Для курсантов высших морских учебных заведений специальности 180402 «Судовождение»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

М О Р С К А Я А К А Д Е М И Я

 

КАФЕДРА СУДОВОЖДЕНИЕ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Для курсантов высших морских учебных заведений специальности 180402 «Судовождение»

МУРМАНСК

2009

УДК

ББК

К

Составители: Еремин Михаил Михайлович, доцент кафедры судовождения

                          Мурманского государственного технического университета;

Сарлаев Валерий Яковлевич, к.т.н., доцент той же кафедры;

                          Малышко Александр Алексеевич, к.ф.н., доцент той же кафедры;

                          Пеньковская Ксения Вячеславовна, к.т.н., ст. преподаватель той же кафедры;

Методические указания рассмотрены и одобрены кафедрой

Рецензент - Меньшиков Вячеслав Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры судовождения Мурманского государственного технического университета

ОГЛАВЛЕНИЕ

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧА МЕТОДИЧЕСКИХ УКАЗАНИЙ………………..…............................................................4

Глава 1.Счисление пути судна…………………………………………………....................6

1.1 Графическое счисление координат.................................................................................................7

1.2. Ведение графического счисления без учёта дрейфа и течения……………………..8

Глава 2. Учет дрейфа судна…………………………………………………………………..8

2.1.Способы определения угла дрейфа…………………………………………9

2.2.Графическое счисление с учётом дрейфа………………………………...12

Глава 3. Учёт течения…………………………………………………………………………………13

3.1. Графическое счисление с учётом постоянного течения……………………………..13

3.2. Определение элементов течения……………………………………………………...14

3.3. Использование навигационных пособий по течениям……………………………..15

Глава 4.Совместный учёт дрейфа и течения………………………………………………………...16

4.1. Графическое счисление с учётом дрейфа и течения………………………………....16

4.2. Графическое решение (общий случай)……………………………………………19

Глава 5. Аналитическое счисление координат судна………………………………………………..20

5.1. Основные формулы аналитического счисления……………………………………20

5.2. Виды аналитического счисления…………………………………………………….23

Глава 6. Оценка точности счисления координат судна……………………………………………..25

6.1.Статистический способ………………………………………………………………...25

6.2.Априорный способ……………………………………………………………………..26

Глава 7. Определение вероятнейшего пути судна между двумя обсервациями…………………...29

Литература…………………………………………………………………………………………….30

                         

 

 

 

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧА МЕТОДИЧЕСКИХ УКАЗАНИЙ

 

       Настоящие методические указания предназначены для дальнейшего уточнения и систематизации теоретических и практических знаний курсантов по дисциплине «Навигация и лоция» в части обеспечения безопасности судовождения методом ведения непрерывного учета движения судна по водной поверхности, т.е. ведения счисления пути судна для более качественного ее выполнения.

    Методические указания «Счисление пути судна» предназначены для курсантов старших курсов по специальности 180402 «Судовождение».

      

Счисление пути судна

       СЧИСЛЕНИЕМназывается непрерывный учет элементов движения судна (скорости и направления) и воздействий внешних сил с целью определения координат судна (счислимого места) без наблюдений береговых ориентиров и небесных светил (обсерваций). Этот учет осуществляют на основании значений курса, скорости и вектора сноса судна. Исходную точку для счисления на карте определяет капитан. За такую точку могут быть приняты точное место судна, полученное сразу же после выхода за пределы акватории порта, плавучий маяк, приемный буй и т.д. Ее координаты записывают в судовой журнал. К моменту начала исполнительной прокладки следует включить лаг, определить поправку компаса по створам или другим способом.  Для того чтобы судить о безопасности плавания, ориентироваться в окружающей обстановке и правильно выбирать курсы для дальнейшего перемещения, судоводитель должен в любой момент знать положение своего судна. Для этого он ведет навигационную прокладку. Перед выходом судна в рейс под руководством капитана по картам и навигационным пособиям изучают условия плавания на всем предстоящем переходе. На основании этих данных выполняют предварительную прокладку. Однако она дает только общее представление об условиях перехода. С момента выхода в рейс окончательный выбор курсов и все принимаемые к учету факторы определяются конкретной обстановкой плавания. Поэтому в рейсе осуществляют исполнительную прокладку. Она включает в себя счисление пути, расчеты и построение на карте, расчеты маневрирования для расхождения с другими судами.

Обратная задача.

