Судовождение на больших морских просторах выдвинуло два особых требования к меркаторской проекции морской карты. Огромные морские 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 морских картах при постоянном курсе и выбрана самая простейшая форма линии — прямая.
Морские навигационные карты, определение направлений и местоположения в морской навигации.
Тем самым упрощается прокладка маршрута, состоящего из набора прямых линий на морских 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 морской карты 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.
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 морской 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.
Планы с масштабом от 1:500 до 1:25 000, используемые при заходах на рейды, в порты, бухты.
Частные морские карты с масштабом от 1:25 000 до 1:50 000, используемые при плавании при проходе узкостей, в шхерах и непосредственно у берегов.
Путевые морские карты с масштабом от 1:100 000 до 1:500 000, которые применяются при плавании судна на значительном удалении от берегов.
Генеральные морские 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 вавтомобиле 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.
К типовым графическим задачам, решаемым на морской карте, относятся :
Определение координат заданной точки и нанесение точки на морские карты 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.
Пример определения направлений и местоположения в морской навигации, работы с морскими картами.
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.
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.
По материалам книги Все о GPS-навигаторах.
Найман В.С., Самойлов А.Е., Ильин Н.Р., Шейнис А.И.
