид - геометрическое тело, поверхность которого во всех точках перпендикулярна направлению силы тяжести, близкое по форме к эллипсоиду вращения. В СССР принят (с 1946 г.) референц-эллипсоид Ф. Н. Красовского с размерами: большая полуось 6 378 245 м; малая полуось 6 356 863 м. В разных странах приняты различные размеры земного эллипсоида, поэтому переход на иностранные карты, особенно при плавании вблизи берегов и навигационных опасностей, следует осуществлять не по координатам, а по пеленгу и расстоянию до берегового ориентира, нанесенного на обе карты.
Морские единицы длины и скорости
Морская миля* - средняя длина дуги одной минуты земного меридиана (* Ниже везде миля). Длина дуги одной минуты земного меридиана
L`=1852,23 - 9,34 cos 2f,
где f - широта места судна, град.
Длина морской мили, принятая в различных государствах, м
Кабельтов - одна десятая часть морской мили, округленно равен 185 м.
Узел -одна морская миля в час, или 0,514 м/с.
На английских картах употребляются также футы . (0,3048 м) и сажени (1,83 м).
Дальность видимого горизонта и видимости объекта
Дальность видимого горизонта: Дe=2,08√e
Дальность видимости объекта (предмета): Дп=2,08√e + 2,08√h
Приведение дальности видимости объекта, показанной на карте, к высоте глаза наблюдателя, отличающейся от 5 м, следует производить по формуле:
Дп =Дк+Де - 4,7.
В этих формулах:
Де - дальность видимого горизонта, мили для данной высоты глаза наблюдателя е, м;
2,08 - коэффициент, рассчитанный из условия, что коэффициент земной рефракции равен 0,16 и радиус Земли R = 6371,1 км;
Дп -дальность видимости предмета, мили;
h - высота наблюдаемого предмета, м;
Дк - дальность видимости предмета, указанная на карте.
Примечание. Следует учитывать, что указанные формулы применимы при условии среднего состояния атмосферы и дневного времени суток.
Исправление и перевод румбов (рис. 2.1)
Истинный курс (ИК) - угол между северной частью истинного меридиана и диаметральной плоскостью судна.
Истинный пеленг (ИП) - угол между северной частью истинного меридиана и направлением на объект.
Обратный истинный пеленг (ОИП) - отличается от ИП на 180°
Курсовой угол (КУ) - угол между носовой частью диаметральной плоскости судна и направлением на объект; измеряется от 0 до 180° в сторону правого и левого борта или по часовой стрелке от 0 до 360°. КУ правого борта имеет знак “плюс”, КУ левого борта - знак “минус”.
Зависимости между ИК, ИП и КУ:
ИК=ИП-КУ; ИП =ИК+КУ; КУ=ИП-ИК.
Компасный, гирокомпас ный курс (КК,ГКК) -угол между северной частью компасного (гироскопического) меридиана и носовой частью диаметральной плоскости судна.
Компасный, гирокомпасный пеленг (КП,ГКП )-угол между северной частью компасного (гироскопического) меридиана и направлением на объект.
Поправка компаса (гирокомпаса) АК (АГК) - угол между истинным и компасным (гироскопическим) меридианами. Восточная (остовая) ЛК (ЛГК) имеет знак “плюс”, западная (вестовая) - “минус”.
Рис. 2.1. Исправление и перевод румбов
ИК =КК + ΔК;
ИП =КП + ΔК;
КК = ИК - ΔК;
КП = ИП - ΔК;
ИК = ГКК - ΔГК;
ИП = ГКП + ΔГК;
ГКК = ИК - ΔГК
ГКП= ИП - ΔГК
Географические координаты
Пусть судно и находящийся на нем наблюдатель расположены в точке М на поверхности Земли (см. рис. 2) . Проведем параллель и меридиан этой точки, отметив пересечение последнего с экватором в точке К. Положение точки на поверхности шара определяется двумя сферическими координатами - широтой f и долготой Л.
