tài liệu đại cương hàng hải đhhh vn

Toạ độ địa dư: Một điểm trên bề mặt trái đất được xác định bởi 2 đại lượng, vĩ độ địa dư  và kinh độ địa dư .. Kinh độ địa dư của một điểm trên bề mặt trái đất là góc nhị diện hợp bởi

MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.1 HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƯỚC CỦA TRÁI ĐẤT

1.1.1 Hình dạng của trái đất

Trái đất là một vật thể có hình dạng biến đổi không đều Mô hình trái đất gần đúng theo mựcnước biển trung bình gọi là Geoid Đó là hình mà mặt phẳng tiếp xúc với nó ở mọi điểm luôn vuônggóc với đường dây dọi

Trong một số ngành kỹ thuật mà độ chính xác đòi hỏi không cao người ta coi trái đất là hìnhcầu Còn trong những ngành kỹ thuật đòi hỏi độ chính xác cao (như phép chiếu hải đồ) người ta coitrái đất có dạng Elipsoid tròn xoay (là hình tròn xoay bẹt ở 2 cực) có độ dẹt nhỏ gọi là Spheroid Sựkhác nhau giữa bề mặt Geoid và Spheroid không quá 150m Nếu coi trái đất là hình cầu thì bán kínhgần đúng là R = 6,371,093m

Mô hình trái đất : Model of the earth

Bề mặt trái đất : Surface earth

Mực nước biển TB : Geoid

Mô hình toán học : Elpssoid

1.1.2 Kích thước của trái đất

Nếu cắt trái đất bằng một mặt phẳng chứa trục trái đất ta được một Elip kinh tuyến với bán

trục lớn a và bán trục nhỏ b.

Độ dẹt của trái đất :

a

b a

b a

f    1  (1.1)

Độ lệch tâm của trái đất:

2

2 2

2 2

a

b a

b a

a

b a

b

f(2 f)2f  f2 (1.3)

Hình 1.1

Vì f là một giá trị vô cùng bé nên:

2

e =2f = 0,0066934216 (1.4)

lge2=7,8256481824 (1.5)Các nước khác nhau thừa nhận các giá trị khác nhau của Elipsoid Do vậy, các số liệu tínhtoán trong các phép chiếu hải đồ của các quốc gia khác nhau thì sẽ có sự sai khác nên mạng lướikinh vĩ độ cũng khác nhau ở một mức độ nhất định

Năm 1800, theo Dalambe:

1.2 TỌA ĐỘ CỦA MỘT ĐIỂM TRÊN BỀ MẶT TRÁI ĐẤT

1.2.1 Những đường, điểm chính trên bề mặt trái đất

1 Địa trục (Poles): Trái đất quay không ngừng xung quanh một trục gọi là địa trục của

trái đất

2 Địa cực: Địa trục cắt trái đất tại 2 điểm gọi là địa cực Bắc (North Pole) ký hiệu là PN

và địa cực nam (South Pole) ký hiệu là PS

Hình 1.3: Khái niệm các đường trên bề mặt trái đất

3 Đường xích đạo (Equator): Giao của mặt phẳng vuông góc với địa trục đi qua tâm trái đất

với bề mặt trái đất là một đường tròn gọi là đường xích đạo Mặt phẳng đó gọi là mặt phẳngxích đạo, nó chia trái đất thành 2 nửa: bán cầu Bắc và bán cầu Nam

4 Vòng vĩ tuyến (Parallel of Latitude): Giao của các mặt phẳng song song với mặt phẳng

xích đạo và bề mặt trái đất gọi là các vòng vĩ tuyến

5 Vòng kinh tuyến (Meridian): Giao tuyến của các mặt phẳng chứa trục trái đất với bề mặt

trái đất gọi là các vòng kinh tuyến Một nửa các vòng kinh tuyến ấy tính từ PN tới PS gọi làcác đường kinh tuyến hay kinh tuyến địa dư

6 Kinh tuyến gốc (Prime meridian): Năm 1884 một hội nghị quốc tế họp ở Newyork đã công

nhận kinh tuyến đi qua đài thiên văn Greenwich ở ngoại ô London là kinh tuyến gốc (haykinh tuyến số 0)

1.2.2 Các loại toạ độ của một điểm trên bề mặt trái đất

1 Toạ độ địa dư:

Một điểm trên bề mặt trái đất được xác định bởi

2 đại lượng, vĩ độ địa dư () và kinh độ địa dư ( )

Kinh độ địa dư của một điểm trên bề mặt trái

đất là góc nhị diện hợp bởi mặt phẳng kinh tuyến gốc

và mặt phẳng kinh tuyến đi qua điểm ấy Kinh độ địa

dư có thể đo bằng góc cầu ở cực hay cung xích đạo

giới hạn bởi mặt phẳng kinh tuyến gốc và mặt phẳng

kinh tuyến đi qua điểm đang xét

Kinh độ địa dư biến thiên từ 0 đến 180, mang

tên E hoặc W

Vĩ độ địa dư của một điểm trên bề mặt trái đất

là góc hợp bởi pháp tuyến với bề mặt trái đất tại điểm đó với mặt phẳng xích đạo Nó được tính theokinh tuyến từ xích đạo đến cực, có độ lớn từ 0 đến 90, mang tên N hoặc S

2 Toạ độ địa tâm:

Kinh độ địa tâm: Giống kinh độ địa dư.

Vĩ độ địa tâm ( ): của một điểm trên bề mặt trái đất là góc hợp bởi đường nối tâm trái đất

với điểm đang xét và mặt phẳng xích đạo

3 Tọa độ quy tụ:

Lấy O làm tâm quay vòng tròn bán kính OE = a, từ C hạ đường vuông góc với OE cắt vòng tròn tại C Nối COE = u là vĩ độ quy tụ của điểm C.

Kinh độ quy tụ: Giống kinh độ địa dư.

Nếu trái đất là hình cầu thì pháp tuyến tại C cắt Ox tại O, C  C,  =  = u.

Hiệu giữa  và  gọi là góc thâu liêm ,  =  - 

 max tại  = 45,  max = 115

P N

P S

OH=x CH=y

y

E 90 +

90 -

H×nh 1.4

K Q

KQ=dy CQ=dx

y

tg  (1.6)với x  a  cos u, yb sinu, vì

u u

a

x b

y b

y a

2

2 2

2 2

2 2

2

sincos

11

u b

Theo lý thuyết đạo hàm ta có dyb cosudu, dxa sinudu; xét tam giác vuông KCQ tại

Q ta được:



tg dx

dy Q C

b dx

a

tg    (1.9)

Ta có:

2 2

2

2 2

2 2

b a

b a

b a

b

tg      , (1.11)nên

) 1

tg

tg     (1.12)

5 Toạ độ vuông góc:

Tọa độ vuông góc sử dụng x, y trên hình 1.4 để biểu diễn điểm C(x, y) Xét mối liên hệ giữa

hệ tọa độ địa dư và hệ tọa độ vuông góc

Ta có:

1

2

2 2

2

b

ydy a

xdx

dy

dx x a

dx x a

2

2 2 2

sin 1

cos sin

1

cos

e

a x

e

a x

2 2

2

2 2 2 2 2

sin 1

sin ) 1 ( sin

1

sin ) 1 (

e

e a y e

e a y

1.3 CÁC BÁN KÍNH CONG CHÍNH CỦA TRÁI ĐẤT

Trái đất của chúng ta có hình Elipxoid nên độ cong của nó thay đổi liên tục từ xích đạo đếncực Để nghiên cứu độ cong của một điểm nào đó trên mặt địa cầu người ta tìm bán kính cong củađiểm đó theo hai hướng vĩ tuyến và kinh tuyến

2

1

1 cos

cos

1 1

cos )

1 ( 1

1

2 2

2

2

e e

d 

H×nh 1.5

2 2

2sin )1

1.3.2 Bán kính cong kinh tuyến

Bán kính cong kinh tuyến của điểm C là đoạn M còn cung kinh tuyến từ C đến K biểu diễn

bằng đoạn dS, ta có:



dS d

dS

M   limC K (1.20)

dS là thành phần của cung kinh tuyến CK ứng với số gia d với AC, AK là 2 pháp tuyến.

 sin

dr CK

dS    (dấu “-“ vì khi  tăng thì r giảm) (1.21)