Известны: ИК, V_л (V_об), φ₁, λ₁, ОЛ₁Т₁. Неизвестны: КК, φ₂, λ₂, ОЛ₂Т₂

Решение:

- проложить линию ИК от исходной точки счисления;

- рассчитать КК = ИК - ΔК и задать его рулевому;

- рассчитать S_л =V_лt или S_об =V_обt (если точка рассчитывается заблаговременно) или S_л=Р0Л К_л (если счислимая точка рассчитывается на пойденный момент) и отложить его на линии ИК

- снять счислимые координаты φ₂, λ₂ и определив, время прихода в эту точку , заметить показания лага ОЛ_2.

Если необходимо рассчитать отсчёт лага на момент прихода в заданную точку, то предварительно снимают с карты плавание S и рассчитывают РОЛ.

ОЛ₂= ОЛ₁ + РОЛ

Вместо расчета по формулам можно воспользоваться таблицей МТ-75. Таблица предназначена для нахождения S по РОЛ и . Если в неё войти прямым входом, взяв для поправки обрат­ный знак, то получим РОЛ

 

 

Учет дрейфа судна

 

Сила давления ветра на надводную часть судна вызывает смеще­ние судна с линии курса и изменяет его скорость. Эта сила за­висит от целого ряда факторов:

- скорости потока воздуха;

- коэффициента сопротивления;

- площади надводной части судна (парусности) и т.п.

Учёт течения

 

Прямая задача.

Известны ИК,V_л ,( V_об), напра­вление течения К_и, скорость течения V_т. исходная точка счисления – φ₁ и λ₁

Неизвестны путевой угол ПУ_β (направле­ние движения), путевая скорость V (относительно грунта), угол сноса течением β, конечная точка счисления – φ₂ и λ₂

Решение;

- от исходной точки счисления О (φ₁ и λ₁) проложить линию ИК = КК + ΔК (рис.15.1), по ней отложить часовую скорость судна V_л(V_об) = 0A. Если эта скорость будет выражена слишком мальм (неудобным) для построения отрезком, то её сле­дует увеличить в 2-3 раза;

- из конце вектора V_л( V об) (точка А) отложить вектор ча­совой скорости течения V_t = АВ по направлению течения. Если скорость по лагу, отложенная по линии ИК, была увеличена, то соответственно этому нужно увеличить и скорость течения, откладываемого по направлению течения ;

- соединить исходную точку 0 с концов вектора V_T (точка В), получить вектор путевой скорости V = ОВ, показывающий направление движения ПУ_β, угол сноса β = ПУ_β - ИК;

-рассчитать S_л =V_лt (S_об =V_обt) или S_л=Р0Л К_ли отложить по линии ИК (отрезок ОС);

- из полученной точки С провести линию направления течения до пересечения с линией ПУ_β, длина вектора S_т =V_тt   показывает, на какое расстояние СД судно снесено течением;

- снять координаты φ₂ и λ₂ конечной точки счисления Д.

Обратная задача.

 Задан ПУ_β, известны V_л( V_об), K_т, V_т, φ₁ и λ₁

Неизвестны: ИК, V ,  β, φ₂ и λ₂

Решение (рис. 15.2):

- из начальной точки 0 (φ₁ и λ₁) проложить линию назначенного ПУ_β;

- от начальной точки 0 отложить часовой сектор течения V_т =ОВ по направлению течения;

- из конца вектора V_Т (точка В) раствором измерителя, равным V_Л(V_об) за час, сделать засечку на линии ПУ_β , в точке В сходятся концы векторов V и V_Л(V_об), последний показывает направление ИК;

- с помощью параллельной линейки перенести вектор V_Л(V_об) = ВВв начальную точку 0, т.е. проложить линию найденного ИК, угол сноса β= ПУ_β - ИК;

- рассчитать  S_л =V_лt (S_об =V_обt) или S_л=Р0Л К_ли отложить по линии ИК (отрезок ОС);

- из точки С провести линию по направлению течения до пе­ресечения с линией ПУ_β , длина вектора S_т =V_тt   показывает, на какое расстояние СД судно снесено течением;

- снять координаты φ₂ и λ₂ конечной точки счисления D.

 

Прямая задача.

Известны: ИК, V_л (V_об), К_ц . α , К_Т , V_Т , φ₁ и λ₁

Неизвестны: ПУс,V ,  β,С, φ₂ и λ₂

Решение (рис.15.4):

- рассчитать ПУα = ИК ±α

- проложить линию ПУα от ис­ходной точки счисления (φ₁ и λ₁);

 

- вдоль линии ПУα отложим вектор скорости за час V_л (V_об)(точка А);

- из конца вектора V_л (V_об) отложим вектор скорости течения за час V_т (точка В);

- соединись начальную точку 0 с концом вектора V_t(точка В), получить вектор V, показывающий направление ПУ_С (линия ПУ_С является линией действительного перемещения судна под действи­ем собственных движителей, ветра и течения, а величина вектора V- действительная скорость судна относительно грунта);

- определить угол снова течением

                                                  (15.1)

и суммарный угол сноса (под действием ветра и течения)

С = ПУс –ИК                                           (15.2)

С = α +β                                               (15.3)

 

- рассчитать S_л (S_об) и оложить по линии ПУα (точка С).