Широта - угол между плоскостью экватора и линией, соединяющей место наблюдателя на поверхности Земли с центром земного шара. Так, широта точки М выражается центральным углом МОК, измеряемым дугой меридиана КМ. Широта ср измеряется в пределах от 0 до 90° от экватора в сторону географических полюсов и имеет наименование N - северная или S - южная в зависимости от того, в каком полушарии находится наблюдатель. Таким образом, географическая параллель ММ"М" является геометрическим местом точек, имеющих одну и ту же широту.
Широта точек, расположенных на экваторе, равна 0°, широта северного полюса - 90°N, а широта южного полюса - 90°S.
Долгота - двугранный угол между плоскостями нулевого (гринвичского) меридиана и меридиана наблюдателя (точки М). Этот угол измеряют меньшей дугой экватора (но не параллели), заключенной между указанными меридианами, от 0 до 180° в обе стороны от начального (гринвичского) меридиана. Так, долгота точки М (см. рис. 2 и 3) измеряется дугой экватора GK.
Рис.3.
Долгота имеет наименование Ost - восточная или W - западная, в зависимости от того, в каком полушарии (западном или восточном) находится наблюдатель.
Таким образом, географический меридиан PnMPs является геометрическим местом точек, имеющих одну и ту же долготу.
Долгота точек, расположенных на гринвичском меридиане (Рn GPs - рис. 2 или PnG - рис. 3), равна 0°; долгота точек, расположенных на меридиане P n G"P s (см. рис. 2), равна 180° Ost или 180° W.
Морские карты крупных масштабов, предназначенные для плавания вблизи берегов, позволяют снимать с них географические координаты точки с точностью до десятых долей минуты дуги. Так, например на картах прибрежных участков моря: маяк Архона имеет координаты ϕ = 54°40", 8N и λ = 13°26, 10st; маяк Балье ϕ = 53°31", 7N и λ = 9°04", 90st; маяк Гельголанд ϕ = 54°11,0N и λ =7°53", Ost;
Разность широт и разность долгот
Совершая плавание из одной точки на земной поверхности А (ϕ1 λ1-пункт отхода) в точку В (ϕ2, λ2 - пункт прихода) судно меняет свою широту и долготу; при этом образуется разность широт и разность долгот (рис. 4).
Разность широт (РШ) - меньшая из дуг любого меридиана, заключенная между параллелями пунктов отхода и прихода (дуга СВ на рис. 4) измеряется в пределах от 0 до 180° и имеет наименование к N, если северная широта увеличивается или южная широта уменьшается, и к S, если северная широта уменьшается или южная увеличивается.
Если северной широте условно приписать знак «плюс», а южной- знак «минус», то РШ и ее наименование определятся по формуле
В примерах 1, 2 и 3 для простоты рассуждений пункты отхода и прихода расположены на одном географическом меридиане, т. е. имеют одну и ту же долготу. На рис. 5 стрелкой показаны направления движения судна и сделанные им разности широт.
Пункт отхода А - φ1 = 16°44" ON по формуле (4) φ2 = + 58°17", 5
Пункт отхода С - φ1 = 47°10", 4 S по формуле (4) φ2 = - 21°23", 0
Пункт отхода F - φ1 = 24°17", 5 N по формуле (4) φ2 = - 5°49",2
Разность долгот (РД) - меньшая из дуг экватора, заключенная между меридианами пунктов отхода и прихода (дуга KD, рис. 4), измеряется в пределах от 0 до 180° и имеет наименование к Ost, если восточная долгота увеличивается или западная долгота уменьшается, и к W, если восточная долгота уменьшается или западная долгота увеличивается.
Если восточной долготе условно приписать знак «плюс», а западной «минус», то PD и ее наименование определятся по формуле:
РД = λ2 – λ1 (5)
В примерах 4, 5, 6 и 7 для простоты рассуждений пункты отхода и прихода выбраны расположенными на одной географической параллели, т. е. имеющими одну и ту же широту. На рис. 6, а, б стрелками показаны направления движения судна и сделанные им разности долгот.
Разность долгот не может быть больше 180°. Однако при решении задач на разность долгот по формуле (5) величина РД может получиться более 180°. В этом случае полученный результат вычитают из 360° и изменяют наименование РД на обратное (пример 7).
