Глава VII . Навигация.
Навигация - основа науки о судовождении. Навигационный способ судовождения заключается в том, чтобы провести судно из одного места в другое наивыгоднейшим, кратчайшим и безопасным путем. Этот способ решает две задачи: как направить судно по избранному пути и как определять его место в море по элементам движения судна и наблюдениям береговых предметов с учетом воздействия на судно внешних сил - ветра и течения.
Чтобы быть уверенным в безопасности движения своего судна, необходимо знать место судна на карте, определяющее его положение относительно опасностей в данном района плавания.
Навигация занимается разработкой основ судовождения, она изучает:
Размеры и поверхность земли, способы изображения земной поверхности на картах;
Способы счисления и прокладки пути судна на морских картах;
Способы определения места судна на море по береговым предметам.
§ 19. Основные сведения о навигации.
1. Основные точки, круги, линии и плоскости
Наша земля имеет форму сфероида, у которого большая полуось ОЕ равна 6378 км, а малая полуось ОР 6356 км (рис. 37).
Рис. 37.
Определение координат точки на земной поверхности
Практически, с некоторым допущением, землю можно считать шаром, вращающимся вокруг оси, занимающей определенное положение в пространстве.
Для определения точек на земной поверхности ее принято мысленно делить вертикальными и горизонтальными плоскостя ми, образующими с поверхностью земли линии - меридианы и параллели. Концы воображаемой оси вращения земли называются полюсами - северным, или нордовым, и южным, или зюйдовым.
Меридианы - большие круги, проходящие через оба полюса. Параллели - малые круги на земной поверхности, параллельные экватору.
Экватор - большой круг, плоскость которого проходит через центр земли перпендикулярно оси ее вращения.
Как меридианов, так и параллелей на земной поверхности можно вообразить бесчисленное множество. Экватор, меридианы и параллели образуют сетку географических координат земли.
Место любой точки А на земной поверхности можно определить по ее широте (f) и долготе (l).
Широтой места называется дуга меридиана от экватора до параллели данного места. Иначе: широта места измеряется центральным углом, заключенным между плоскостью экватора и направлением из центра земли на данное место. Широта измеряется в градусах от О до 90° по направлению от экватора к полюсам. При расчетах считают, что северная широта f N имеет знак плюс, южная широта - f S знак минус.
Разностью широт (f 1 - f 2) называется дуга меридиана, заключенная между параллелями данных точек (1 и 2).
Долготой места называется дуга экватора от нулевого меридиана до меридиана данного места. Иначе: долгота места измеряется дугой экватора, заключенной между плоскостью нулевого меридиана и плоскостью меридиана данного места.
Разностью долгот (l 1 -l 2) называется дуга экватора, заключенная между меридианами заданных точек (1 и 2).
Нулевой меридиан - гринвичский меридиан. От него производится измерение долготы в обе стороны (к востоку и западу) от 0 до 180°. Западная долгота отсчитывается на карте влево от гринвичского меридиана и при расчетах берется со знаком минус; восточная - вправо и имеет знак плюс.
Широта и долгота любой точки на земле называются географическими координатами этой точки.
2. Деление истинного горизонта
Мысленно воображаемая горизонтальная плоскость, проходящая через глаз наблюдателя, называется плоскостью истинного горизонта наблюдателя, или истинного горизонта (рис. 38).
Предположим, что в точке А находится глаз наблюдателя, линия ZABC - отвесная, HH 1 - плоскость истинного горизонта, а линия P NP S - ось вращения земли.
Из множества вертикальных плоскостей только одна плоскость на чертеже будет совпадать с осью вращения земли и точкой А. Пересечение этой вертикальной плоскости с поверхностью земли дает на ней большой круг P N BEP SQ , называемый истинным меридианом места, или меридианом наблюдателя. Плоскость истинного меридиана пересекается с плоскостью истинного горизонта и дает на последней линию норд-зюйда NS . Линия OW , перпендикулярная линии истинного норд-зюйда, называется линией истинного оста и веста (востока и запада).
Таким образом, четыре основные точки истинного горизонта - север, юг, восток и запад - занимают в любом месте на земле, кроме полюсов, вполне определенное положение, благодаря чему относительно этих точек можно определять различные направления по горизонту.
Направления N (север), S (юг), О (восток), W (запад) носят название главных румбов. Вся окружность горизонта делится на 360°. Деление производится от точки N по движению часовой стрелки.
Промежуточные направления между главными румбами называются четвертными румбами и носят наименование NO , SO , SW , NW . Главные и четвертные румбы имеют следующие значения в градусах:
Рис. 38.
Истинный горизонт наблюдателя
3. Видимый горизонт, дальность видимого горизонта
Видимое с судна водное пространство ограничивается окружностью, образованной кажущимся пересечением небесного свода с поверхностью воды. Эта окружность называется видимым горизонтом наблюдателя. Дальность видимого горизонта зависит не только от высоты расположения глаз наблюдателя над водной поверхностью, но и от состояния атмосферы.
Рис 39.
Дальность видимости предмета
Судоводитель всегда должен знать, как далеко он видит горизонт в разных положениях, например, стоя у штурвала, на палубе, сидя и т. п.
Дальность видимого горизонта определяется по формуле:
d = 2,08
или, приближенно, для высоты глаза наблюдателя менее 20 м по формуле:
d = 2 ,
где d - дальность видимого горизонта в милях;
h - высота глаза наблюдателя, м.
Пример. Если высота глаза наблюдателя h = 4 м, то дальность видимого горизонта 4 мили.
Дальность видимости наблюдаемого предмета (рис. 39), или, как ее называют, географическая даль ность D n , является суммой дальностей видимого горизонта с высоты этого предмета Н и высоты глаза наблюдателя А.
Наблюдатель А (рис. 39), находящийся на высоте h , со своего судна может видеть горизонт только на расстояние d 1 , т. е. до точки В водной поверхности. Если же поместить наблюдателя в точке В водной поверхности, то он мог бы видеть маяк С, расположенный от него па расстоянии d 2 ; поэтому наблю датель, находящийся в точке А, увидит маяк с расстояния, равного D n :
D n= d 1+d 2.
Дальность видимости предметов, расположенных выше уровня воды, можно определить по формуле:
D n = 2,08( + ).
Пример. Высота маяка H = 1б,8 м, высота глаза наблюдателя h = 4 м.
Решение. D n = l 2,6 мили, или 23,3 км.
Дальность видимости предмета определяется также приближенно по номограмме Струйского (рис. 40). Прикладывая линейку так, чтобы одной прямой были соединены высоты, соответствующие глазу наблюдателя и наблюдаемому предмету, получают на средней шкале дальность видимости.
Пример. Найти дальность видимости предмета высотой над уровнем моря в 26,2 м при высоте глаза наблюдателя над уровнем моря в 4,5 м.
Решение. D n = 15,1 мили (пунктирная линия на рис. 40).
На картах, лоциях, в навигационных пособиях, в описании знаков и огней дальность видимости дана для высоты глаза наблюдателя 5 ж от уровня воды. Так как на маломерном судне глаз наблюдателя расположен ниже 5 м, для него дальность видимости будет меньше обозначенной в пособиях или на карте (см. табл. 1).
Пример. На карте обозначена дальность видимости маяка в 16 миль. Это значит, что наблюдатель увидит этот маяк с расстояния 16 миль, если его глаз будет на высоте 5 м над уровнем моря. Если же глаз наблюдателя находится на высоте 3 м, то видимость соответственно уменьшится на разность дальности видимости горизонта для высот 5 и 3 м. Дальность видимости горизонта для высоты 5 м равна 4,7 мили; для высоты 3 м - 3,6 мили, разность 4,7 - 3,6=1,1 мили.
Следовательно, дальность видимости маяка будет равна не 16 милям, а только 16 - 1,1 = 14,9 мили.
Рис. 40.
Номограмма Струйского
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 
.
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.
Наблюдатель, находясь в море, может увидеть тот или иной ориентир лишь в том случае, если его глаз окажется выше траектории или, в предельном случае, на самой траектории луча, идущего от вершины ориентира касательно к поверхности Земли (смотрите рисунок). Очевидно, что упомянутый предельный случай будет соответствовать моменту, когда ориентир открывается приближающемуся к нему наблюдателю или скрывается, когда наблюдатель удаляется от ориентира. Расстояние по поверхности Земли между наблюдателем (точка С), глаз которого находится в точке С1 и объектом наблюдения В с вершиной в точке В1 соответствующее моменту открытия или скрытия этого объекта, называется дальностью видимости ориентира.
На рисунке видно, что дальность видимости ориентира В складывается из дальности видимого горизонта ВА с высоты ориентира h и дальности видимого горизонта АС с высоты глаза наблюдателя е, т. е.
Дп = дуга ВС = дуга ВА + дуга АС
Дп = 2,08v h + 2,08v e = 2,08 (v h + v e) (18)
Дальность видимости, рассчитанная по формуле (18), называется географической дальностью видимости предмета. Ее можно рассчитать, сложив выбранные из упомянутой выше табл. 22-а МТ раздельно дальности видимого горизонта для каждой из заданных высот h u e
По табл. 22-а находим Дh=25 миль, Дe =8,3 мили.
Следовательно,
Дп = 25,0 +8,3 = 33,3 мили.
Табл. 22-в, помещенная в МТ, дает возможность непосредственно получить полную дальность видимости ориентира по его высоте и высоте глаза наблюдателя. Табл. 22-в рассчитана по формуле (18).
Эту таблицу вы можете увидеть здесь.
На морских картах и в навигационных пособиях показывается дальность видимости Д„ ориентиров для постоянной высоты глаза наблюдателя, равной 5 м. Дальность же открытия и скрытия предметов в море для наблюдателя, высота глаза которого не равна- 5 м, не будет соответствовать дальности видимости Дк, показанной на карте. В таких случаях дальность видимости ориентиров, показанную на карте или в пособиях, необходимо исправлять поправкой за разность высоты глаза наблюдателя и высоты, равной 5 м. Эта поправка может быть рассчитана исходя из следующих соображений:
Дп = Дh + Де,
Дк = Дh + Д5,
Дh = Дк - Д5 ,
где Д5 -- дальность видимого горизонта для высоты глаза наблюдателя, равной 5 м.
Подставим из последнего равенства значение Дh в первое:
Дп = Дк - Д5 + Де
Дп = Дк + (Де - Д5) = Дк + ^ Дк (19)
Разность (Де -- Д5) = ^ Дк и является искомой поправкой к дальности видимости ориентира (огня), указанной на карте, за разность высоты глаза наблюдателя и высоты, равной 5 м.
Для удобства на походе можно рекомендовать штурману иметь на мостике поправки, заранее рассчитанные для различных уровней глаза наблюдателя, находящегося на различных надстройках корабля (палуба, ходовой мостик, сигнальный мостик, места установки пелорусов гирокомпаса и т. п.).
Пример 2. На карте у маяка показана дальность видимости Дк = 18 миль, Рассчитать дальность видимости Дп этого маяка с высоты глаза 12 м и высоту маяка h.
По табл. 22-а МТ находим Д5 = 4,7 мили, Де = 7,2 мили.
Рассчитываем ^ Дк = 7,2 -- 4,7=+2,5 мили. Следовательно, дальность видимости маяка с е = 12 м будет равна Дп = 18+2,5= =20,5 мили.
По формуле Дк = Дh + Д5 определим
Дh = 18 -- 4,7=13,3 мили.
По табл. 22-а МТ обратным входом находим h = 41 м.
Все изложенное о дальности видимости предметов в море относится к дневному времени, когда прозрачность атмосферы соответствует среднему ее состоянию. Во время переходов штурман должен учитывать возможные отклонения состояния атмосферы от средних условий, накапливать опыт оценки условий видимости, с тем чтобы научиться предвидеть возможные изменения в дальности видимости предметов в море.
В ночное время дальность видимости маячных огней определяется оптической дальностью видимости. Оптическая дальность видимости огня зависит от силы источника света, от свойств оптической системы маяка, прозрачности атмосферы и от высоты установки огня. Оптическая дальность видимости может быть больше или меньше дневной видимости одного и того же маяка или огня; эта дальность определяется экспериментальным путем из многократных наблюдений. Оптическая дальность видимости маяков и огней подбирается для ясной погоды. Обычно светооптические системы подбирают так, чтобы оптическая и дневная географическая дальности видимости были одинаковыми. Если эти дальности отличаются одна от другой, то на карте указывается меньшая из них.
Дальность видимости горизонта и дальность видимости предметов для реальной атмосферы можно определить опытным путем с помощью радиолокационной станции или по обсервациям.