-  из полученной точки провести линию К_т до пересечения с линией ПУс (точка D), длина вектора S_т =V_тt показывает, на какое расстояние судно снесено течением;

- снять координаты φ₂ и λ₂

Обратная задача.

Задан ПУ_С, известны К_т,V_Т ,V_л (V_об), К_ц , α, φ₁ и λ₁

Неизвестно: ИК, V ,  β,С, φ₂ и λ₂

Решение: (рис.15.5)

- из начальной точки провести линию назначенного ПУс;

- от начальной точки 0 отложить вектор течения за час V_t

(точка В);

- из конца вектора V_т раствором измерителя, равным V_л или V_об за час сделать засечку на линии ПУс. Полученная точка

является концом векторов V и V_л (V_об) последний указывает направление ПУα

- параллельной линейкой перенести вектор V_л в начальную точку 0 и проложить найденный ПУα;

- рассчитать ИК = ПУα ± α по формуле (15.1) найти угол β, по формуле (15.2) или (15.3) - суммарный угол сноса С ;

- рассчитать S_л и отложить по линии ПУα (точке С);

- из полученной точки провести линию К_т до пересечения с ли­нией ПУ_с (точка D) длина вектора S_т =V_тt показывает, на какое расстояние судно снесено течением;

- снять координаты φ₂ и λ₂

Примечание: По какой бы линии ни перемещалось судно, его диаметральная плоскость установлена по линии ИК, это необ­ходимо учитывать при определении моментов прихода навигационных ориентиров на траверз.

Определение пути судна по трем пеленгам неподвижного ориентира и времени

Определение ПУ рыболовного судна, буксирующего трал, метода­ми навигации связано с рядом трудностей. Поэтому на промысле ПУ и угол сноса судна с тралом определяют по пеленгам какого-либо неподвижного ориентира.

Для этого необходимо:

- выбрать неподвижный ориентир (промысловый буй, плавмаяк, приметный предмет на берегу и т.п.) и, следуя постоянный курсом с постоянной скоростью при неизменном суммарном сносе, взять пеленги ориентира П1,П2,П3. произвольные моменты времени Т1, Т2, Т3.

- рассчитать t₁ = T2-T1, t₂ = T3-T2 и, полагая движение судна равномерным и прямолинейным, признать, что линия пути пересекает пеленги так, что отрезки между линиями пеленгов относятся друг к другу как t₁:t₂

Графическое решение задачи  

Общий случай (когда t₁ ≠ t₂ ):

- к свободном углу карты или планшета от произвольной точки М отложить линии ОИП₁ ОИП₂ ОИП₃ (рис. 15.6);

- по линии ОИП₁ отложить отрезки MN = Vt ₂ пропорциональные промежуткам времени между наблюдениями;

- из точки N провести линию, параллельную ОИП₃. до пере­сечения с линией ОИП₂ в точке В;

- так как АВ : ВС = t₁ : t₂ прямая АС параллельна линии пути судна, поэтому нужно снять ПУ_С и по формуле (15.2) рассчи­тать угол С суммарного сноса.

Путь можно определить методом вмещения:

_- на кальке проложить прямую, на которой в выбранном масштабе отложить АВ и ВС, пропорциональные t₁ и t₂

- наложить кальку на карту, установить её так, чтобы точки А,В и С располагались на линиях I, II и III пеленгов соответствен­но, прямая АС была параллельна линии пути;

- вместо кальки можно использовать полоску бумаги.

В частном случае, когда t₁ = t₂, из произвольной точки 0 на линии ОИП₂ провести прямые, параллельные линиям ОИП₁ и ОИП₃, до их пересечения с линиями этих пеленгов (точки А и С), прямая АС параллельна линии пути.

Определение скорости по трём расстояниям, измеренным до неподвижного ориентира.

Для определения скорости по трём расстояниям, измеренным до неподвижного ориентира, необходимо:

- выбрать в пределах визуальной или радиолокационной види­мости неподвижный ориентир (координаты его могут быть неиз­вестными);

- за время наблюдении следовать постоянным курсом и ско­ростью (элементы дрейфа и течения считать постоянными) и в про­извольные моменты времени Т₁, Т₂, Т₃ измерить радиолокационные

расстояния D₁,D₂,D₃ в кабельтовых до неподвижного ориенти­ра М (рис 15.8)

- рассчитать t₁ = T₂-T₁, t₂ = T₃-T₂ в минутах.