Пункт отхода А - λ1 = 12°44", 0 Ost по формуле (5) λ2 =+48°13" , 5
Пункт отхода С - λ1 = 110°15",0 W по формуле (5) λ2 = - 87°10",0
Пункт отхода М - λ1 = 21°37",8 W по формуле (5) λ2 = + 11°42",4
Пункт отхода F - λ1 =164°06",3 W по формуле (5) λ2 = + 170°35",1
Непосредственно из рис. 6, а видно, что (АВ)°=(А"В")°, но длины этих дуг не равны, т. е. АВ=А"В". Таким образом, длина окружности географической параллели в широте ср короче длины экватора, так как радиус r такой параллели короче радиуса R экватора, связанных отношением
R = r sec ϕ.
Поэтому А"В" = АВ sec ϕ или
РД = ОТШ sec ϕср (6)
где ОТШ - от шествие длина дуги параллели (но не экватора) в широте ср, заключенная между меридианами пунктов отхода и прихода.
Магнитное склонение
(d) - угол между истинным и магнитным меридианами, изменяется от 0 до 180°. Восточное имеет знак “плюс”, западное - “минус”; d снимается с карты в районе плавания и приводится к году плавания. Годовое увеличение (уменьшение) d относится к абсолютной величине склонения, т. е. к углу, а не к его знаку (см. рис. 2.1.). При уменьшении склонения, если значение его небольшое, а изменение за несколько лет превосходит указанное на карте, при переходе через ноль склонение начинает возрастать с противоположным знаком.
Магнитное склонение - наиболее важный элемент для судовождения, поэтому его, помимо специальных магнитных карт, указывают на навигационных морских картах, на которых записывают, например, так: «Скл. к. 16°,5 W». Все элементы земного магнетизма в любой точке земной поверхности подвержены изменениям, носящим название вариаций. Изменения элементов земного магнетизма делятся на периодические и непериодические (или возмущения).
К периодическим относятся вековые, годовые (сезонные) и суточные изменения. Из них суточные и годовые вариации невелики и для судовождения во внимание не принимаются. Вековые же вариации представляют собой сложное явление с периодом, равным нескольким столетиям. Величина векового изменения магнитного склонения колеблется в различных точках земной поверхности в пределах от 0 до 0,2-0°,3 в год. Поэтому на морских картах магнитное склонение компаса приводится к определенному году с указанием величины годового увеличения или уменьшения.
Чтобы привести склонение к году плавания, надо рассчитать его изменение за истекшее время и на полученную поправку увеличить или уменьшить склонение, указанное на карте в районе плавания.
Пример : Плавание происходит в 2012 г. Склонение компаса, снято с карты, d = 11°, 5 Оst приведено к 2004 г. Годовое увеличение склонения 5" .Привести склонение к 2012 г.
Решение. Промежуток времени с 2004 по 2012 г. равен восьми годам; изменение Аd = 8 х 5 = 40" ~0°,7. Склонение компаса в 2012 г. d = 11°.5 + 0°,7 = - 12°, 2 Ost
Внезапные кратковременные изменения элементов земного магнетизма (возмущения) называются магнитными бурями, возникновение которых обусловлено северными сияниями и количеством пятен на Солнце. При этом наблюдаются изменения склонения в умеренных широтах до 7°, а в полярных областях - до 50°.
В некоторых районах земной поверхности склонение резко отличается по величине и знаку от его значений в прилегающих точках. Это явление носит название магнитной аномалии. На морских картах указывают границы районов магнитной аномалии. При плавании в этих районах необходимо внимательно следить за работой магнитного компаса, так как точность работы нарушается.
Магнитный курс (МК) - угол между северной частью магнитного меридиана и носовой частью диаметральной плоскости судна.
Магнитный пеленг (МП) - угол между северной частью магнитного меридиана и направлением на,объект.
Обратный магнитный пеленг (ОМП) -отличается от МП на 180°.
Девиация магнитного компаса (δ) - угол между магнитным и компасным меридианами, изменяется от 0 до 180°. Восточной (остовой) - приписывается знак “плюс”, западной (вестовой) - “минус”.
| МК =КК + δ; МП =КП + δ; ΔМК(ΔК) =d + δ; d=ИК - МК=ИП - МП; | КК=МК- δ; КП=МП- δ; δ =ΔМК-d; δ =МК-КК=МП-КП |
Судовые специалисты могут выполнить в процессе эксплуатации уничтожение полукруговой и креновой девиации. Простейший способ совместного уничтожения полукруговой и креновой девиаций сводится к следующему:
с помощью судового инклинатора измеряют на берегу значение магнитного наклонения. При выполнении этого способа в открытом море магнитное наклонение снимают с карты;
приводят судно на магнитный курс 0 (или 180°) и поперечными магнитами доводят девиацию до нуля;
разворачивают судно на магнитный курс 180° (или 0°), определяют девиацию и теми же магнитами уменьшают ее в 2 раза;
ложатся на магнитный курс 90° (или 270°). Вместо компасного котелка устанавливают инклинатор и креновым магнитом доводят показания по инклинатору до значения магнитного наклонения, измеренного на берегу или снятого с карты;
на том же курсе устанавливают на место котелок компаса и продольными магнитами доводят девиацию до нуля;
разворачиваются на магнитный курс 270° (или 90°), определяют девиацию и теми же продольными магнитами уменьшают ее в 2 раза.
Географическая дальность видимости предметов в море Д п определяется наибольшим расстоянием, на котором наблюдатель увидит его вершину над линией горизонта, т.е. зависит только от геометрических факторов, связывающих высоту глаза наблюдателя е и высоту ориентира h при коэффициенте рефракции c (рис.1.42):
где Д е и Д h - соответственно дальности видимого горизонта с высоты глаза наблюдателя и высоты предмета. Т.о. дальность видимости предмета, рассчитанная по высоте глаза наблюдателя и высоте предмета называется географической или геометрической дальностью видимости.
Расчёт географической дальности видимости предмета может производиться по табл. 2.3 МТ – 2000 по аргументам e и h или по табл. 2.1 МТ – 2000 суммированием результатов, полученных двукратным входом в таблицу по аргументам е и h. Можно также получить Д п по номограмме Струйского, которая приведена в МТ – 2000 под номером 2.4, а также в каждой книге “Огни” и “Огни и знаки” (рис.1.43).
На морских навигационных картах и в навигационных пособиях географическая дальность видимости ориентиров даётся для постоянной высоты глаза наблюдателя е = 5 м и обозначается как Д к - дальность видимости указанная на карте.
Подставив значение е = 5 м в формулу (1.126), получим:
Для определения Д п надо к Д к ввести поправку DД, величина которой и знак определяются формулой:
Если фактическая высота глаза больше 5 м, то DД имеет знак “+”, если меньше - знак “-“. Таким образом:
. (1.129)
Величина Д п зависит также и от остроты зрения, которая выражается в разрешающей способности глаза по углу, т.е. определяется и наименьшим углом, на котором предмет и линия горизонта различаются раздельно (рис.1.44).
В соответствии с формулой (1.126)
Но из-за разрешающей способности глаза g наблюдатель увидит предмет только тогда, когда его угловые размеры будут не меньше g, т.е. когда он будет виден над линией горизонта не менее чем на Dh, которая из элементарного DА¢СС¢ при углах С и С¢ близких к 90° будет Dh = Д п × g¢.
Чтобы получить Д п g в милях при Dh в метрах:
где Д п g - географическая дальность видимости предмета с учётом разрешающей способности глаза.
Практическими наблюдениями определено, что при открытии маяка g =2¢, а при скрытии g =1,5¢.
Пример . Найти географическую дальность видимости маяка высотой h=39 м, если высота глаза наблюдателя е=9 м, без учёта и с учётом разрешающей способности глаза g =1,5¢.
Влияние гидрометеорологических факторов на дальность видимости огней
На дальность видимости ориентиров кроме геометрических факторов (е и h) влияет также контрастность, позволяющая выделить ориентир на окружающем фоне.
Дальность видимости ориентиров днём, учитывающая также контрастность, называется дневной оптической дальностью видимости.
Для обеспечения безопасного судовождения в ночных условиях используются специальные средства навигационного оборудования, имеющие светооптические приборы: маяки, светящиеся навигационные знаки и навигационные огни.
Морской маяк - это специальное капитальное сооружение с дальностью видимости белого или приведённых к нему цветных огней не менее 10 миль.
Светящийся морской навигационный знак - капитальное сооружение, имеющее светооптический аппарат с дальностью видимости белого или приведённых к нему цветных огней менее 10 миль.
Морской навигационный огонь - световой прибор, установленный на естественных объектах или сооружениях неспециальной постройки. Такие СНО часто действуют автоматически.
В тёмное время суток дальность видимости огней маяков и светящихся навигационных знаков зависит не только от высоты глаза наблюдателя и высоты светящегося СНО, но и от силы источника света, цвета огня, конструкции светооптического аппарата, а также и от прозрачности атмосферы.
Дальность видимости, учитывающая все эти факторы, называется ночной оптической дальностью видимости, т.е. это максимальная дальность видимости огня в данное время при данной метеорологической дальности видимости.
Метеорологическая дальность видимости зависит от прозрачности атмосферы. Часть светового потока огней светящих СНО поглощается частицами, содержащимися в воздухе, поэтому происходит ослабление силы света, характеризующееся коэффициентом прозрачности атмосферы t :
где I 0 - сила света источника; I 1 - сила света на некотором расстоянии от источника, принимаемого за единицу (1 км, 1 миля).
Коэффициент прозрачности атмосферы всегда меньше единицы, поэтому географическая дальность видимости обычно больше реальной, за исключением аномальных случаев.
Прозрачность атмосферы в баллах оценивается по шкале видимости таблицы 5.20 МТ – 2000 в зависимости от состояния атмосферы: дождь, туман, снег, дымка и т.д.
Так как оптическая дальность видимости огней изменяется в значительных пределах в зависимости от прозрачности атмосферы, Международная ассоциация маячных служб (МАМС) рекомендовала использовать термин “номинальная дальность видимости”.
Номинальной дальностью видимости огня называется оптическая дальность видимости при, метеорологической дальности видимости 10 миль, что соответствует коэффициенту прозрачности атмосферы t = 0,74. Номинальная дальность видимости указывается в навигационных пособиях многих зарубежных стран. На отечественных картах и в руководствах для плавания указывается стандартная дальность видимости (если она меньше географической дальности видимости).
Стандартной дальностью видимости огня называется оптическая дальность видимости при метеорологической дальности видимости 13,5 миль, что соответствует коэффициенту прозрачности атмосферы t = 0,8.
В навигационных пособиях “Огни”, “Огни и знаки” кроме таблицы дальности видимого горизонта и номограммы дальности видимости предметов есть и номограмма оптической дальности видимости огней (рис.1.45). Эта же номограмма приведена в МТ – 2000 под номером 2.5.
Аргументами для входа в номограмму являются сила света, или номинальная, или стандартная дальности видимости, (полученные из навигационных пособий), и метеорологическая дальность видимости, (полученная из метеорологического прогноза). По этим аргументам из номограммы получают оптическую дальность видимости.
При проектировании маяков и огней стремятся, чтобы оптическая дальность видимости была бы равна географической дальности видимости при ясной погоде. Однако, для многих огней оптическая дальность видимости меньше географической. Если эти дальности не равны, то на картах и в руководствах для плавания указывается меньшая из них.
Для практических расчётов ожидаемой дальности видимости огня днём надо по высотам глаза наблюдателя и ориентира рассчитать Д п по формуле (1.126). Ночью : а) если оптическая дальность видимости больше географической, надо взять поправку за высоту глаза наблюдателя и рассчитать географическую дальность видимости по формулам (1.128) и (1.129). Принять меньшую из оптической и географической, рассчитанной по этим формулам; б) если оптическая дальность видимости меньше географической - принять оптическую дальность.
Если на карте у огня или маяка Д к < 2,1 h + 4,7 , то поправку DД вводить не нужно, т.к. эта дальность видимости оптическая меньшая географической дальности видимости.
Пример . Высота глаза наблюдателя e = 11 м, дальность видимости огня, указанная на карте Д к =16 миль. Номинальная дальность видимости маяка из навигационного пособия “Огни” 14 миль. Метеорологическая дальность видимости 17 миль. На каком расстоянии можно ожидать открытия огня маяка?
По номограмме Допт » 19,5 мили.
По е = 11м ® Д е = 6,9 мили
Д 5 = 4,7 мили
DД =+2,2 мили
Д к = 16,0 мили
Д п = 18,2 мили
Ответ: можно ожидать открытия огня с расстояния 18,2 мили.
Морские карты. Картографические проекции. Поперечная равноугольная цилиндрическая проекция Гаусса и её использование в судовождении. Перспективные проекции: стереографическая, гномоническая.
Карта – уменьшенное искажённое изображение сферической поверхности Земли на плоскости, при условии, что искажения закономерны.
План – не искажённое за счёт малости изображаемого участка изображение земной поверхности на плоскости.
Картографическая сетка – совокупность линий, изображающих на карте меридианы и параллели.
Картографическая проекция – математически обоснованный способ изображения меридианов и параллелей.
Географическая карта - построенное в данной проекции условное изображение всей земной поверхности или её части.
Карты бывают различными по назначению и масштабу, например: планисферы – изображающие всю Землю или полушарие, генеральные или общие – изображающие отдельные страны, океаны и моря, частные – изображающие меньшие пространства, топографические – изображающие подробности поверхности суши, орографические – карты рельефа, геологичекие – залегание пластов и т.д.
Морские карты – специальные географические карты, предназначенные в основном для обеспечения судовождения. В общей классификации географических карт они отнесены к техническим. Особое место среди морских карт занимают МНК, служащие для прокладки курса судна и определения его места в море. В судовой коллекции также могут быть вспомогательные и справочные карты.
Классификация картографических проекций.
По характеру искажений все картографические проекции делят на:
По способу построения проекции делят на:
|
, ортографические – когда точка зрения удалена в бесконечность, внешние – точка зрения находится на конечном расстоянии далее противоположного полюса сферы, центральные или гномонические – когда точка зрения находится в центре сферы. Перспективные проекции – не конформны и не эквивалентны. Измерение расстояний на картах, построенных в таких проекциях затруднено, зато дуга большого круга изображается прямой линией, что удобно при прокладке радиопеленгов, а также - курсов при плавании по ДБК. Примеры. В этой проекции могут строиться также карты приполярных областей.
В зависимости от точки касания картинной плоскости гномонические проекции делятся на: нормальные или полярные – касание на одном из полюсов поперечные или экваториальные – касание – на экваторе 
горизонтальные или косые – касание в любой точке между полюсом и экватором (меридианы на карте в такой проекции представляют собой расходящиеся от полюса лучи, а параллели – эллипсы, гиперболы или параболы. 
Дальность видимости горизонта
Наблюдаемая в море линия, по которой море как бы соединяется с небосводом, называется видимым горизонтом наблюдателя.
Если глаз наблюдателя находится на высоте е М над уровнем моря (т. А рис. 2.13), то луч зрения идущий по касательной к земной поверхности, определяет на земной поверхности малый круг аа , радиуса D .
Рис. 2.13. Дальность видимости горизонта
Это было бы верно, если бы Землю не окружала атмосфера.
Если принять Землю за шар и исключить влияние атмосферы то, из прямоугольного треугольника ОАа следует: ОА=R+e
Так как величина чрезвычайно мала (для е = 50м при R = 6371км – 0,000004 ), то окончательно имеем:
Под действием земной рефракции, в результате преломления зрительного луча в атмосфере, наблюдатель видит горизонт дальше (по кругу вв ).
(2.7)
где х – коэффициент земной рефракции (» 0,16).
Если принять дальность видимого горизонта D e в милях, а высоту глаза наблюдателя над уровнем моря (е М ) в метрах и подставить значение радиуса Земли (R =3437,7 мили = 6371 км ), то окончательно получим формулу для расчета дальности видимого горизонта
(2.8)
Например:1) е = 4 м D е = 4,16 мили; 2) е = 9 м D е = 6,24 мили;
3) е = 16 м D е = 8,32 мили; 4) е = 25 м D е = 10,4 мили.
По формуле (2.8) составлена таблица № 22 «МТ-75» (с. 248) и таблица № 2.1 «МТ-2000» (с. 255) по (е М ) от 0,25 м ¸ 5100 м . (см. табл. 2.2)
Дальность видимости ориентиров в море
Если наблюдатель, высота глаза которого находится на высоте е М над уровнем моря (т. А рис. 2.14), наблюдает линию горизонта (т. В ) на расстоянии D е(миль) , то, по аналогии, и с ориентира (т. Б ), высота которого над уровнем моря h M , видимый горизонт (т. В ) наблюдается на расстоянии D h(миль) .
Рис. 2.14. Дальность видимости ориентиров в море
Из рис. 2.14 очевидно, что дальность видимости предмета (ориентира), имеющего высоту над уровнем моря h M , с высоты глаза наблюдателя над уровнем моря е М будет выражаться формулой:
Формула (2.9) решается с помощью таблицы 22 «МТ-75» с. 248 или таблицы 2.3 «МТ-2000» (с. 256).
Например: е = 4 м, h = 30 м, D П = ?
Решение: для е = 4 м ® D е = 4,2 мили;
для h = 30 м® D h = 11,4 мили.
D П = D е + D h = 4,2 + 11,4 = 15,6 мили.
Рис. 2.15. Номограмма 2.4. «МТ-2000»
Формулу (2.9) можно решать и с помощью Приложения 6 к «МТ-75» или номограммы 2.4 «МТ-2000» (с. 257) ® рис. 2.15.
Например: е = 8 м, h = 30 м, D П = ?
Решение: Значения е = 8 м (правая шкала) и h = 30 м (левая шкала) соединяем прямой линией. Точка пересечения этой линии со средней шкалой (D П ) и даст нам искомую величину 17,3 миль. (см. табл. 2.3).
Географическая дальность видимости предметов (из табл. 2.3. «МТ-2000»)
Примечание:
Высота навигационного ориентира над уровнем моря выбирается из навигационного руководства для плавания «Огни и знаки» («Огни»).
2.6.3. Дальность видимости огня ориентира, показанная на карте (рис. 2.16)
Рис. 2.16. Дальности видимости огня маяка, показанные
На навигационных морских картах и в навигационных пособиях дальность видимости огня ориентира дана для высоты глаза наблюдателя над уровнем моря е = 5 м, т.е.:
Если же действительная высота глаза наблюдателя над уровнем моря отличается от 5 м, то для определения дальности видимости огня ориентира необходимо к дальности, показанной на карте (в пособии), прибавить (если е > 5 м), или отнять (если е < 5 м) поправку к дальности видимости огня ориентира (DD К ), показанной на карте за высоту глаза.
(2.11)
(2.12)
Например: D К = 20 миль, е = 9 м.
D О = 20,0+1,54=21,54мили
тогда: D О = D К + ∆ D К = 20,0+1,54 =21,54 мили
Ответ: D О = 21,54 мили.
Задачи на расчет дальностей видимости
А) Видимого горизонта (D e ) и ориентира (D П )
Б) Открытие огня маяка
Выводы
1. Основными для наблюдателя являются:
а) плоскости:
Плоскость истинного горизонта наблюдателя (пл. ИГН);
Плоскость истинного меридиана наблюдателя (пл. ИМН);
Плоскость первого вертикала наблюдателя;
б) линии:
Отвесная линия (нормаль) наблюдателя,
Линия истинного меридиана наблюдателя ® полуденная линия N-S ;
Линия Е-W .
2. Системами счета направлений являются:
Круговая (0°¸360°);
Полукруговая (0°¸180°);
Четвертная (0°¸90°).
3. Любое направление на поверхности Земли может быть измерено углом в плоскости истинного горизонта, принимая за начало отсчета линию истинного меридиана наблюдателя.
4. Истинные направления (ИК, ИП) определяются на судне относительно северной части истинного меридиана наблюдателя, а КУ (курсовой угол) – относительно носовой части продольной оси судна.
5. Дальность видимого горизонта наблюдателя (D e ) рассчитывается по формуле:
.
6. Дальность видимости навигационного ориентира (днем в хорошую видимость) рассчитывается по формуле:
7. Дальность видимости огня навигационного ориентира, по его дальности (D К ), показанной на карте, рассчитывается по формуле:
, где 
.