2sin )1

2 2 2 2

2 2

)sin1

(

)sin1

(cos)

sin1

()cos(

e a

d dr

(

) cos sin 2 ( ) sin 1

( 2

1 cos )

sin 1

( sin

2 2

2 2 2 2 2

2 2

a e

a d

2 2

3 2

)sin1(

cossinsin

a d

dr

2 2 2

2

2 2 2

2

)sin1

(

)1(sin)

sin1

(

sinsin

e

ae a

2

)sin1

(

)1(

e a M

d

dr M

)1(1

a a b

a e

b a

1.4 CÁC HỆ TRẮC ĐỊA SỬ DỤNG TRONG HÀNG HẢI

1.4.1 Khái niệm

Các hệ trắc địa đều định nghĩa về kích thước, hình dạng của trái đất, về tâm và hướng của các

hệ trục tọa độ dùng để thể hiện trái đất Kể từ khi Aristotle lần đầu tiên tính toán gần đúng kíchthước trái đất cho đến nay đã có hàng trăm hệ trắc địa khác nhau được sử dụng để xác định vị trí.Các hệ trắc địa hiện đại bao gồm các hệ từ loại mô hình trái đất phẳng dùng để khảo sát các mặtbằng phẳng đến các hệ phức tạp dùng cho các ứng dụng quốc tế, trong đó hình dạng, kích thước,chuyển động quay, trọng trường và vận tốc góc của trái đất được mô tả một cách đầy đủ

Trong các ứng dụng, việc sử dụng sai các hệ trắc địa có thể dẫn tới sai số của vị trí lên tớihàng trăm mét Các quốc gia và các tổ chức khác nhau sử dụng những hệ trắc địa khác nhau choviệc định vị trong hệ thống thông tin địa lý, trong các hệ thống định vị chính xác và trong các hệthống dẫn đường Sự đa dạng các hệ trắc địa ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật

mà nhờ đó độ chính xác của định vị toàn cầu trở nên rất cao yêu cầu người sử dụng phải lựa chọn hệtrắc địa cũng như chuyển đổi giữa các hệ trắc địa khác nhau một cách thận trọng

1.4.2 Chuyển đổi giữa các hệ trắc địa

2 Chuyển đổi từ kinh vĩ độ, độ cao sang ECEF XYZ

cos

sin'

a e p

b e z artg

2 / 2

/ , )

, (

y artg

) ( ) cos(p N 

;

2

2 2 2'

;

b

b a

)

(

e

a N

f   ;e2  2f  f2

 cos cos )

x 



 sin cos )

y 



sin ) ) 1

B x

x   

y A

B y

y   

z A

- Gốc tọa độ O: là trọng tâm trái đất, trong đó có

tính đến cả khối lượng nước và bầu khí quyển trên trái

đất

- Trục Z: Theo hướng địa trục - hướng địa trục

này được xác định bởi IERS (International earth

rotation service)

- Trục X: Từ trọng tâm tới giao điểm của mặt

phẳng đi qua gốc tọa độ và vuông góc với trục Z với

kinh tuyến tham chiếu IERS (kinh tuyến gốc theo định

nghĩa của IERS)

- Trục Y: vuông góc với trục Z và X, tạo thành một hệ trục tọa độ Đề các đầy đủ

Hệ tọa độ này được gọi là hệ tọa độ ECEF (earth - centered earth fixed - orthogonalcoordinate system), hay hệ tọa độ địa tâm gắn với trái đất

Gốc tọa độ O cũng được dùng như tâm hình học của Elippsoid tham chiếu và trục Z là trụcquay của khối ellipsoid này

Ở đây, để biểu diễn bề mặt trái đất, Cục hình ảnh và bản đồ quốc gia Hoa Kỳ (NationalImagery and Mapping Agency - NIMA) đã sử dụng một ellipsoid được gọi là WGS - 1984 với 2thông số xác định là:

- Bán trục lớn: a = 6378137 (m)

- Độ bẹt: f = 1/298.257223563

Tuy nhiên, việc định nghĩa một hệ tọa độ như vừa trình bày là hoàn toàn trừu tượng bởi vìtrọng tâm trái đất, hướng địa trục đều là các yếu tố giả định được xác định thông qua tương quanvới các điểm xác định khác trên bề mặt địa cầu, hay nói cách khác các vị trí được sử dụng làm mốctrắc địa cho WGS - 84 chính là các trạm quan trắc trên bề mặt địa cầu với tọa độ (X, Y, Z) chínhxác thông qua hệ thống vệ tinh

Dựa trên hệ thống Transit (NNSS - Navy Navigation Satellite System), một hệ quy chiếuWGS như trên đã được thiết lập và đưa vào sử dụng từ năm 1987 trong việc xây dựng bản đồ, hải

độ hàng hải, hàng không và khảo sát dưới đáy biển

Hình 1.6: Khái niệm hệ tọa độ WGS-84

Kể từ đó, cùng với những tiến bộ về công nghệ, sự phát triển của hệ thống vệ tinh định vị toàncầu GPS, tọa độ của các trạm quan trắc được xác định và hiệu chỉnh với độ chính xác ngày càng caohơn nhằm thỏa mãn các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác rất cao như mục đích quân sự, thăm dò, khaithác khoáng sản Chẳng hạn vào năm 1994, tọa độ của các trạm quan trắc được xác định chính xác

Từ số liệu này, hệ tọa độ WGS - 84 được nâng cấp và được gọi là WGS - 84 (G730) trong đó

"730" là số thứ tự của "Tuần" theo lịch của hệ thống GPS

Năm 1997, các tọa độ này lại được kiểm định lại và cho số liệu sai khác về tọa độ của cáctrạm quan trắc so với WGS - 84 (G730) như bảng 1.2

Các số liệu này là cơ sở để xác định hệ tọa độ trắc địa WGS 84 (G873) Ngoài ra, vào năm

2002 còn có sửa đổi xác định số liệu chính xác Để đạt được độ chính xác cao hơn này, sự trôi dạtcủa các lục địa, ảnh hưởng của thủy triều cũng phải được tính đến

Tuy nhiên, chúng ta nhận thấy rằng, so với số liệu năm 1987, từ các số liệu tọa độ mới của cáctrạm quan trắc này, vị trí của các điểm trên mặt đất có sự thay đổi không quá 30 cm, như vậy, hầunhư không gây ảnh hưởng đối với các ứng dụng trong hàng hải, hàng không, trong việc xây dựngcác hải đồ Hơn nữa, nếu chuyển sang sử dụng các hệ tọa độ mới, tất cả các máy thu GPS hiện tạiđều phải sửa đổi, vì vậy NIMA và Bộ quốc phòng Mỹ (Department of Denfense) quyết định vẫnduy trì việc sử dụng WGS - 84 như đã được xây dựng năm 1987

Bảng 1.2: Bảng hiệu chỉnh độ chính xác

1.4.4 Sai khác giữa bề mặt Ellipsoid xác định theo WGS - 84 và bề mặt Geoid

Hình 1.7: Chênh lệch giữa mặt Ellipsoid WGS-84 và mặt Ellipsoid

(Độ cao - Tính bằng m)Geoid là một bề mặt giả định được hình thành khi nước biển ở trạng thái tĩnh bao phủ toàn bộ

bề mặt địa cầu Do việc phân bố vật chất trên và trong lòng trái đất không đồng đều nên mặt Geoidnày không phải là một bề mặt đều đặn mà có dạng sóng

Như vậy, giữa bề mặt Geoid và bề mặt Ellipsoid xác định theo WGS - 84 có sự sai khác nhất

định Sai lệch này đã được NIMA khảo sát, tính toán và lập thành bản đồ như Hình 1.7.

Sai lệch trung bình = -0.57 m

Sai số bình phương trung bình của các số liệu này là từ +0.5 +1.0m (sai số1m)

Các thông số trên cho thấy đối với khu vực vịnh Bắc Bộ, sai lệch giữa Geoid và EllippsoidWGS-84 trong khoảng -20(m)  -30 (m)

1.4.5 Chuyển đổi giữa WGS - 84 và các hệ trắc địa địa phương

Hiện nay, việc xây dựng hải đồ tại các khu vực khác nhau đang sử dụng các hệ tọa độ trắc địakhác nhau Cụ thể, có nhiều giá trị khác nhau của kích thước Ellipsoid tham chiếu, vị trí trọng tâmtrái đất (gốc tọa độ) được xác định khác nhau hay thông thường, mỗi quốc gia sử dụng điểm xuấtphát đo lưới quốc gia của mình (Local datum) khác nhau, do vậy, tọa độ một điểm được xác địnhtrong các hệ tọa độ trắc địa này cũng có sự khác nhau

Việc chuyển đổi tọa độ của một điểm từ hệ trắc địa địa phương sang WGS - 84 có ý nghĩaquan trọng vì nếu vị trí xác định bởi máy thu GPS được đưa lên hải đồ trong khi không chú ý đếnsai khác này sẽ tồn tại sai số hệ thống lớn, gây nguy hiểm cho hàng hải