Из рисунка 15.8 AB = Vt₁  и BC = Vt₂ .где V - истинная скорость судна.

Графоаналитическое решение:

- в общем случае Общий случай (когда t₁ ≠ t₂) провести Вm || МС (рис. 15.8);

- из подобия ΔAМС и ΔАmВ можно записать

- из свойств параллельных пересекающих пучок прямых:

- рассчитать отношения ;  и отрезки Bm = gD₃ и Mm = PD₁

- в свободном углу карты или промыслово-навигационного план­шета от произвольной точки М в выбранном масштабе отложить из­меренное расстояние МА = D₁ вдоль этой линии отложить отре­зок Mm;

- из точек М и m радиусами, равными D₁ и Bm соответ­ственно, провести дуги окружностей, точка В - пересечение этих дуг;

- соединить точки А и В и на продолжении этой линии в пере­сечении с дугой окружности радиусом D₃ получить точку С;

- снять расстояния AB = S₁ = Vt₁, BC = S₂ = Vt₂ и рассчитать V;

- в частном случав ( t₁ =t₂ = t ) решение задачи упрощается т. к g = p = 0,5 Mm = 0,5D₁, Bm= 0,5D₃

Статистический способ

       Точность счисления пути судна зависит от точности учитывае­мых элементов счисления, определяющих линии пути и пройденного расстояния. Зависимость погрешности счисления С от продолжи­тельности плавания по счислению t характеризуется нестационар­ным случайным процессом и может быть выражена соотношением

,

где m- показатель степени, характеризующий скорость нараста­ния погрешности счисления с увеличением продолжительности пла­вания. Для многих районов Мирового океана и типов судов этот показатель равен 0,5; K_с - коэффициент точности счисления.

Если погрешность счисления выражена в милях, а продолжитель­ность плавания в часах, то коэффициент точности счисления име­ет размерность мили/ч^m . Экспериментально установлено, чторадиальная средняя квадратическая погрешность счисления М_с при интервалах счисления t ≤ 2ч и m = 0,5 изменяется по ли­нейному закону

M_c = 0,7K_ct,

а при интервалах счисления t> 2 ч - по параболическому закону:

где М_с - радиальная средняя квадратическая погрешность счисления, мили; t - интервал счисления, ч;  К_с - коэффициент точности счисления, зависящий отрайона плавания, степени изученности течений, гидрометеорологических условий плавания, типа судна и состава его технических средств судовождения.

Коэффициент точности счисления можно определить по совокуп­ности невязок - отклонений счислимых мест от действительных, определяемых независимо от счисления по навигационным ориентирам:

где К_с1- коэффициент точности счисления, определяемый по вязкам C_i , соответствующим интервалу t ≤ 2 ч (n_i -количество таких невязок).

К_с2 - коэффициент точности счислении, определяемый по повяз­кам С_i, соответствующим интервалу t> 2 ч (n₂- общее количество таких невязок).

Коэффициенты 1,6 и 1,13 введены в формулы для получения ве­личины К_с вероятностью = 0,683.

Для определения коэффициента точности счисления со средней квадратической погрешностью, не превышающей 10 %, требуется не менее 50 невязок. Если нужное количество невязок на одном переходе получить невозможно, то коэффициент точности счисления рассчитывается по результатам нескольких переходов, совершенных по одному и тому же маршруту в одинаковых гидрометеоусловиях. Численное значение коэффициентов точности счисления для судов с относительными лагами находится в пределах 0,6...1,6

Средняя квадратическая погрешность счислимого места рассчитывается по формуле:

где M_о - радиальная средняя квадратическая погрешность после­дней обсервации; М_с - радиальная средняя квадратическая по­грешность счисления.

Зная К_с и m , с помощью формулы ( 17.1) или заранее построенных графиков несложно найти среднюю квадратическую погреш­ность счисления Мс(t)

На рис. 17.1 приведён пример графика.

Д а н о : t = 16.00 ; m = 0,8. Найти К_c

О т в е т : К_с = 2,4 мили.

 

 

Априорный способ

Этот способ основан на раздельном учете ожидаемых (априор­ных) погрешностей в элементах счисления.

При этом предполагается, что погрешности отдельных элементов счисления независимы и постоянны на рассматриваемом участке пути. Допустим, что погрешности определения элементов счисления малы. Тогда эти погрешности можно разделить на две группы:

- погрешности, вызывающие смещение судна в направлении, перпендикулярном линии пути;

- погрешности, вызывающие смещение судна в направлении ли­нии пути.

На рис. 17.2 показано перемещение судна из точки А в точку В.

Погрешности первой группы вызовут смещение но величину В, погрешности второй группы - на величину а. Величины а и Вбудут являться средними квадратическими продольными и попереч­ными погрешностями счисления, т.к. при отсутствии в районе плавания течения они вызваны средними квадратическими погреш­ностями m_пуαm_Δл%m_s

Зная значения а и В можно вычислить радиальную сред­нюю квадратическую погрешность счисления . При больших разностях а и В площадь возможного нахождения места судна будет характеризоваться эллипсом с полуосями а и В, который можно описать от руки вокруг фигуры CDFE. Если судно прошло по линии пути при дрейфе расстояние S, то его смещение по направлению, перпендикулярному этой линии.

где - средняя квадратическая погрешность пути при дрейфе, град;  - погрешность курса, зависящая от погрешности в принимаемой поправке компаса; - средняя квадратическая погрешность принятого к учёту угла дрейфа. Величина а зависит от погрешностей в принятом значении поправка лага m_Δл% , а также от погрешностей в пройденном расстоянии, вызванных неучётом течения m_S . Следовательно, смещение судна по направлению линии пути при дрейфе:

Для случая, когда течение отсутствует, формула для Mc(t) будет иметь вид:

или                                         

 

Формулы для вычисления погрешностей m_β и m_s действия течения могут быть получены из формул аналитического учёта течения:

где Р - угол между направлением течения и направлением линии пути.

После дифференцирования, считая, что sinβ= βarc1° получим:

                                                При Р = 90°

                                                               При Р = 0°

Среднее значение скорости неизвестного течения принимается: при плавании в районах со значительными приливоотливными тече­ниями - 0,5...1,0 уз, в районах открытого моря, где по данным пособий течение отсутствует, - 0,3...0.5 уз, в прибрежной зоне -0,2...0,3 уз, ветровое течение обычно не превышает 0,3 уз.

На основании многолетних наблюдений получены следующие приближённые значения радиуса М_с для нормальных условий плавания в зависимости от пройденного расстояния: без ветра и течения М_с = 0,02 S , с учётом дрейфа M_с = 0,03S , с учётом дрейфа и течения M_с = 0,03...0,07S .

На больших переходах приведённые формулы расчёт а и Вдают завышенные результаты, т.к. условия плавания меняются. Погрешности счисления на одном участке маршрута частично ком­пенсируются на другом. Опыт мореплавания даёт основание рекомендовать следующие формулы для расчёта а и Впри плавании в открытых морях по счислению:

где а_сут и В_сут - возможные смещения судна за сутки; N - количество суток плавания, больше единицы.

При плавании переменными курсами точное решение задачи сводится к построению фигур погрешностей для каждого курса в отдельности с дальнейшим их сложением в конечной точке.

Практически такой метод использовать трудно и рекомендуется суммировать квадратические погрешности каждого курса (рис.17.3)

 

где М_с - средняя квардратическая погрешность счисления в ко­нечной точке; Мс₁, Mc₂,...M_Ci - средние квадратические по­грешности на каждом курсе.

 

Литература

 

1. Дмитриев В.И., Григорян В.Л., Катенин В.А. Навигация и лоция – М.: ИКЦ «Академкнига»,  2007.- 471с.

2. Ольховский В.Е. Навигация и промысловая навигация.- М.: Пищ. про-сть,1979.-544с.

3.Лесков M. М., Баранов Ю.K., Гаврюк М.И. Навигация – М.: Транспорт, 1986. – 360с.

4. Наставление по организации штурманской службы на морских судах ФРП СССР. – Л.: Транспорт, 1987.-135с.

5.Требования к точности судовождения и ее оценка: Метод. Указания покурсу «Навигация, лоция и промысловая навигация» для спец. 1606/ Сост.В.Е. Ольховский. – Мурманск, 1987.- 53с.

6.Проблемы морского судовождения: Сб. Научных трудов.- М.: В/О Мортехинформреклама, 1983. – 130с.

7.Справочник капитана промыслового судна / Под ред. Е.Д. Ширяева. – М.:Агропромиздат, 1990. – 638с.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

М О Р С К А Я А К А Д Е М И Я

 

КАФЕДРА СУДОВОЖДЕНИЕ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

для курсантов высших морских учебных заведений специальности 180402 «Судовождение»

МУРМАНСК

2009

УДК

ББК

К

12345678Следующая ⇒

Поделиться: