Nawigacja morska

Opis

Nawigacja morska

autor: Mirosław Jurdziński

Wydawnictwo Uniwersytet Morski w Gdyni

 

„Nawigacja morska” Mirosława Judzińskiego jest to podręcznik z dziedziny podstaw nawigacji morskiej, podtrzymujący tradycje polskiej szkoły nawigacji. Zakres jego treści dostosowano do wymagań Konwencji STCW-78/95. Omówiono w nim podstawowe tematy związane z nawigacją klasyczną, pomijając zagadnienia nawigacji elektronicznej. Zwrócono uwagę na zasady bezpiecznej nawigacji, istniejące definicje nawigacji morskiej oraz podział nawigacji według określonych kryteriów. W 20 rozdziałach podjęto problematykę obejmującą m.in. kształt i wymiary Ziemi, kierunki na morzu, magnetyzm ziemski, prędkość statku czy ocenę głębokości wody. Scharakteryzowano takie urządzenia jak morski kompas magnetyczny i radar oraz oznakowanie nawigacyjne i pływy. Osobne miejsce w książce zajmuje temat odwzorowań kartograficznych, map morskich i publikacji nawigacyjnych. Omówiono tu także metody obliczania parametrów drogi statku, pozycji zliczonej czy terestrycznej pozycji obserwowanej, a także wybór drogi oceanicznej z uwzględnieniem warunków pogodowych. Podręcznik podaje zasady żeglugi w warunkach zakłóceń zewnętrznych tudzież nawigacji oceanicznej i pilotowej. Zawiera też 20 załączników, ułatwiających zrozumienie skomplikowanego procesu nawigacji morskiej, oraz interesujące kalendarium nawigacji. Jako całość stanowi obszerne kompendium wiedzy z tej dziedziny.

 

SPIS TREŚCI

PRZEDMOWA …. 11

WSTĘP ….. 13

1. Podstawy bezpiecznej nawigacji …. 13

2. Analiza istniejących definicji nawigacji morskiej ….. 15

3. Podział nawigacji według określonych kryteriów ….. 17

1. KSZTAŁT I WYMIARY ZIEMI …… 21

1.1. Ziemia jako bryła …… 21

1.2. Współrzędne geograficzne ….. 22

1.3. Różnice szerokości i długości geograficznej …. 25

1.4. Wymiary Ziemi ….. 26

1.5. Rodzaje współrzędnych na powierzchni Ziemi … 29

1.6. Szerokość geograficzna i geocentryczna …. 33

1.7. Zależności pomiędzy współrzędnymi kartezjańskimi i geodezyjnymi .. 34

1.8. Podsumowanie informacji o wymiarach Ziemi …. 36

1.9. Jednostki miary stosowane w nawigacji morskiej … 36

1.10. Zboczenie nawigacyjne …. 39

1.11. Odległość widnokręgu …. 41

2. KIERUNKI NA MORZU …. 47

3. MAGNETYZM ZIEMSKI ….. 55

3.1. Współrzędne układu magnetycznego Ziemi …. 55

3.2. Parametry pola magnetycznego Ziemi .. 59

3.3. Sposób przedstawiania deklinacji magnetycznej na mapach

Admiralicji Brytyjskiej …… 60

3.4. Aktualizacja wartości deklinacji podanych na mapach morskich …. 62

4. MORSKI KOMPAS MAGNETYCZNY .. 65

4.1. Charakterystyka morskich kompasów magnetycznych ….. 65

4.2. Podstawowe zależności dewiacji kompasu magnetycznego …. 71

4.3. Dewiacja kompasu magnetycznego w ujęciu systemowym …. 73

4.4. Metody określania dewiacji kompasów magnetycznych …. 75

4 Mirosław Jurdziński, Nawigacja morska

5. ODWZOROWANIA KARTOGRAFICZNE W NAWIGACJI … 81

5.1. Podział i klasyfikacja odwzorowań kartograficznych …. 81

5.2. Rodzaje odwzorowań kartograficznych map morskich … 84

5.3. Przegląd odwzorowań kartograficznych map nawigacyjnych …. 85

5.4. Zniekształcenia na mapach ….. 89

5.5. Rodzaje dróg statku i ich formy geometryczne (routes) …. 90

5.6. Matematyczne podstawy konstrukcji mapy Merkatora .. 93

5.7. Ogólne równanie loksodromy i jej odwzorowanie na płaszczyznę .. 96

5.8. Matematyczne uzasadnienie odwzorowania Merkatora .. 98

5.9. Uproszczona metoda konstrukcji siatki Merkatora … 99

5.10. Wykonanie siatki Merkatora dla małych obszarów …. 102

5.10.1. Obliczanie długości liniowej minuty długościowej na mapie

Merkatora … 103

5.10.2. Graficzny sposób wyznaczania minuty długościowej

dla znanej wartości mili morskiej …. 104

5.11. Odwzorowanie azymutalne …. 104

5.12. Porównanie elementów siatek kartograficznych różnych odwzorowań.. 108

5.13. Porównanie map wykonanych na podstawie odwzorowania

walcowego z mapami odwzorowania azymutalnego … 112

6. MAPY MORSKIE …. 115

6.1. Definicje map i ich podział ….. 115

6.2. Wymagania stawiane morskim mapom nawigacyjnym .. 119

6.3. Prace graficzne na mapach morskich …. 120

6.4. Znaki i skróty stosowane na mapach morskich .. 122

6.5. Przechowywanie map na statku …. 122

6.6. Aktualizacja map morskich …. 123

7. PUBLIKACJE NAWIGACYJNE ….. 126

7.1. Katalog Admiralicji Brytyjskiej (Catalogue of Admiralty Charts and

Publications – NP 131) ….. 127

7.2. Wydawnictwa książkowe Admiralicji Brytyjskiej . 129

7.3. Materiały wydawane na nośnikach elektronicznych … 138

7.4. Posługiwanie się katalogiem map i wydawnictw nawigacyjnych . 140

8. OZNAKOWANIE NAWIGACYJNE .. 142

8.1. Wstępne pojęcia i definicje …. 142

8.2. Ogólna charakterystyka oznakowania nawigacyjnego . 143

8.3. Charakterystyki świateł latarń i pław .. 149

8.3.1. Rodzaje świateł oznakowania stałego …. 151

8.3.2. Zasięgi świateł .. 155

8.4. Wykorzystanie klasycznego oznakowania nawigacyjnego .. 157

8.5. IALA – znormalizowany system oznakowania nawigacyjnego . 158

8.6. Sygnały mgłowe … 162

8.6.1. Ostrzeżenia dźwiękowe … 162

8.6.2. Oznakowanie radiowe i radarowe … 163

9. PRĘDKOŚĆ STATKU … 166

9.1. Podstawy fizyczne pomiaru prędkości statku .. 166

9.2. Miary prędkości w nawigacji … 168

9.3. Mila pomiarowa … 169

9.4. Obliczanie prędkości po wodzie …. 170

9.5. Współczynnik korekcyjny logu …. 171

9.6. Określanie charakterystyk prędkościowych .. 173

9.7. Źródła zakłóceń ruchu statku …. 174

9.8. Wpływ falowania morza na prędkość statku … 175

9.9. Wpływ płytkowodzia na prędkość statku …. 176

9.10. Wpływ zlodzenia powierzchni morza na prędkość statku ….. 176

10. OCENA GŁĘBOKOŚCI WODY … 180

10.1. Znaczenie sondowania w nawigacji …. 180

10.2. Pomiary głębokości wody …. 183

10.3. Zasada pracy echosondy … 184

10.4. Układy wskazań pomiarów głębokości … 188

10.5. Redukcja wskazań echosondy …. 190

10.6. Wpływ głębokości i rodzaju dna na dokładność pomiaru echosondą … 191

10.7. Czynniki wpływające na dokładność mierzenia głębokości echosondą 195

10.7.1. Błędy wskazań głębokości sondą w zależności od warunków

propagacji dźwięku w wodzie … 195

10.7.2. Interpretacja echogramów … 197

10.7.3. Błędy oceny pomiaru głębokości echosondą … 198

11. METODY OBLICZANIA PARAMETRÓW DROGI STATKU … 201

11.1. Droga po loksodromie ….. 202

11.1.1. Wykorzystanie zależności w trójkątach loksodromicznym

i Merkatora do analitycznego rozwiązania zadań

nawigacyjnych ….205

11.1.2. Algorytmy obliczania elementów żeglugi po loksodromie … 206

11.1.3. Rachunkowe zliczanie drogi …. 209

6 Mirosław Jurdziński, Nawigacja morska

11.2. Żegluga ortodromiczna ….. 210

11.2.1. Elementy ortodromy …. 210

11.2.2. Obliczanie długości ortodromy … 211

11.2.3. Linia geodezyjna na elipsoidzie …. 213

11.2.4. Obliczanie początkowego kierunku drogi … 215

11.2.5. Obliczanie współrzędnych wierzchołka ortodromy … 216

11.2.6. Wyznaczanie punktów pośrednich na ortodromie …. 217

11.2.7. Zmiana kierunku drogi o jeden stopień – D(1) w czasie

pływania po ortodromie … 218

11.2.8. Graficzna metoda określania punktów pośrednich ortodromy.. 220

11.2.9. Metoda graficzna określania długości ortodromy …. 222

11.2.10.Zestawienie wzorów związanych z żeglugą ortodromiczną … 223

11.3. Żegluga mieszana …… 224

12. POZYCJA ZLICZONA ….. 226

12.1. Nawigacja na podstawie zliczania drogi .. 226

12.2. Metodyka prowadzenia nawigacji zliczeniowej na mapie … 228

12.3. Zasada analitycznego zliczania drogi …. 228

12.4. Dokładność pozycji zliczonej ….. 229

12.5. Wykorzystanie pozycji zliczonej w praktyce nawigacyjnej …. 231

12.6. Standardy interpretacji wyników obliczeń i zaokrągleń w nawigacji

praktycznej na mostku …… 233

12.7. Podstawowe pojęcia związane z graficznym wyznaczaniem drogi

statku ……. 233

13. TERESTRYCZNA POZYCJA OBSERWOWANA… 236

13.1. Podstawy teoretyczne linii pozycyjnych …. 236

13.2. Rodzaje linii pozycyjnych ….. 238

13.3. Izolinia jako odcinek okręgu .. 241

13.4. Określanie pozycji … 241

13.5. Pozycja obserwowana z dwóch linii pozycyjnych jednoczesnych .. 243

13.6. Pozycja obserwowana z kilku linii niejednoczesnych … 246

13.7. Pozycja z dwóch odległości na jeden obiekt …. 248

13.8. Pozycja z trzech namiarów ….. 248

13.9. Problem doboru obiektów do obserwacji pozycji z trzech namiarów . 251

13.10. Pozycja obserwowana z dwóch kątów poziomych … 253

13.11. Określanie pozycji z trzech linii pozycyjnych …. 253

14. ŻEGLUGA W WARUNKACH ZAKŁÓCEŃ ZEWNĘTRZNYCH ….. 258

14.1. Wpływ wiatru na statek ….. 258

14.2. Dryf statku w ruchu ……. 261

14.3. Obliczanie poprawek α na dryf statku w ruchu … 262

14.4. Nawigacja na prądzie …. 264

14.5. Sposób analitycznego określania znosu statku …. 266

14.6. Żegluga na prądzie i wietrze … 267

14.7. Pływanie statku małymi prędkościami przy działaniu prądu i wiatru … 269

14.8. Podstawowe kierunki i wektory w nawigacji morskiej ….. 272

14.9. Przygotowanie trasy od A do B na mapie Merkatora

(przejście nawigacyjne) ….. 275

15. RADAR W NAWIGACJI …… 277

15.1. Zasada działania radaru i jego obsługa …… 278

15.2. Wykorzystanie radaru na poszczególnych etapach żeglugi …. 284

15.3. Dokładność wskazań radaru do celów nawigacyjnych ….. 295

15.4. Zakresy pracy radaru i jego zasięgi …. 298

15.5. Zalety radaru i jego ograniczenia …. 301

16. SPECYFIKA NAWIGACJI PILOTOWEJ .. 303

16.1. Definicje i podział obszarów pływania na akwenach ograniczonych … 303

16.2. Informacje potrzebne do wykonania planu pilotowania … 306

16.3. Wykonywanie planu pilotowania ….. 307

16.4. Sposób realizacji pilotażu z pilotem na pokładzie …. 307

16.5. Wykorzystanie oznakowania nawigacyjnego w nawigacji pilotowej … 309

16.6. Określanie pozycji w rejonie pilotowania ….. 313

16.7. Prognozowanie głębokości pływania przez obszary płytkowodzia

w rejonach działania pływów … 314

16.8. Zalecenia dotyczące procedur pilotowania statków z udziałem

pilotów morskich ……. 315

16.9. Najczęściej spotykane błędy nawigacyjne w procesie nawigacji

pilotowej ….. 317

17. SPECYFIKA NAWIGACJI OCEANICZNEJ …. 318

17.1. Cele i zadania nawigacji meteorologicznej …… 319

17.2. Ogólne wiadomości o planowaniu trajektorii oceanicznych … 320

17.2.1. Przepływ informacji na mostku nawigacyjnym … 321

17.2.2. Statek jako obiekt sterowania …… 324

17.2.3. Zadania nawigacyjnego planowania podróży oceanicznej .. 324

8 Mirosław Jurdziński, Nawigacja morska

18. WYBÓR DROGI OCEANICZNEJ Z UWZGLĘDNIENIEM

WARUNKÓW POGODOWYCH …. 336

18.1. Wiadomości ogólne na temat optymalizacji drogi statku … 336

18.2. Problem optymalizacji trajektorii ….. 338

18.3. Kryteria stosowane w czasie przejścia nawigacyjnego na optymalnych

trasach oceanicznych ….. 339

18.4. Rodzaje zakłóceń ruchu kadłuba na fali …… 342

18.5. Elementy składowe oporu statku w ruchu …… 344

18.6. Zachowanie się statków na fali w zależności od ich konstrukcji

i przeznaczenia ….. 345

18.7. Realizacja podróży oceanicznych …. 347

18.8. Rodzaje trajektorii oceanicznych ….. 349

18.9. Unikanie stałych i ruchomych obszarów wysokiego falowania .. 350

18.9.1. Stacjonarne obszary wysokiego falowania ….. 350

18.9.2. Ruchome obszary falowania …… 351

18.10. Metody realizacji ruchu statku po optymalnych trajektoriach

oceanicznych …. 352

18.10.1. Prowadzenie statku trajektorią klimatyczną …. 353

18.10.2. Wykorzystanie Ocean Passages for the World do określania

trajektorii klimatycznej …. 354

18.11. Matematyczne modele optymalizacji……. 357

18.12. Metody rozwiązywania optymalnych trajektorii ….. 358

18.13. Prowadzenie statku po trajektorii minimalnoczasowej …. 360

18.14. Zasady rozwiązywania optymalnej trajektorii ruchu statku metodą

programowania dynamicznego ….. 363

18.14.1. Uwarunkowania metody programowania dynamicznego .. 363

18.14.2. Metoda programowania dynamicznego (PD)… 364

18.15. Algorytm optymalizacji trajektorii metodą programowania

dynamicznego ….. 364

18.16. Wyspecjalizowane instytucje prowadzące optymalizację trajektorii

i porady dla kapitanów …. 368

18.16.1. Założenia do modelu systemu …… 368

18.16.2. Organizacja lądowego ośrodka nawigacji meteorologicznej

do prowadzenia statków w żegludze oceanicznej …. 369

18.16.3. Problemy techniczne związane z procesem selekcji

informacji potrzebnych do realizacji optymalizacji

trajektorii ….. 371

18.17. Wpływ zakłóceń zewnętrznych na zużycie paliwa przez statek

w ruchu ….. 373

18.18. Podsumowanie planowania tras oceanicznych …… 375

19. PŁYWY …… 377

19.1. Definicje i pojęcia dotyczące pływów …. 377

19.2. Teoria pływów ….. 381

19.3. Siły wzbudzające pływy ….. 383

19.4. Wpływ wypadkowy ruchu Słońca i Księżyca na pływy …. 391

19.5. Rodzaje krzywych pływu …… 396

19.6. Wzajemne relacje deklinacji Słońca i Księżyca …. 402

19.7. Porównanie parametrów pływów (skoków) w wybranych portach

świata …… 405

19.8. Systemy amfidromiczne na morzach i oceanach … 406

19.9. Metody prognozowania wartości pływów ….. 409

19.9.1. Podstawy prognozowania pływu metodą Admiralicji …. 411

19.9.2. Uproszczona metoda określania prognozy pływu

półdobowego … 414

19.9.3. Uproszczona metoda obliczania wysokości pływu

półdobowego ……. 416

19.10. Prądy pływowe …. 418

19.11. Rodzaje prądów pływowych i ich związki ze skokami pływu .. 420

19.12. Źródła informacji o prądach pływowych …… 421

19.13. Prognozy prądów według Admiralty Tide Tables (ATT) … 424

19.13.1. Prognozowanie prądów pływowych metodą stałych

harmonicznych .. 425

19.13.2. Prognozowanie wartości prądu pływowego metodą

analityczną … 426

19.14. Wydawnictwa dotyczące pływów …. 427

20. PODSTAWY PLANOWANIA NAWIGACJI MORSKIEJ .. 428

20.1. Struktura budowy planu podróży … 428

20.2. Proces planowania podróży …… 429

20.3. Etapy realizacji planu …….. 434

20.3.1. Proces planowania pierwszego etapu … 434

20.3.2. Drugi etap planowania nawigacji ….. 435

20.3.3. Planowanie nawigacji na okres wachty morskiej ….. 437

20.4. Formy przedstawiania planu nawigacyjnego podróży …. 438

20.5. Ogólne uwagi dotyczące realizacji planu podróży …. 440

20.6. Ochrona środowiska w planowaniu podróży ….. 442

20.6.1. Źródła i przyczyny degradacji środowiska morskiego … 442

20.6.2. Informacje potrzebne do planowania nawigacji ekologicznej 443

20.7. Planowanie nawigacji z uwzględnieniem aspektów ekologicznych … 444

10 Mirosław Jurdziński, Nawigacja morska

20.8. Zakres informacji i rodzaje poradników dotyczących planowania

nawigacji …. 446

20.9. Poradniki nawigacyjne na nośnikach elektronicznych … 447

20.10. Podsumowanie ….. 450

ZAŁĄCZNIKI …….. 451

1. Główne jednostki fizyczne …… 453

2. Transformacja współrzędnych ….. 456

3. Geometria linii pozycyjnych ….. 458

4. Uogólniony model systemu nawigacyjnego …… 463

5. Elementy składowe systemu nawigacyjnego …. 465

6. Dokładność informacji nawigacyjnej ….. 468

7. Podział odwzorowań kartograficznych ze względu na geometrię rzutów 476

8. Analityczne określanie współrzędnych pozycji ….. 477

9. Określanie wartości pływu na podstawie tablic ATT .. 482

10. Określanie wartości pływu metodą różnic według tablic ATT .. 485

11. Określanie wartości pływu metodą harmoniczną według tablic ATT …488

12. Generalna mapa klimatyczna oceanów świata … 494

13. Wybrane tory cyklonów tropikalnych …. 497

14. Uproszczony algorytm planowania przejścia nawigacyjnego ….. 500

15. Zestaw angielskich określeń parametrów pływów …. 502

16. Minimalny zakres informacji przekazywanych przez lądowe ośrodki

udzielające porad kapitanom w czasie prowadzenia statku w żegludze

oceanicznej ….. 506

17. Znormalizowane definicje i skróty stosowane w nawigacji morskiej .. 508

18. Standardowe definicje i skróty stosowane na mapach morskich oraz

urządzeniach nawigacyjnych …… 519

19. Metody graficzne stosowane w nawigacji klasycznej … 524

20. Podstawowe założenia do tworzenia planu podróży statku (wyznaczania

trasy nawigacyjnej)…… 541

CALENDARIUM NAWIGACJI ….. 543

LITERATURA ….. 553