Tại Vịnh Bắc Bộ (khu vực từ vĩ tuyến 17 trở ra), trước năm 1954 hải đồ được người Pháp xâydựng theo phép chiếu Mercator đứng, ellipsoid tham chiếu Clarke 1880 (xem bảng trên) lấy cột cờ

Hà Nội ( = 21001'88"5N,  = 105029'52"1) làm xuất phát đo lưới quốc gia

Sau năm 1954, với sự giúp đỡ của chuyên gia Trung Quốc, ta đã xây dựng được hệ trắc địaquốc gia (lưới quốc gia) theo elliposoid tham chiếu là Ellipsoid Krassovsky 1940, gốc xuất phát từBắc Kinh, nhưng bản thân lưới quốc gia của Trung Quốc lại lấy gốc xuất phát từ đài thiên vănPulkovo - Nga, theo hệ trắc địa Pulkovo 1942 Như vậy, có thể nói, hệ trắc địa được sử dụng xâydựng hải đồ tại Việt Nam chính là hệ trắc địa Pulkovo, Nga Một số kích thước Ellipsoid đã đượccông nhận và sử dụng là:

Khác biệt giữa hệ trắc địa Pulkovo - 1942 và WGS - 84 đã được xác định như sau:

Bảng 1.4: Khác biệt giữa hệ trắc địa Pulkovo - 1942 và WGS - 84

PULKOVO

Đối với hầu hết các ứng dụng như xây dựng hải đồ, bản đồ, hàng hải, tọa độ của một điểm cóthể được chuyển từ hệ trắc địa địa phương sang WGS - 84 qua việc chuyển đổi tọa độ cầu theodạng:

WGS - 84 = local + 

WGS - 84 = local + 

hWGS - 84 = hlocal + hTrong hàng hải, chúng ta quan tâm chủ yếu tới lượng hiệu chỉnh  và , ít quan tâm tới độcao h Các giá trị này được Molodensky tính toán và xây dựng thành công thức như sau:

" = [-Xsincos - Y.sinsin + Zcos + a.RN.e2.sincos/a

+ f(RM a/b + RN b/a) sincos]/(RM + h) sin1" (1.24)

" = [-X.sin + Ycos]/(RN + h) cossin1" (1.25)Trong đó:

: vĩ độ địa dư,

: kinh độ địa dư,h: độ cao của điểm đang xét so với bề mặt khối Ellipsoid tham chiếu,

h = H + N,H: độ cao của điểm đang xét so với bề mặt Geoid,N: chênh lệch giữa mặt ellipsoid và mặt geoid,

,  được tính bằng giây ("),

X, Y, Z là tọa độ gốc hệ trắc địa địa phương trong WGS – 84,

a, b, e, f theo thứ tự là bán trục lớn, nhỏ, độ lệch tâm, độ bẹt của Ellipsoid tham

1



e

e a





,

RN: Bán kính cong của vòng thẳng đứng gốc tại  ; RN = a/(1 - e2sin2)1/2

Áp dụng công thức này, với độ chính xác cho phép trong hàng hải, ta có thể sơ bộ xácđịnh sai lệch về kinh, vĩ độ của một điểm trong WGS - 84 và hệ trắc địa địa phương Ở đây,

do ta xét việc máy thu GPS đặt trên tàu nên trong công thức

h = N + Hthì H chính là độ cao Anten so với mực nước biển; N có thể lấy theo bản đồ chênh lệch giữaEllipsoid và Geoid như hình trên

Thực tế, nếu có một điểm biết tọa độ chính xác trong WGS - 84 và tọa độ chính xác trong hệ

trắc địa địa phương, với các kích thước ellipsoid (a, b, f, e) lấy từ bảng, ta có thể tính được X, Y,

Z theo phương pháp gần đúng dần

Tuy nhiên ở đây sử dụng các giá trị đã được NIMA công bố để minh họa Phép thử được tínhtoán với h = -25 (m) và h = -10 (m) (có tính đến độ cao đặt anten máy thu GPS), sử dụng bảng tínhExcel, và trong cả hai trường hợp đều thu được kết quả là:

Nhận xét: ảnh hưởng của độ cao anten tới chênh lệch về tọa độ là rất nhỏ (dưới 0.001"), hoàn

toàn có thể bỏ qua Đánh giá chung cho toàn khu vực:

(12") Vì vậy cần nhanh chóng khảo sát và hiệu chỉnh các số liệu của hải đồ để có sự hiệuchỉnh hợp lý, đảm bảo an toàn hàng hải.

1.5 ĐƠN VỊ ĐO THƯỜNG SỬ DỤNG TRONG HÀNG HẢI

1.5.1 Chiều dài của cung kinh tuyến

1 Chiều dài 1 phút cung kinh tuyến

Chiều dài của 1 phút cung kinh tuyến dS được tính theo công thức:

1

sin)sin1

(

)1(1

2 2 2

M

Để tính dS theo công thức trên, ta khai triển hàm

2 2

( ) sin

1

(

2 3 2

f (10) 1

)0(



 0 1

) 1 (

X

X

)0(

0 2

(

!2

))(

())(

()()

0 0



n

x x x f x

x x f x x x f x f x f

n n

,với x0 = 0 ta có:

!

)0(

!2

)0()

0()0()(

) ( 2

x f x f f x f

n n

(1.28)Thay vào ta được:

!

)1) (

2)(

1(

!3

)2)(

1(

!2

)1(1

)

(

3 2

n

X n X

X X

dy K(x-dx,y+dy)

128 sin

315 sin

16

35 sin

8

15 ) sin )(

2 / 3 ( 1 )

315sin

16

35sin

8

15)sin(2

31)sin1

(

2 2

e

e e

(1.31)

Thay vào biểu thức tính dS ta được:

1 phút cung kinh tuyến =

) sin

8

15 sin

2

3 1 )(

1 ( 1

15 sin

2

3 ) ( sin 8

15 sin

2

3 1 ( 1

( 1 sin )

sin 2

3 1 ( 1



e a

2 cos 4

3 4

3 1

( 1 sin

2 2

2



a e

e a

(1.32)

Thay các giá trị của a, e vào (1.30) ta được:

1 phút cung kinh tuyến = (1852,28 - 9,355.cos2) mét.

Vậy chiều dài của 1 phút cung kinh tuyến phụ thuộc vào vĩ độ  Giá trị này đạt min tại xích đạo (1843m) và max tại cực (1861,6m).

Năm 1928, một hội nghị quốc tế đã thống nhất lấy 1 phút cung kinh tuyến tại vĩ độ  = 45

bằng 1 hải lý quốc tế (International Nautical Mile – NM)

2 Chiều dài cung kinh tuyến

Chiều dài của cung kinh tuyến giữa 2 vĩ độ được tính theo công thức sau:

2

) sin 1

(

1 )

1 (

16

35sin

8

15sin

2

31()1

2 cos 1 ( 2

 d        sin 6  C

192

1 4 sin 64

3 2 sin 64

15 16

5 sin 6

2

1

) 6 sin 192 1 4 sin 64 3 2 sin 64

15 16

5 ( 16 35

) 4 sin 32 1 2 sin 4

1 8 3 ( 8 15 ) 2 sin 4

1 2 ( 2 3 ) 1 (

6

4 2

e a S

2

1

6 sin 3072 35 4

sin ) 4 3 ( 256 15

2 sin ) 128

15 4

1 ( 8

3 ) 256

5 64

3 4

1 1 (

6 6

4

6 4

2 6

4 2

e

e e

e e

e e

a S

(sin

) 4 sin 4

(sin )

2 sin 2

(sin )

(

1 2

6

1 2

4 1 2

2 1 2 0

A a S

(1.34)Trong đó:

3 4

1

e e

128

15 4

1 ( 8

e e

4

3 ( 256

Đây là công thức để tính độ dài của cung kinh tuyến từ vĩ độ 1 đến vĩ độ 2

Bỏ qua các vô cùng bé bậc cao (e6…), ta có công thức:

2

1

4 sin 256

15 2 sin 32

3 64

3 2 sin 8

3 4

Công thức này được tính toán với trái đất là hình Spheroid và có thể tính bằng mét, hải lý hay

bất cứ đơn vị nào khác tuỳ thuộc vào đơn vị sử dụng cho a.

Chiều dài cung kinh tuyến chính là cơ sở chính xác để đo đạc, xác định khoảng cách trên biển,trên hải đồ

1.5.2 Các đơn vị đo chiều dài và đo tốc độ trên biển

Hải lý (Sea mile) là chiều dài 1’ cung kinh tuyến ở vĩ độ vị trí,

1 Hải lý quốc tế ( International nautical Mile) là chiều dài tiêu chuẩn có giá trị là 1NM =1852m,

2 Hải lý xích đạo (Geographical Mile) là chiều dài 1’ cung xích đạo, giá trị này tính theo kíchthước elipsoid quốc tế là 1855.4m,

3 Dặm Anh (Status or Land mile) 1 land mile = 1609.3m

9 Knot: 1 knot = 1NM/h

CÂU HỎI ÔN TẬP:

1 Hãy cho biết đặc điểm hình dạng của trái đất? Thế nào là hình Geoid?

2 Có mấy loại tọa độ để biểu diễn vị trí trên bề mặt trái đất? Ứng dụng của từng loại?

3 Trình bày các bán kính cong chính của trái đất? Ý nghĩa của chúng trong hàng hải?

4 Thế nào là hệ trắc địa? Trình bày hệ trắc địa WGS-84 ?

5 Các đơn vị đo chiều dài và đo tốc độ thường dùng trong hàng hải ?

Chương 2

XÁC ĐỊNH PHƯƠNG HƯỚNG TRÊN BIỂN

2.1 NGUYÊN TẮC XÁC ĐỊNH PHƯƠNG HƯỚNG TRÊN BIỂN

2.1.1 Mặt phẳng chân trời thật

Mặt phẳng chân trời thật tại điểm

A là mặt phẳng vuông góc với đườngdây dọi của điểm A (Z là thiên đỉnh củangười quan sát)

Mặt phẳng kinh tuyến người quansát cắt mặt phẳng chân trời thật bởi mộtđường thẳng gọi là đường Bắc-Nam (NS)

Mặt phẳng chứa điểm O và A vuông góc với mặt phẳng kinh tuyến người quan sát gọi là mặt phẳng thẳng đứng gốc Mặt phẳng này cắt mặt cầu bằng một vòng tròn gọi là vòng thẳng đứng gốc

hay vòng Đông-Tây (EW) Mặt phẳng thẳng đứng gốc cắt mặt phẳng chân trời thật bởi đường thẳngEW

Đường NS và EW chia mặt phẳng chân trời thật thành bốn phần: Đông Bắc (NE), Đông Nam(SE), Tây Nam (SW), Tây Bắc (NW), trong đó đường NS là đường cơ bản để xác định phươnghướng trên biển Hướng của đường Bắc-Nam (NS) từ vị trí người quan sát (A) về phía cực trái đất

gần hơn sẽ mang tên cực đó Trên Hình 2.1, cực gần đường Bắc-Nam là PN, vậy hướng vể\ề phía PN

là hướng Bắc (AN) Qui ước, trên mặt phẳng chân trời thật, quay mặt về hướng Bắc (N) thì sau làNam (S), bên phải là Đông (E) còn bên trái là Tây (W)

2.1.3 Xác định phương hướng trên biển

Để xác định phương hướng trên biển người ta dùng các thiết bị chỉ hướng như la bàn từ, labàn con quay, la bàn vệ tinh Các la bàn này luôn cho biết hướng Bắc để căn cứ vào đó người sửdụng xác định hướng đi và phương vị trên mặt biển Trị số của phương hướng xác định theo la bànđược tính bằng góc hợp bởi hướng Bắc la bàn và phương hướng cần xác định Các loại hướng đi vàphương vị sẽ được định nghĩa cụ thể ở phần sau

Nz

H×nh 2.1

2.2 CÁC HỆ THỐNG PHÂN CHIA CHÂN TRỜI

2.2.2 Hệ phương vị nguyên vòng (A)

Tính từ hướng Bắc (N), theo chiều kim đồng hồ, về phía Đông (E), giá trị biến thiên từ 0 360

Ví dụ : A = 2500

2.2.3 Hệ phương vị bán vòng (A1/2 )

Tính từ hướng Bắc (N), về phía Đông (E) hoặc Tây (W), giá trị biến thiên từ 0180 Tênphương vị bán vòng, chữ thứ nhất trùng tên với vĩ độ , tiếp đến là giá trị phương vị, chữ thứ haimang tên với bán cầu chứa mục tiêu

Vídụ : A1/2 = N1100 W, A1/2 = S 0700 W

2.2.4 Hệ phương vị 1/4 vòng (A

Yính từ hướng Bắc (N) hoặc Nam (S), về phía Đông (E) hoặc Tây (W),cớ giá trị biến thiên từ090 Tên phương vị 1/4 vòng, chữ thứ nhất trùng với tên mốc, chữ thứ 2 mang tên bán cầu chứamục tiêu

- 4 hướng chính N, E, S, W

- 4 ca chính NE, SE, SW, NW

- 8 ca phụ NNE, ENE, ESE,

- 16 ca trung gian NbE, NEbN, EbN, Tên của các Ca được xác định bằng cách lấyghép tên của 2 ca chính hơn lân cận, tên ca chính

hơn đứng trước, cụ thể theo bảng 2.1 sau :

Hình 2.3

Bảng 2.1: Phân chia chân trời theo hệ ca (points).

Bảng 2.2 Chuyển đổi các hệ phương vị

2.3 ĐỊA TỪ TRƯỜNG – ĐỘ LỆCH LA BÀN TỪ

2.3.1 Khái niệm địa từ trường

Trái đất được xem như một thanh nam châm khổng lồ có cực nam (S) địa từ ở vịnh Guston(Canada) gần cực bắc (N) địa lý, cực bắc (N) địa từ ở vịnh Victoria

(Nam cực) gần cực nam (S) địa lý Các cực địa từ không cố định và luôn thay đổi

Ví dụ, số liệu khảo sát tính toán vị trí các cực từ có sự biến đổi như sau:

Năm 1996 :

7903N; 710 W & 790S; 10805W,

Năm 2005 :

8207N, 11404W & 64031'8; 137051'6E ,

2.3.2 Độ lệch địa từ

Địa từ cực không trùng với cực địa lý nên kinh

tuyến từ cực cũng không trùng với kinh tuyến điạ lý

mà nó lệch nhau một góc d gọi là từ thiên hay độ

lệch địa từ Vậy độ lệch địa từ ký hiệu là d là góc

nhỏ hơn hợp bởi phần Bắc (N) của kinh tuyến địa lý

(NT) và và phần Bắc (N) của kinh tuyến địa từ (Nd)

Nếu kinh tuyến địa từ lệch về phía:

- NE kinh tuyến địa lý thì d > 0 và qui ước

mang tên đông (E)- NW kinh tuyến địa lý thì d < 0 ,

qui ước mang tên tây (W) ;

* Xác định độ lệch địa từ

Công thức tính : d hh d ks  n d

Trong đó:

- d hh là độ lệch địa từ năm hàng hải, cần xác định,

- d ks là độ lệch địa từ năm khảo sát,

- n là khoảng thời gian từ năm khảo sát đến năm hàng hải,

- d là thay đổi hàng năm của độ lệch địa từ,

- dấu (+) khi cho d tăng hàng năm hoặc d khác dấu với (dks)

và ngược lại, dấu (- ) khi cho dgiảm hàng năm hoặcdcùng dấu với (dks) ,

- Kết quả, nếu dhh > 0 sẽ cùng tên với dks và ngược lại, dhh<0 sẽ khác tên với dks

1 Hoa địa từ ( compass rose )

Trường hợp thường gặp nhất, trên hải đồ đi biển là số liệu xác định độ lệch địa từ (d) được chotrên hoa địa từ Cần chọn hoa địa từ gần vị trí tàu nhất để nâng cao độ chính xác và tính theo côngthức:

Ví dụ , hình 2.6

VAR 4015' W 1997 (8'E) : độ lệch địa từ năm khảo sát là 4015' W on 1997,

ANNUAL DECREASE 8'E : độ lệch địa từ giảm hàng năm 8' ,

Độ lệch địa từ năm hàng hải 2009 là,

' 39 2 ' 8 ) 1997 2009

( ' 15

( ' 15

Độ lệch địa từ năm 2009 là,

' 51 5 ' 3 ) 1997 2009

( ' 15

Lưu ý: trên hải đồ cho tăng độ lệch địa từ thay đổi hàng năm tăng (increasing) hay giảm

(decreasing) là đối với trị số tuyệt đối của độ lệch địa từ năm khảo sát Tăng khi độ lệch địa từ năm khảo sát và thay đổi hàng năm kjhác dấu và ngược lại.

Hình 2.6 : Hoa địa từ và đường đẳng từ

2 Đường đẳng từ (Isogonals)

M

Hải đồ tỷ lệ xích nhỏ thường cho số liệu độ lệch địa từ dạng đường đẳng từ Tính toán độlệch địư từ tại vị trí tàu, trước hết phải xác định độ lệch địa từ trên 2 đường đẳng từ gần nó nhất Sau

đó nội suy gần đúng tại vị trí tàu giữa 2 đường đẳng từ vừa xác định

Ví dụ, hình 2.6 :

Tính độ lệch địa từ tại vị trí A năm hàng hải 2009

Đường đẳng từ 10 W (3'E): năm 2009 có độ lệch địa từ là : 0024' W

Đường đẳng từ 30 W (5'E): năm 2009 có độ lệch địa từ là : 20 W

Độ lệch địa từ tại điểm A năm 2009 là : 1036' W

3 Một số trường hợp đặc biêt.

Local MagneticAnomaly within theenclosed area themagnetic variation maydeviation from thenormal by the valueshown

Giá trị độ lêch địa từ bấtthường của một khu vựcgiới hạn được chỉ thịtrên hải đồ

Local Magnetic Anormaly

Vị trí độ lệch địa từ bấtthường khó xác định sẽđược ghi chú trên hải đồ

và có kèm theo chú giải

ở phần riêng

on title of chart (large scale ) VAR 5

0E (1968)ANNUAL CHANGE

6'W

Hải đồ tỷ lệ xích lớn, sốliệu cho ở đề mục vàdùng cho toàn bộ tờ hải

đồ đó

Bảng 2.3 Độ lệch địa t ừ đặc bi ệt

2.3.3 Độ lệch riêng la bàn từ (Deviation )

Sắt thép trên tàu chịu ảnh hưởng của từ trường trái đất, bị từ hóa

sinh ra từ trường thứ cấp Từ trường thứ cấp tác động lên la bàn từ gây

nên độ lệch riêng la bàn từ () Độ lệch riêng la bàn từ () là góc nhỏ

hơn bởi phần bắc kinh tuyến địa từ và phần bắc kinh tuyến la bàn

Nếu kim la bàn lệch về phía:

- NE kinh tuyến địa lý thì  > 0 và qui ước mang tên đông (E),

- NW kinh tuyến địa lý thì < 0 , qui ước mang tên tây ( W) ,

Giá trị () không phụ thuộc vào vị trí của tầu mà phụ thuộc vào hướng

chạy tầu và loại tầu Trên tàu người ta lập sẵn bảng độ lệch riêng la bàn

từ theo từng hướng đi ở hai dạng: bảng và đường cong Hiện nay chủ yếu sử dụng dạng đường cong

thuận tiện và chính xác hơn (Hình 2.9).

Đối số tra độ lệch riêng la bàn từ là hướng địa từ Hd, tuy nhiên thực tế có thể thay gần đúngbằng hướng la bàn HL

Đối với la bàn con quay, sai số la bàn L qlà tổng hợp các sai số

vĩ độ, sai số tốc độ, sai số quán tính, sai số lắc

CERTIFICATE FOR COMPASS ADJUSTMENT

SHIP NAME : M/V ATAGO DATE : 16 June, 2006

COMPASS : STANDARD MARKER : OSAKA

Before ajaust Affter ajust

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300 315 330 345 360

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

B Forre&AftMagnet

Right 01 piece (No.7) 02 piece (No.7-11)

Left 01 piece (No.6) 03 piece (No.6-8-9)

Red end fore – aft fore – aft

Heeling Magnet Piece 04 pieces No touch

Red end Up - Down Up - Down

2.4 HƯỚNG ĐI, PHƯƠNG VỊ VÀ GÓC MẠN

2.4.1 Hướng đi

1 Hướng đi thật (HT)

Hướng đi thật của tàu là góc nhị diện hợp bởi phần bắc của mặt phẳng kinh tuyến thật và phần

mũi của mặt phẳng trục dọc tàu Trên mặt phẳng chân trời thật, hướng thật được tính từ hướng bắcthật (NT) theo chiều kim đồng hồ đến hướng mũi tàu,độ lớnbiến thiên từ 0  0 360 0

2 Hướng đi địa t ừ (H d )

Hướng đi địa từ của tàu là góc nhị diện hợp bởi phần bắc của mặt phẳng kinh tuyến địa từ và

phần mũi của mặt phẳng trục dọc tàu Trên mặt phẳng chân trời thật, hướng địa từ được tính từhướng bắc địa từ (Nd) theo chiều kim đồng hồ đến hướng mũi tàu,độ lớnbiến thiên từ 0  0 360 0

3 Hướng đi la bàn (HL)

Hướng đi la bàn của tàu là góc nhị diện hợp bởi phần bắc của mặt phẳng kinh tuyến la bàn và

phần mũi của mặt phẳng trục dọc tàu Trên mặt phẳng chân trời thật, hướng la bàn tính từ hướngbắc la bàn (NL) theo chiều kim đồng hồ đến hướng mũi tàu, độ lớnbiến thiên từ 0  0 360 0

2.4.2 Phương vị

1 Phương vị thật (PT)

Phương vị thật tới mục tiêu là góc nhị diện hợp bởi phần bắc của mặt phẳng kinh tuyến thật và

mặt phẳng thẳng đứng đi qua vị trí tàu và mục tiêu Trên mặt phẳng chân trời thật, phương vị thậtđược tính theo 3 hệ thống phân chia đường chân trời ( A, A1/2 , A1/4)

2 Phương vị địa từ (PD)

Phương vị địa từ tới mục tiêu là góc nhị diện hợp bởi phần bắc của mặt phẳng kinh tuyến địa

từ và mặt phẳng thẳng đứng đi qua vị trí tàu và mục tiêu Trên mặt phẳng chân trời thật, phương vịđịa từ được tính theo 3 hệ thống phân chia đường chân trời ( A, A1/2 , A1/4)

3 Phương vị la bàn(PL)

Phương vị la bàn tới mục tiêu là góc nhị diện hợp bởi phần bắc của mặt phẳng kinh tuyến la

bàn và mặt phẳng thẳng đứng đi qua vị trí tàu và mục tiêu Trên mặt phẳng chân trời thật, phương vịthật được tính theo 3 hệ thống phân chia đường chân trời ( A, A1/2 , A1/4)

Góc mạn tới mục tiêu là góc nhị diện hợp bởi phần mũi mặt phẳng trục dọc và mặt phẳng

thẳng đứng đi qua vị trí tàu và mục tiêu.Trên mặt phẳng chân trời thật, góc mạn tính từ hướng mũitàu đến hướng từ vị trí tàu tới mục tiêu

Góc mạn bán vòng tính từ phần mũi mặt phẳng trục dọc tàu về bên phải hoặc bên trái, độ lớnbiến thiêntừ 0  0 180 0, ký hiệu là GT và GP ,

Góc mạn nguyên vòng tính từ phần mũi mặt phẳng trục dọc tàu theo chiều kim đồng hồ đếnhướng từ tàu tới mục tiêu, độ lớn biến thiên từ 0  0 360 0, ký hiệu là (G) Radar chỉ sử dụng gócmạn nguyên vòng, ký hiệu là R (Radio Bearing)

2.4.4 Mối liên hệ giữa hướng đi, phương vị và góc mạn

HT = HL +  L = HL + d +  = Hd + 

PT = PL +  L = PL + d +  = PD + 

PT = HT + G = HT  G T P

CÂU HỎI ÔN TẬP:

1 Hãy nêu nguyên tắc xác định phương hướng trên biển và các hệ thống phân chia chân trời?

2 Thế nào là độ lệch địa từ? Cách xác định độ lệch địa từ vào năm hàng hải?

3 Thế nào là độ lệch riêng của la bàn? Độ lệch la bàn từ?

4 Nêu định nghĩa hướng đi của tàu? Phương vị và góc mạn của mục tiêu? Mối liên hệ giữa chúng?

- S: quãng đường tàu chạy, tính bằng hải lý,

- T: thời gian chạy tàu tương ứng, tính bằng giờ,

- V: vận tốc tàu, đơn vị là Hải lý/giờ,

Tùy thuộc vào hệ tọa độ tính toán và mục đích sử dụng mà tốc độ tàu được phân loại khácnhau

3.1.2 Phân loại tốc độ tàu

Tùy thuộc vào việc xác định, tính toán và mục đích sử dụng mà tốc độ tàu được phân loại làmnhiều loại khác nhau

1 Phân loại theo cách đo

Tốc độ tuyệt đối là loại tốc độ lấy đáy biển làm gốc để đo cự ly tàu đã chạy được trong một

khoảng thời gian nhất định và còn gọi là tốc độ thật của tàu

Tốc độ tương đối là loại tốc độ tính bằng cách lấy quãng đường tàu chạy so với mặt nước chia

cho thời gian tàu chạy, còn gọi là tốc độ tàu so với mặt nước hay tốc độ kỹ thuật của tàu

Hiện nay chỉ có tốc độ kế Doppler đo được tốc độ tuyệt đối còn các loại tốc độ kế khác chỉ đođược tốc độ tương đối

Khi mặt nước chuyển động ta có:

n

V V

2 Phân loại theo mục đích sử dụng

Tốc độ kỹ thuật là tốc độ tàu được tính toán trong khi thiết kế, căn cứ vào các đặc điểm, tính

năng của tàu ở điều kiện không có ngoại cảnh tác động

Tốc độ khai thác là tốc độ áp dụng trong quá trình khai thác nhằm đảm bảo tính an toàn và

kinh tế

Tốc độ chuyến là tốc độ tàu được tính bằng tổng quãng đường tàu chạy trong chuyến đi chia

cho tổng thời gian chạy tàu đó

Tốc độ thực tế là tốc độ tàu được tính đến ảnh hưởng thực tế của ngoại cảnh.

3.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỐC ĐỘ TÀU

Tốc độ chuyển động của tàu là một nhân tố quan trọng trong quá trình vận chuyển hàng hoá.Trong quá trình khai thác, tốc độ tàu phụ thuộc nhiều yếu tố như : sức đẩy chân vịt, điều kiện ngoạicảnh, hà bám vỏ tàu, độ sâu đáy biển, chênh lệch mớn nước, Sau đây, chúng ta phân tích sơ lượcmột số nguyên nhân cơ bản ảnh hưởng đến tốc độ tàu giúp cho công tác khai thác, vận hành hiệuquả hơn

- Sức đẩy chân vịt phụ thuộc vào công suất và chế độ sử dụng máy Tùy thuộc điều kiện cụthể, máy tàu sẽ sử dụng chế độ hoạt động thích hợp đảm bảo an toàn và kinh tế, nói cách khác làduy trì tốc độ khai thác tối ưu

Tàu hoạt động ở vùng nhiệt đới, trung bình sau 6 tháng , tốc độ tàu có thể bị giảm từ 5% 10% do hà bám

Độ sâu đáy biển cũng ảnh hưởng đáng kể tới tốc độ tàu, vùng luồng lạch, khu vực ven bờnước nông, tốc độ tàu giảm Mức độ suy giảm tỷ lệ phụ thuộc vào độ sâu và mớn nước :

T

h

V 

( h là độ sâu đáy biển ; T là mớn nước của tàu)

- Độ chênh mớn nước cũng ảnh hưởng tới tốc độ, tàu chúi mũi tốc độ sẽ giảm nên khi xếphàng phải lưu ý tính toán điều chỉnh cho tàu chúi lái thích hợp tùy trường hợp cụ thể

- Điều kiện ngoại cảnh như sóng gió, dòng chảy, là yếu tố quan trọng và ảnh hưởng lớnnhất tới tốc độ tàu trong quá trình hoạt động Khai thác yếu tố khí tượng thủy văn, đặc biệt là dòngchảy có thể nâng tăng tốc độ tàu, rút ngắn thời gian chạy tàu mang lại lợi ích kinh tế cao trong quátrình khai thác

3.3 XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ TÀU

3.3.1 Sự cần thiết của việc xác định tốc độ tàu

Trong quá trình chạy tàu người sỹ quan hàng hải phải luôn luôn xác định được tốc độ tàu.Việc biết được chính xác tốc độ tàu có ý nghĩa rất quan trọng trong việc lập kế hoạch chuyến đi, dựđoán thời gian tàu đến (ETA), tránh va, tránh bão,… đồng thời giúp kiểm tra, hiệu chỉnh các thiết bị

đo tốc độ trên tàu

3.3.2 Phương pháp đo tốc độ tàu trên biển

Trên tàu biển được trang bị tốc độ kế kế chân vịt, tốc độ kế thủy lực, tốc độ cảm ứng điệntừ, đo vận tốc của tàu so với nước Tốc độ kế Doppler đo được vận tốc tuyệt đối của tàu so vớiđáy biển nhưng không áp dụng cho tàu vận tải dân sự

Ngày này, trên tàu chủ yếu được trang bị tốc độ kế cảm ứng điện từ đo vận tốc tương đối so

tốc khai thác tối ưu Một thiết bị quan trọng trang bị hầu hết trên tàu biển là máy thu vệ tinh GPS,ngoài chức năng chính là định vị còn cho chúng ta vận tốc tuyệt đối của tàu so với đáy biển Vận tốctuyệt đối phụ thuộc điều kiện ngoại cảnh, đây là cơ sở để tính toán thời gian chạy tàu, thời gian tàuđến.

Trong quá trình khai thác, sĩ quan hàng hải thường xuyên kiểm tra, xác định vận tốc thực tếcủa tàu bằng các phương pháp khác nhau để hiệu chỉnh tốc độ kế, tính toán dự kiến hành trìnhchính xác hơn

3.3.3 Phương pháp địa văn xác định tốc độ tàu

1 Xác định vận tốc tuyệt đối của tàu

Kết hợp với các thiết bị đo tốc độ trên tàu người ta có thể áp dụng các phương pháp địa văn đểxác định, kiểm tra tốc độ tàu Nguyên lý cơ bản của phương pháp là xác định quãng đường tàu chạyđược giữa hai thời điểm sử dụng các mục tiêu đia văn và dùng đồng hồ tính thời gian giữa hai thờiđiểm đó rồi tính ra tốc độ tàu Trong thực tế, có thể áp dụng nhiều phương pháp địa văn xác địnhvận tốc tuyệt đối của tàu Sau đây là một số phương pháp đơn giản thường sử dụng trong quá trìnhkhai thác tàu :

1 2

2 1 1

t t

F F t

S V

V n

Trong khu vực hành trình có mục tiêu M và ảnh mục tiêu hiện rõ nét trên màn hình radar

Dẫn tàu thẳng hướng mục tiêu M hoặc ngược hướng (hình 3.1)

t t

AB t

S V







 (3.4)Khoảng cách S = AB đo trực tiếp trên hải đồ Tiến hành nhiều lần, lấy giá trị trung bình

để nâng cao độ chính xác:



n i

V n

2 Xác định vận tốc tương đối của tàu

Các phương pháp trình bày ở trên chỉ cho ta biết được tốc độ tuyệt đối của tàu Muốn xácđịnh vận tốc tương đối cần tiến hành trong trường thử, thường chỉ áp dụng sau khi tàu đóng mới

a) Yêu cầu cơ bản của trường thử

* Khái niệm và yêu cầu cơ bản của trường thử

A

D1

D2

S

- Vùng biển đủ rộng để quay trở và không có chướng ngại vật nguy hiểm.

- Không có dòng chảy, nếu có phải nhỏ và ổn định, nếu biến đổi phải là biến đổi đều

* Cự ly tối thiểu để thiết kế trường thử

Từ công thức tính tốc độ V = S/t, vi phân công thức này ta có:

2

t

S t t S

V   

 (3.2)

2

t V t S S

t      

 (3.3)

t

t V t S S

t V S

V V

tV V

tV S

S V V

b) Xác định tốc độ tàu trong trường thử

* Trường hợp không có dòng chảy

Trước khi đưa tàu vào trường thử phải đảm bảo cho tàu chạy với tốc độ đều Cho tàu chạy saocho HT vuông góc với đường tim của chập tiêu

Khi thấy chập I trùng nhau (tàu ở điểm A) thì khởi động đồng hồ bấm giây Khi thấy chập IItrùng nhau (tàu ở điểm F) thì dừng đồng hồ bấm giây, ta có:

V = S/T

* Trường hợp có dòng chảy cố định ( Vn

= const)Sau khi tàu chạy ổn định, cho tàu chạy theo HT, tại A chập I trùng nhau Tàu tiếp tục chạytheo HT nhưng do bị nước đẩy nên ta thấy chập II trùng nhau tại B chứ không phải tại F Ta có:

n

V V

V0 

Muốn tính được tốc độ của tàu V0 ta cho tàu chạy 2 lượt đi và về Ở lượt đi giả sử không códòng chảy, hết thời gian t1 tàu nằm tại G Tốc độ tàu V0 Sau đó tàu bị dòng chảy đẩy với tốc độ Vn

trong khoảng thời gian t1 đến điểm B

S = V0t1 + Ch1HT (Ch1HT là hình chiếu lên HT của Vnt1)

S = V0t1 + Vnt1 cosqn (3.7)

Ở lượt về tàu chạy theo hướng HT + 180º Nếu không có dòng chảy tàu chạy trên HT + 180º

trong khoảng thời gian t2 đến điểm D Sau đó tàu bị trôi đến điểm G’ Tại G’ ta quan sát thấy chập IItrùng nhau

S = V0t2 - Ch2HT (Ch2HT là hình chiếu lên HT của Vnt2)

S  o

, thay vào (3.10) ta được:

1

2 1 2 2 1 1

1 2

2

)(

t

t t V St t t V t

t V S t t V

2 1

2

)(

t

t t S

V o   , hay

2

)(v1 v2

1 1

t

S

2 2

512.1510.2

)5121510

* Trường hợp dòng chảy thay đổi tốc độ (V n có gia tốc)

Gọi: V'n0 là hình chiếu tốc độ dòng chảy tại thời điểm ban đầu (t = 0) A xuống HT

V'nt là hình chiếu tốc độ dòng chảy tại thời điểm t nào đó xuống HT

k là hình chiếu của gia tốc dòng chảy xuống HT

t

(3.12)Chia 2 vế của (3.12) cho t1 ta được

V1=V0+ V'n0+k.tc1 (3.13)Trong đó: V0 là vận tốc tàu cần tính

V1 là vận tốc trung bình của tàu trên phương HT giữa 2 lần cắt chập ở lượtchạy thứ nhất.

tc1=2

1

t

(t1 là khoảng thời gian giữa 2 lần cắt chập ở lượt chạy thứ nhất)

Ở lượt đi thứ hai ta có:

V2=V0 - V'n0 – k.tc2 (3.14)Trong đó: V2 là vận tốc trung bình của tàu trên phương HT giữa 2 lần cắt chập ở lượt

, với T1 là khoảng thời gian tàu quay ngược lại lượt chạy thứ 2

t2 là khoảng thời gian giữa 2 lần cắt chập ở lượt chạy thứ hai

Ở lượt đi thứ ba ta có:

V3=V0+ V'n0+k.tc3 (3.15)Trong đó: t3 là khoảng thời gian giữa 2 lần cắt chập ở lượt chạy thứ ba

V3 là vận tốc trung bình của tàu trên phương HT giữa 2 lần cắt chập ở lượtchạy thứ ba

1 3

c

c t t

V V

1 3

1 2 1 3 2

c c t t

t t V V V V

, với Vi = Si/ti (3.16)

Ta còn có thể dùng công thức:

) 2

( 4

1

3 2 1

2 1

t

S V t

S V t

S

Nếu chạy tàu 4 lần ta dùng công thức:

) 3

3 ( 8

1

4 3 2 1

V     (3.18)

3.4 XÁC ĐỊNH QUÃNG ĐƯỜNG TÀU CHẠY TRÊN BIỂN

3.4.1 Tốc độ kế

Trong một chuyến hành trình, liên tục phải xác định quãng đường tàu chạy Công việc nàyđược tiến hành hàng ngày và có tính toán tổng kết sau mỗi chuyến đi Thực tế, chúng ta cần xácđịnh một số loại quãng đường tàu chạy trên biển bằng các phương pháp khác nhau tương ứng.

1 Quãng đường tương đối (S R )

Quãng đường tàu chạy được so với nước, đây là một yếu tố cần thống kê xác định để sửdụng cho các hành trình tiếp theo Thông số này cho biết khả năng hành trình của tàu không xét đếnyếu tố ngoại cảnh quan trọng là dòng chảy

Trên tàu biển trang bị thiết bị đo quãng đường tàu chạy tương đối là « tốc độ kế » Mục 3.3.2

đã trình bày phương pháp xác định vận tốc tàu bằng các loại tốc độ kế khác nhau Quãng đường tàuchạy được xác định theo chỉ số tốc độ kế Giả sử chỉ số tốc độ kế giữa hai thời điểm chạy tàu là

H S

 là sai số tốc độ kế (hay số hiệu chỉnh tốc độ kế)

Sai số tốc độ kế TK% và hệ số tốc độ kế HTK cho sẵn trong hồ sơ nhưng cần được kiểm traxác định lại đẻ hiệu chỉnh trong quá trình sử dụng Phương pháp xác định tương tự phương pháp xácđịnh vận tốc tàu đã trình bày ở mục 3.3.3

2 Quãng đường tuyệt đối (S A )

Quãng đường tàu chạy được so với đáy biển, đây là giá trị thực tế cần thiết để tính toán chochuyến đi cụ thể Mỗi chuyến hành trình đều thiết lập một tuyến đường hàng hải dự tính Hàngngày, khoảng cách tàu đi được theo tuyến đã vạch ra để xác định quãng đường đi được trong ngày,tính toán quãng đường đã đi được, quãng đường còn lại và dự kiến thời gian tàu đến cảng đích(ETA) Tất cả các thông số kể trên được đo đạc, xác định vào lúc 12h00m hàng ngày theo giờ tàu để

lập báo cáo buổi trưa (noon report) thông báo cho các bên hữu quan.

Quãng đường thực tế tàu chạy được đo trực tiếp trên hải đồ kết hợp với việc sử dụng cácchương trình lập sẵn trên máy tính hoặc máy thu vệ tinh (GPS) để nâng cao độ chính xác và rútngắn thời gian đo đạc

3 Quãng đường lý thuyết (S T )

Quãng đường tàu chạy được tính toán theo vòng quay chân vịt của máy chính Hàng ngày,dựa trên vòng quay chân vịt theo công suất máy chính đảm bảo tôc độ khai thác, bộ phận máy sẽtính được quãng đường tàu chạy Thực chất, đây là quãng đường tính toán trên lý thuyết với giảthiết điều kiện ngoại cảnh nhất định cho từng con tàu Các loại quãng đường tàu chạy được có mốiliên hệ với nhau:

T

R T S

S S

c   : ảnh hưởng của dòng chảy,

+ % 100%

R

R T S

S S

s   : độ trượt (slip)

Tiến hành so sánh các loại quãng đường tàu chạy sẽ giúp sĩ quan hàng hải xác định đượcmức độ ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh tói tôc độ tàu Kết quả thống kê sẽ là cơ sở lập phương

án dẫn tàu và khai thác máy hiệu quả

CÂU HỎI ÔN TẬP:

1 Nêu khái niệm và phân loại tốc độ tàu?

2 Trình bày phương pháp xác định tốc độ tàu trong trường thử?

3 Phương pháp xác định quãng đường tàu chạy trên biển?

Trên cơ sở những nguyên tắc và phương pháp toán học, người ta tính toán và thiết lập mốiquan hệ ràng buộc chặt chẽ giữa toạ độ địa lý của các điểm trên bề mặt trái đất với hình chiếu củachúng trên mặt phẳng Thông tin cơ bản trên hải đồ bao gồm phép chiếu, tỷ lệ xích hải đồ, mạngkinh vĩ, đường ngắn nhất, đường hằng hướng,

Hải đồ đầu tiên được in trên nghững tấm da cừu Thế hệ thứ nhất là hải đồ giấy đã được lưuhành từ lâu và vẫn đang là tài liệu không thể thiếu được của người đi biển Hải đồ phục vụ công tácdẫn tàu và còn là cơ sở pháp lý xác định các nguyên nhân tai nạn, rủi ro trên biển Theo SOLAS, hải

đồ là 1 ấn phẩm bắt buộc phải trang bị và duy trì tu chỉnh thường xuyên cho tàu biển

Thế hệ thứ hai là hải đồ điện tử nhưng không phải là phiên bản đơn giản của hải đồ giấy mà

có tính năng và giới hạn hoàn toàn khác hải đồ giấy Hiện nay, hải đồ điện tử đang được từng bước

áp dụng song song với hải đồ giấy và dần hoàn thiện Hải đồ giấy có các tính pháp lý như hải đồgiấy nếu nó hoàn thiện thỏa mãn các tính năng kỹ thuật theo yêu cầu IMO

4.1.2 Tỉ lệ xích hải đồ

Khi biểu diễn bề mặt trái đất trên mặt phẳng bao giờ người ta cũng thu nhỏ theo một tỷ lệ nhấtđịnh nào đó Mức độ thu nhỏ giữa hình ngoài thực địa và hình trên hình chiếu gọi là tỷ lệ xích hảiđồ

Mặt khác khi biểu diễn bề mặt khối Elipsoid trái đất lên mặt phẳng bao giờ cũng có sai số Cónhững nơi các yếu tố thể hiện trên hải đồ bị co lại và cũng có những nơi các yếu tố thể hiện trên hải

đồ bị giãn ra, hình dáng bị méo đi Song cũng có những điểm hoặc theo những hướng nhất địnhtrên hải đồ không có sai số hoặc sai số không đáng kể

Tỷ lệ xích chuẩn: Trên những điểm không có sai số thì tỷ lệ xích hải đồ phản ánh chính xác

mức độ thu nhỏ của hải đồ so với thực địa và gọi là tỷ lệ xích chuẩn (còn gọi là tỷ lệ xích chính hay

tỷ lệ xích chung) ký hiệu c Thực tế, tỷ lệ xích chuẩn là tỷ lệ xích xác định tại vĩ tuyến chuẩn sửdụng cho toàn bộ tờ hải đồ

Ví dụ: Scale 1: 200 000 at 42000’

Tỷ lệ xích riêng: Càng xa các điểm hay các đường có tỷ lệ xích chuẩn thì sai số càng lớn, tỷ

lệ xích hải đồ không phản ánh chính xác mức độ thu nhỏ của hải đồ Ở những điểm đó tỷ lệ xích lớnhơn hay nhỏ hơn tỷ lệ xích chuẩn và gọi là tỷ lệ xích riêng i Tỷ lệ xích riêng của một điểm cho

trước trên mặt phẳng chiếu theo hướng nào đó là tỷ số giữa đoạn vô cùng bé (VCB) dl i trên mặt

phẳng chiếu theo hướng đó với đoạn VCB dl o tương ứng ngoài thực địa

o i





Tỷ lệ xích bằng số: là một phân số với tử số là một đơn vị, mẫu số cho ta biết bao nhiêu đơn

vị ngoài thực địa ứng với một đơn vị trên mặt phẳng chiếu Hay nói cách khác mẫu số là số nghịchđảo của tỷ lệ xích

C dlo

dli

C  s1 (4.3)

Ví dụ: 1:300 000; 1:500 000, v.v

Thước tỷ lệ (còn gọi là tỷ lệ thẳng): là một đoạn thẳng được chia thành những phần nhỏ cho ta

biết bao nhiêu đơn vị ngoài thực địa tương ứng với một phần nhỏ của thước Muốn đổi tỷ lệ xíchbằng số ra thước tỷ lệ ta lấy mẫu số của nó chia cho độ lớn của đơn vị thể hiện

3 sea mile

Hình 4.1: Thước tỷ lệ trên hải đồ Anh

Ví dụ: Hải đồ có tỷ lệ xích số 1: 370 400 ; trên thước tỷ lệ , 1 cm ứng giá trị ngoài thực địa:

370400 x 1(cm) / 1852(m) = 2(hải lý)Vậy 1cm trên thước tỷ lệ của hải đồ có tỷ lệ xích 1: 370400 ứng với 2hải lý ngoài thực địa.Muốn đổi từ thước tỷ lệ ra tỷ xích bằng số, lấy tử số bằng 1, mẫu số bằng tích của đơn vị lớn baohàm trong đơn vị nhỏ

Ví dụ: Thước tỷ lệ thể hiện 1cm ứng với 2hải lý, tỷ lệ xích số tương ứng là:

100 1852 2

1 1





x x C

Tỷ lệ diện tích P i là tỷ số giữa diện tích VCB trên hải đồ với diện tích ds o ngoài thực địa

2 1 0

Tỷ lệ chuẩn: P c =  c1 x  c2 , nếu lấy  c1 =  c2 =  c thì c = P c

Tỷ số: P = P i /P c gọi là độ tăng tỷ lệ xích diện tích

2 1 1 2

1

P

P P

c c c

4.2 PHÉP CHIẾU HẢI ĐỒ

Giáo sư K.A Salisep nêu định nghĩa phép chiếu hải đồ như sau “Phép chiếu hải đồ là phương pháp toán học xác định để thể hiện bề mặt khối Elipxoid trái đất lên trên mặt phẳng Nó quy định mối quan hệ phụ thuộc phân tích giữa toạ độ địa lý của các điểm trên bề mặt khối Elipxoid trái đất

và toạ độ thẳng góc của chính các điểm đo trên mặt phẳng’’.

Mối quan hệ phụ thuộc đó thể hiện bằng hai phương trình sau:

x = f 1 (, ) (4.6)

y = f 2 (, ) (4.7)

Đó là hai phương trình đặc trưng của các phép chiếu hải đồ dùng để tính toán thiết lập hệ toạ độ

thẳng góc x và y của điểm thể hiện theo các toạ độ địa lý ,  Mỗi một phép chiếu hải đồ có một

quy luật và đặc tính sai số riêng với hệ kinh vĩ có hình dáng riêng, có những ưu, nhược điểm cơ bảnriêng Vì vậy tùy theo mục đích, yêu cầu công việc mà người ta chọn phép chiếu hải đồ cho phùhợp

4.2.1 Yêu cầu cơ bản đối với phép chiếu hải đồ

Hải đồ đi biển yêu cầu đảm bảo tính đẳng giác, đẳng diện, đẳng cự ly Thực địa cầnđược thể hiện chính xác trên hải đồ, khảng cách và hướng không được thay đổi Tuy nhiên, không

có phép chiếu nào thỏa mãn tất cả các yêu cầu trên Chúng ta chỉ xem xét tới các yêu cầu cơ bảnnhất đối với hải đồ:

1 Phép chiếu hải đồ phải bảo đảm tính đẳng giác

Trên hải đồ đi biển, chúng ta cần thao tác nhiều yếu tố góc như: đường tàu chạy, hướng tớimục tiêu, góc kẹp tới mục tiêu, Do vậy, yêu cầu phép chiêu hải đồ phải đảm bảo tính đẳng giác,tức là góc ngoài thực địa sẽ bằng góc tương ứng trên hải đồ để công tác dẫn tàu được an toàn

2 Đường hằng hướng là đường thẳng trên hải đồ Mercator

Trên biển, đường dẫn tàu chính là luôn cắt kinh tuyến duới các góc bằng nhau gọi là đường

hằng hướng (Loxo/Rumble line) Muốn thao tác được tuyến đường nhanh chóng, chính xác thì yêu

cầu phép chiếu phải đảm bảo đường hằng hướng là đường thẳng

3 Độ biến dạng của hải đồ nằm trong giới hạn cho phép

Bất kỳ phép chiếu hải đồ nào cũng chỉ có khả năng thỏa mãn được một vài yêu cầu của hải

đồ đi biển Tuy nhiên, các biến dạng khác của phép chiếu không được đảm bảo như : diện tích, cự

ly, phải nằm trong giới hạn cho phép để việc giải quyết các bài toán thực tế có độ chính xác thỏamãn các yêu cầu của tổ chức hàng hải quốc tế (IMO) qui định

Thực tế hàng hải đã xuất hiện nhiều phép chiếu hải đồ có tính chất khác nhau Tuy nhiên, chỉ

có phép chiếu mang tên nhà hàng hải Mercator là thỏa mãn được các yêu cầu cơ bản của hải đồ đibiển Hiện nay, hầu hết hải đồ đi biển áp dụng phép chiếu Mercator

4.2.2 Phép chiếu Mercator

1 Nguyên lý phép chiếu Mercator

Phép chiếu hải đồ Mecator là phép chiếu hình trụ pháp tuyến đẳng giác Cho một hình trụ tròn xoay ngoại tiếp với bề mặt trái đất tại xích đạo, tâm chiếu là tâm trái đất (O) Chiếu các điểm trên bề mặt trái đất lên mặt trụ, trải theo đường sinh được mặt phẳng hay hải đồ Hình chiếu của cáckinh tuyến đường thẳng song song với nhau và vuông góc với các vĩ tuyến Xây dựng phép chiếu

Hình 4.3: Nguyên lý phép chiếu Mercator

2 Điều kiện đẳng giác của phép chiếu Mercator

Giả sử ta có một vùng đất nhỏ ABCD như Hình 4.3, sau khi chiếu lên hải đồ ta được khu vực tương ứng “abcd” Đường DB hợp với kinh tuyến qua AB một góc K Trên hải đồ db hợp với ad một góc k Diện tích ABCD ta chọn đủ nhỏ để có thể coi đó là một hình phẳng ta có:

2 3 2 2 2

) sin 1

cos

) sin 1

) 1 (

cot

e a e

e a r

M AB

(

)1(

2 2 2

D

(4.10)Chuyển số gia sang dạng vi phân ta có:





cos)sin1

(

)1(

2 2

2

e

d e a dD

2 2 2

) 1 (

e

d e a dD

D

2

)sin1

sin1)(

24(

e

e tg

a D

Mặt khác nếu căn cứ vào tỷ lệ xích ta có: chọn tỷ lệ xích chuẩn ở xích đạo và coi độ lớn của

nó bằng µ c = µ xđ = 1 Độ tăng tỷ lệ xích theo kinh tuyến m và theo vĩ tuyến n là: