Bài giảng hàng hải cơ bản cho nghề cá

HỆ TỌA ĐỘ ĐỊA LÝ Các điểm trên mặt đất được xác định bằng tọa độ, là các đại lượng đặc trưng cho vị trí của các điểm so với điểm gốc, đường gốc hay mặt gốc của một hệ tọa độ đã chọn.. H

TRẦN ĐỨC LƯỢNG

HÀNG HẢI CƠ BẢN CHO NGHỀ CÁ

II.6 Các hệ thống phân chia phương hướng trên mặt phẳng chân trời 15

MỤC

VII.8 Đường đi và vị trí tàu khi có cả gió và dòng chảy tác dụng 109

CHƯƠNG VIII XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ TÀU BẰNG QUAN SÁT MỤC TIÊU

NHÌN THẤY

126

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương I

PHẦN I NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN

CHƯƠNG I TRÁI ĐẤT I.1 HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƯỚC TRÁI ĐẤT

Trái Đất là một hành tinh thuộc Thái dương hệ (Hệ Mặt Trời), hình dạng và kích thước của nó đã được nghiên cứu từ thời xa xưa Suốt một thời gian dài của lịch

sử người ta cho rằng bề mặt Trái Đất là phẳng, mặc dù từ thời thượng cổ người ta đã biết những bằng chứng về bề mặt cong của Trái Đất Vào khoảng giữa thế kỷ XVII hình dạng và kích thước Trái Đất mới được xác định một cách chắc chắn Các công trình nghiên cứu tiếp theo từ thế kỷ XVII đến thế kỷ XX ở các phần khác nhau của Trái Đất cho thấy rằng nó cũng không hoàn toàn là hình cầu Hiện nay có những quan niệm về hình dạng và kích thước Trái Đất như sau:

Trái Đất vật lý: Trái Đất có hình dạng rất phức tạp không giống bất kỳ một vật

thể hình học nào đã biết Bề mặt của nó không bằng phẳng, không cong đều mà rất lồi lõm, có tổng diện tích khoảng 510.083.000 Km2 Nhìn từ ngoài vũ trụ, Trái Đất như một quả cầu nước Lục địa, đất liền chỉ như những hòn đảo nhỏ chiếm khoảng 29% diện tích bề mặt, trong đó có khoảng 1% lục địa quanh năm bị băng tuyết bao phủ, độ cao trung bình so với mặt nước biển khoảng 870m, chỗ cao nhất khoảng trên 8000m Còn đại dương chiếm tới 71% diện tích bề mặt với độ sâu trung bình so với mặt nước biển khoảng 3800m, chỗ sâu nhất khoảng trên 11.000m Trái Đất với bề mặt tự nhiên như vậy được gọi là Trái Đất vật lý, hình I-1a

Trái Đất Geoid: Trái Đất vật lý có hình dạng vô cùng phức tạp, tuy nhiên nếu

so sánh sự chênh lệch độ cao và độ sâu với kích thước Trái Đất thì sự lồi lõm trên bề mặt không đáng kể Từ đó nảy sinh khái niệm “Mặt nước gốc” (MNG) của Trái Đất Người ta quy ước lấy bề mặt đại dương yên tĩnh kéo dài xuyên qua lục địa tạo thành một mặt cong khép kín làm Mặt nước gốc của Trái Đất Hình dạng Trái Đất được tạo bởi MNG khép kín đó gọi là Trái Đất Geoid (hay còn gọi là Trái Đất bình quân), hình I-1b Đặc điểm của Trái Đất Geoid là tại mọi điểm phương của đường pháp tuyến luôn trùng với phương dây dọi (phương của trọng lực) và tổng bình phương khoảng cách từ mặt Geoid đến mặt đất là nhỏ nhất, tức bề mặt của nó gần với bề mặt vật lý (bề mặt thật) của Trái Đất Tuy nhiên, do sự phân bố vật chất không đồng đều của cấu tạo vỏ

Trái Đất, nên ngay cả ở trạng thái yên tĩnh Geoid cũng có một hình dạng rất phức tạp, không thể biểu diễn nó bằng một quy luật toán học nhất định

Mỗi quốc gia đều quy ước chọn riêng một MNG và lấy cao độ của nó bằng 0 còn gọi là mặt chuẩn “số 0 lục địa” Ở nước ta quy định lấy giá trị mực nước biển trung bình quan trắc trong nhiều năm ở trạm nghiệm triều Hòn Dấu - Đồ Sơn - Hải Phòng làm mặt chuẩn “số 0 lục địa” cho cả nước Mọi điểm trên lục địa được xác định

độ cao so với MNG này và được coi là trong cùng hệ thống độ cao

Trái Đất Ellipsoid: Để tiện cho việc sử dụng và tính toán cần có một mặt quy

ước được xác định theo một quy luật toán học nhất định và gần với bề mặt thật của Trái Đất Bề mặt quy ước đó được xác định như sau:

Lấy một hình Ellip có bán trục lớn a bằng bán kính Trái Đất ở xích đạo, bán trục nhỏ b bằng bán kính Trái Đất ở hai cực, cho Ellip quay quanh bán trục nhỏ b thu được một mặt Ellipsoid, hình I-2 Mặt Ellipsoid được định vị sao cho trục quay của nó trùng với trục quay của Trái Đất, tâm của nó trùng với tâm trọng lực (tâm vật chất) của Trái Đất Kết quả có một bề mặt quy ước được xác định bằng toán học và gần với bề mặt thật của Trái Đất Trái Đất như vậy được gọi là Trái Đất Ellipsoid, hình I-1c Các thông số đặc trưng của Trái Đất Ellipsoid là:

a

ba

Nếu các thông số của Ellipsoid được xác

định hợp lý thì khoảng cách giữa mặt Geoid và

Ellipsoid sẽ không vượt quá 150m Việc xác định

các giá trị đó đòi hỏi phải tiến hành đo đạc trên

toàn bộ bề mặt Trái Đất, đó là một nhiệm vụ rất

khó khăn và phức tạp, do đó mỗi nước lại sử dụng

Ellip tham khảo riêng của nước mình, có kích

thước được xác định dựa trên những kết quả đo

đạc trên lãnh thổ nước đó hoặc kết hợp đo trên

lãnh thổ của các nước lân cận Như vậy mỗi nước

hoặc mỗi khu vực có một Ellipsoid tham khảo có

kích thước nhất định và được định vị sao cho nó

gần trùng nhất với mặt Geoid trên lãnh thổ nước

hoặc khu vực đó, hình I-3 Các số liệu trắc địa đo

trên mặt đất được tính chuyển lên mặt Ellipsoid

tham khảo rồi sau đó mới được tính chuyển lên mặt phẳng Hiện nay, trên thế giới có đến hàng trăm Ellipsoid tham khảo, bảng I-1 giới thiệu một số Ellip được sử dụng phổ biến

Ở nước ta, trước 1975 miền Bắc sử dụng Ellip Krasovsky, miền Nam sử dụng Ellip Clark (trước 1955) và Ellip Everest (sau 1955) Từ 1975 đến 2000 cả nước thống nhất sử dụng Ellip Krasovsky Từ 12/8/2000 trở đi Chính phủ đã có quyết định chuyển

Hình I-3

Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương I

Bảng I-1: Một số Ellipsoid Trái Đất

Tên Ellipsoid Năm tính Nước sử dụng a (m) b (m) 

Pháp,Nam phi

Ấn độ…

Quốc tế

Nga, … Quốc tế

Quốc tế

6.377.563 6.378.160 6.377.397 6.378.249 6.377.276 6.378.388 6.378.245 6.378.135 6.378.137

6.356.257 6.356.775 6.356.079 6.356.515 6.356.075 6.356.912 6.356.863 6.356.750 6.356.752

1:299,33 1:298,25 1:299.15 1:243,47 1:300,80 1:297,00 1:298,30 1:298,26 1:298,26 Trên thế giới, xu hướng hiện nay là sử dụng các Ellipsoid của hệ thống Trắc địa thế giới WGS – 84 (World Geodetic System) Chẳng hạn trong các hệ thống định vị bằng vệ tinh GPS, WGS – 84 được sử dụng để tính toán, dự đoán và thông báo về lịch

vệ tinh (từ 1987)

Trái Đất hình cầu: Khi giải các bài toán hàng hải không đòi hỏi độ chính xác

cao, Trái Đất được quan niệm là hình cầu có cùng khối lượng với Trái Đất Ellipsoid Bán kính Trái Đất R được xác định dựa vào quan hệ:

b a 3

4 R 3

Nếu thay các thông số của Ellip Krasovsky vào (I.3) thu được R = 6371,1 Km

I.2 HỆ TỌA ĐỘ ĐỊA LÝ

Các điểm trên mặt đất được xác định bằng tọa độ, là các đại lượng đặc trưng cho vị trí của các điểm so với điểm gốc, đường gốc hay mặt gốc của một hệ tọa độ đã chọn Trong hàng hải sử dụng rộng rãi nhất là hệ tọa độ địa lý

Hệ tọa độ địa lý được quy định chung và thống nhất cho toàn bộ Trái Đất, trong

hệ tọa độ địa lý trục tọa độ là xích đạo và kinh tuyến gốc (kinh tuyến số 0), tọa độ của một điểm chính là vị trí của vĩ tuyến và kinh tuyến đi qua điểm đó được thể hiện bằng

vĩ độ và kinh độ Hệ tọa độ địa lý được xây dựng như sau, hình I-4 và hình I-5:

Trái Đất có trục quay PNPS đi qua hai cực địa lý là cực Bắc (PN) và cực Nam (PS), các mặt phẳng chứa trục quay của Trái Đất gọi là các mặt phẳng Kinh tuyến

Giao tuyến của mặt phẳng kinh tuyến với bề mặt Trái Đất là một đường cong, mỗi nửa đường cong giao tuyến kéo dài từ cực Bắc đến cực Nam của Trái Đất được gọi là một

kinh tuyến (Meridian) Có thể dựng được vô số mặt phẳng như thế nên có vô số kinh

tuyến, do đó để định vị được vị trí của các kinh tuyến trên mặt đất phải chọn một kinh tuyến làm kinh tuyến gốc Hội nghị Quốc tế ở thủ đô Washington (Hoa kỳ) năm 1884

đã quyết định lựa chọn kinh tuyến đi qua đài thiên văn Greenwich, gần thủ đô London

(Anh) làm Kinh tuyến gốc (Prime Meridian) còn gọi là Kinh tuyến số 0 Mặt phẳng

kinh tuyến gốc chia Trái Đất làm hai phần, nếu một người đứng trên kinh tuyến gốc, mắt nhìn về phía cực Bắc thì phần bên phải gọi là Đông bán cầu, phần bên trái gọi là Tây bán cầu Mặt phẳng vuông góc với trục quay của Trái Đất và cắt mặt đất gọi là

mặt phẳng vĩ tuyến, giao tuyến của mặt phẳng vĩ tuyến với mặt đất là những đường tròn gọi là vĩ tuyến (Parallel) Mặt phẳng vĩ tuyến đi qua tâm Trái Đất gọi là mặt phẳng xích đạo, giao tuyến của mặt phẳng xích đạo với mặt đất gọi là đường xích đạo (Equator) Mặt phẳng xích đạo chia Trái Đất làm hai phần, phần phía trên có chứa cực

Bắc địa lý PN gọi là Bắc bán cầu, phần phía dưới có chứa cực Nam địa lý PS gọi là Nam bán cầu, vị trí các vĩ tuyến được định vị dựa vào mặt phẳng xích đạo

Qua một điểm A bất kỳ trên bề mặt Trái Đất ta có thể dựng được một kinh tuyến và một vĩ tuyến, vị trí của kinh tuyến và vĩ tuyến qua A chính là tọa độ địa lý (vĩ

độ và kinh độ) của điểm A, hình I-5

Vĩ độ (Latitude), ký hiệu : Là góc tạo bởi đường thẳng đứng đi qua điểm A với mặt phẳng xích đạo Vĩ độ được tính từ mặt phẳng xích đạo đến hai cực Bắc và Nam, tùy thuộc vị trí của điểm cần xác định tọa độ thuộc bán cầu nào Điểm A nằm ở bán cầu Bắc sẽ có vĩ độ Bắc, ký hiệu là N và trong tính toán sẽ lấy dấu dương (+) Điểm A nằm ở bán cầu Nam sẽ có vĩ độ Nam, ký hiệu là S và trong tính toán sẽ lấy dấu âm (–) Vĩ độ có giá trị bằng 00 tại các điểm trên đường xích đạo đến 900 ở hai cực Bắc và Nam

Kinh độ (Longitude), ký hiệu : Là góc nhị diện giữa mặt phẳng kinh tuyến gốc PNMPS và mặt phẳng kinh tuyến PNNPS qua điểm A, cũng chính là độ lớn tính bằng đơn vị góc của đoạn cung nhỏ xích đạo MN nằm chắn giữa kinh tuyến gốc và kinh tuyến qua điểm A Kinh độ có giá trị từ 00

ở kinh tuyến gốc đến 1800 về hai phía Đông và Tây Điểm A nằm ở Đông bán cầu sẽ có kinh độ Đông, ký hiệu là E và trong tính toán sẽ lấy dấu dương (+) Điểm A nằm ở Tây bán cầu sẽ có kinh độ Tây, ký hiệu

là W trong tính toán sẽ lấy dấu âm (−)

Tóm lại: Tọa độ địa lý của một điểm trên bề mặt Trái Đất được xác định bằng

hai giá trị là vĩ độ  và kinh độ  và kèm theo tên của nó, theo thông lệ khi đề cập đến tọa độ địa lý của một điểm thể hiện giá trị vĩ độ trước, giá trị kinh độ sau

Ví dụ: Vũng Tàu có tọa độ: ( 10020/ N; 107004/ E)

Đà Nẵng có tọa độ: (16007/ N; 108013/ E)

Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương I

Hệ tọa độ địa lý khá đơn giản nên nó được sử dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế kỹ thuật nói chung và trong ngành Hàng hải nói riêng để thể hiện vị trí tàu, vị trí các mục tiêu, ngư trường, bãi cá.v.v…Tuy nhiên do hệ tọa độ địa lý được tính theo đơn vị góc nên khi giải quyết các bài toán trong Trắc địa, trong kỹ thuật định vị bằng

vệ tinh.v.v… không thuận lợi Do đó bên cạnh hệ tọa độ địa lý, người ta còn sử dụng một số hệ tọa độ khác dùng đơn vị dài để giúp giải quyết các bài toán được thuận lợi hơn, sau đó mới chuyển kết quả sang hệ tọa độ địa lý

Bên cạnh hệ tọa độ địa lý còn có các hệ tọa độ khác được ứng dụng như:

Hệ tọa độ địa tâm:

Để thể hiện vị trí của một điểm trên

bề mặt Trái Đất, còn có thể sử dụng hệ tọa

độ địa tâm Oxyz (Earth Centered Earth

Fixed), còn gọi là Hệ tọa độ vuông góc

không gian Hệ tọa độ địa tâm được xây

dựng như sau:

Gốc tọa độ trùng với tâm Trái Đất,

trục Oz trùng với trục Trái Đất có chiều

dương hướng về phía cực Bắc (PN), trục

Ox là giao tuyến của mặt phẳng Kinh

tuyến gốc với mặt phẳng xích đạo có

chiều dương hướng từ tâm về phía kinh

tuyến gốc, trục Oy nằm trong mặt phẳng

xích đạo và vuông góc với Ox có chiều

dương hướng về phía Đông bán cầu, hình

I-6

Ellip kinh tuyến qua điểm F bất kỳ có phương trình như sau:

1b

za

yx

2 2 2

2 2

/ dt

/ dt

sinRZ

sincosRY

coscosRX

Trong đó: / là vĩ độ địa tâm; Rdt là mô đun véc tơ bán kính địa tâm

) sin 1 ( a

sincoshNY

coscoshNX

Trong đó: φ, λ, h: Lần lượt là vĩ độ, kinh độ và độ cao của một điểm F bất

ZZ

ZYXkYY

ZYXkXX

0 0 0

/

0 0

0 /

0 0

0 /

(1.8)

Trong đó: k: là tỷ lệ biến dạng chiều dài của hệ WGS – 84 Quốc tế so với

Hệ VN-2000; (ω0, ψ0, ε0) là góc quay Ơ-le của trục tọa độ Hệ WGS – 84 Quốc tế so với Hệ VN-2000; ΔX0, ΔY0, ΔZ0 là tọa độ tâm của Hệ trong Hệ VN-2000

Trong các ngành như Trắc địa, Đồ bản, Thiên văn, Vũ trụ.v.v…Hệ tọa độ địa tâm được sử dụng rộng rãi để xây dựng bản đồ, đo đạc, xác định vị trí trên mặt đất, vị trí thiên thể, vị trí vệ tinh… Chẳng hạn trong hệ thống định vị bằng vệ tinh GPS, tọa

độ vệ tinh là XS,YS,ZS tọa độ người sử dụng (vị trí tàu) là XU,YU,ZU, được thể hiện và tính toán trong hệ tọa độ địa tâm, sau đó máy tính mới chuyển kết quả sang hệ tọa độ địa lý để hiện thị lên màn hình

Hệ tọa độ vuông góc:

Trong một số trường hợp khi mặt

cắt kinh tuyến đã biết, thì vị trí của các

điểm trên đó có thể xác định bằng hệ tọa

độ vuông góc rất thuận tiện Hệ tọa độ

vuông góc Oxy có tâm trùng với tâm

Trái Đất, trục Ox là giao tuyến của mặt

phẳng kinh tuyến đã biết với mặt phẳng

xích đạo, trục Oy trùng với trục Trái Đất,

hình I-7 Vị trí của điểm F bất kỳ trên

kinh tuyến được xác định bởi hai giá trị

x và y; F(x,y)

Phương trình Ellip kinh tuyến qua

F là:

1b

ya

x

2 2 2

sine1

cosar

sine1

sin)e1(a

Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương I

I.3 HƯỚNG THẲNG ĐỨNG, CÁC LOẠI VĨ ĐỘ

Hướng thẳng đứng là cơ sở để giải quyết nhiều bài toán hàng hải quan trọng, vì vậy hướng này cần được xác định và sử

dụng một cách hợp lí trong tính toán hàng

hải Tưởng rằng xác định hướng thẳng đứng

là một bài toán đơn giản bằng sử dụng con

lắc tự do nhưng thực tế không hoàn toàn như

vậy, sự đặc biệt của hình dạng Trái Đất, sự

quay của nó và sự phân bố trường lực đã làm

cho bài toán này phức tạp hơn nhiều Nếu

cho rằng hướng thẳng đứng đi qua tâm của

Trái Đất tức là trùng với véc tơ bán kính địa

tâm thì hướng thẳng đứng ấy gọi là hướng

thẳng đứng địa tâm, góc giữa hướng thẳng

đứng địa tâm với mặt phẳng xích đạo được

gọi là vĩ độ địa tâm, ký hiệu / (Hình I-8)

Đo hướng thẳng đứng địa tâm là một bài toán phức tạp, hiện nay chưa có thiết bị nào

có thể đo được Trong thực tiễn để xác định hướng thẳng đứng người ta sử dụng dây dọi, hướng của dây dọi vuông góc với mặt Geoid và thường không đi qua tâm của Trái Đất, góc giữa hướng dây dọi và mặt phẳng xích đạo chính là vĩ độ địa lí 

Hướng của dây dọi biểu thị hướng của véc tơ gia tốc trọng trường, gia tốc đó là tổng của gia tốc hút và gia tốc hướng tâm do Trái Đất tự quay quanh trục của nó

Mối liên hệ giữa vĩ độ địa lý và vĩ độ địa tâm được thể hiện qua biểu thức:

/ 2

/ /

sin1

2sin1

)(

dt

Tính gần đúng:     /  11 , 6 sin 2  (1.13) Trong đó γ (reduction) là biến thiên giữa vĩ độ địa lý và vĩ độ địa tâm, giá trị 11,6 là chênh lệch trung bình của bán kính Trái Đất ở cực và ở xích đạo tính bằng hải

lý Ở vĩ độ 450,  đạt giá trị cực đại là 11,57 còn ở xích đạo và ở cực  = 0

1.7 CÂU HỎI ÔN TẬP

1 Các dạng bề mặt và kích thước cơ bản của Trái Đất?

2 Các đường và mặt cơ bản trong hệ tọa độ địa lý?

3 Tọa độ địa lý của một điểm, ứng dụng?

4 Hệ toạ địa tâm, ứng dụng?

CHƯƠNG II CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG HÀNG HẢI II.1 ĐƠN VỊ ĐO CHIỀU DÀI VÀ TỐC ĐỘ TRONG HÀNG HẢI

II.1.1 Đơn vị đo chiều dài

Trong hàng hải, tọa độ vị trí tàu được thể hiện bằng tọa độ địa lý có đơn vị góc Tuy nhiên khi cần xác định quãng đường tàu đi được, khoảng cách từ tàu tới mục tiêu, khi thể hiện tốc độ tàu chuyển động,v.v…, phải sử dụng đơn vị dài Việc sử dụng các đơn vị dài trong hệ thống SI (Km, m…),

gặp khó khăn trong việc thể hiện sự liên

hệ giữa tọa độ vị trí tàu (đơn vị góc) với

các yếu tố chuyển động khác của tàu như

quãng đường, tốc độ tàu (đơn vị dài), gây

ra sự phức tạp khi tính toán tọa độ vị trí

tàu và khi giải các bài toán hàng hải có

liên quan tới việc đo góc, khoảng cách

góc trên bề mặt Trái Đất Vì vậy để giải

quyết những phức tạp nói trên người ta

đã xây dựng một đơn vị đo khoảng cách

vừa thể hiện được theo đơn vị dài, vừa

có sự liên hệ trực tiếp với đơn vị góc đó

là Hải lý (Nautical Mile), Hải lý là chiều

0

dw

e1a

M dds

2 3

2

sin e 1

e 1 a w

e 1 a M

M arcq

2

3 2 2

2 1

2 2

1 arc ) sin e 2

3 1 )(

e 1 (

Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương II

/ 2

2

1arc)2cos1(e4

3e1

Thay các giá trị của a và e theo số liệu của Krasovsky vào biểu thức q:





Từ công thức (2.4) dễ thấy rằng 1/ cung kinh tuyến có chiều dài không cố định

mà thay đổi theo vĩ độ, thay các giá trị vĩ độ khác nhau vào (2.4) thu được chiều dài

một phút cung kinh tuyến như bảng II-1

Bảng II-1: Chiều dài một phút cung kinh tuyến ở các vĩ độ khác nhau

 q(mét)  q(mét)  q(mét)  q(mét)  q(mét)

00 1842,9 200 1845,1 400 1850,6 600 1856,9 800 1861,0

100 1843,5 300 1847,6 500 1853,8 700 1859,4 900 1861,6

Rõ ràng trên mỗi vĩ độ, độ dài một phút cung kinh tuyến sẽ khác nhau, mặc dù

sự thay đổi này không lớn Tuy nhiên, sử dụng đơn vị độ dài là một đại lượng thay đổi

sẽ gây khó khăn khi giải một số bài toán hàng hải hoặc khi chế tạo dụng cụ đo.v.v…

do đó phải chọn ra một giá trị làm tiêu chuẩn

Năm 1928, hội nghị thủy văn Quốc tế họp ở Monaco đã quyết định chọn giá trị

1852m tương ứng với chiều dài một phút cung kinh tuyến ở vĩ độ 44018/ tính theo

công thức (2.4), hay bằng giá trị trung bình của chiều dài một phút cung kinh tuyến ở

các vĩ độ khác nhau làm hải lý tiêu chuẩn (gọi tắt là hải lý chuẩn), giá trị này chỉ sai

lệch so với chiều dài 1/ cung kinh tuyến ở xích đạo và ở cực là 0,5%

Vậy: 1 Hải lý = 1852 m Hiện nay hầu hết các nước trên thế giới đều sử dụng đơn vị hải lý chuẩn trong

đó có Việt nam Tuy nhiên tùy thuộc vào điều kiện địa lý và tập quán, một số nước vẫn

dùng các đơn vị hải lý khác, chẳng hạn:

Anh, Nhật: 1 hải lý = 1853,18 mét = 6080 feet

Ý, Hà Lan: 1 hải lý = 1851,85 mét

Bồ Đào Nha: 1 hải lý = 1850,00 mét

Hải lý là đơn vị đo độ dài cơ bản và được sử dụng phổ biến nhất trong hàng hải,

hải lý thể hiện quãng đường tàu đi được, khoảng cách từ tàu tới mục tiêu, dùng để tính

tốc độ tàu, v.v… và dễ dàng liên hệ với đơn vị góc

Ngoài ra để phản ánh hết các thông số khác có liên quan đến chuyển động của

tàu còn sử dụng một số đơn vị khác như:

Liên (Cable): đơn vị dài tính bằng 1/10 Hải lý, thường dùng để thể hiện khoảng

cách từ tàu tới mục tiêu ở cự ly ngắn, 1 liên = 185,2m = 608 feet

Trong quân sự còn dùng đơn vị pháo liên: 1 pháo liên = 182,88m = 600 feet

Foot (f): 1f = 0,3048 m, được sử dụng để thể hiện độ cao mục tiêu, độ sâu vùng

biển trên các hải đồ Anh xuất bản

Yard: 1yard = 3 f = 0,9144 m Thường được dùng để đo khoảng cách ngắn,

thể hiện các tính năng hàng hải của tàu

Fathom: 1 fathom = 6 f = 1,83 m Thể hiện độ sâu trên các bản đồ cổ của Anh Km: 1Km = 0,54 hải lý thường sử dụng để thông tin về tầm nhìn xa trong các

bản tin dự báo thời tiết

Mét (m): 1m = 3,281f, thường sử dụng để thông tin về độ sâu vùng biển, độ cao

mục tiêu, tháp đèn, v.v…

II.1.2 Đơn vị đo tốc độ

Hải lý/giờ: Là đơn vị đo tốc độ chính trên tàu biển Hải lý/giờ còn được gọi là

nơ (knot) xuất phát từ vai trò lịch sử của nó, từ thời đại thuyền buồm tốc độ tàu được

đo bằng một sợi dây nối với một thiết bị hình cánh quạt, được thả xuống mạn tàu trong vòng 30 giây (1/120 giờ), sợi dây được thắt thành các nút (knot) cách nhau 1/120 hải

lý, tức là bằng 6080/120 = 50,67 feet Số nút được thả ra trong 30 giây chính là số hải

lý tàu đi được trong một giờ

Các ký hiệu của hải lý/giờ: NM P H (Nautical Mile Per Hour)

NM/H ( Nautical Mile/ Hour)

KTS (Knots)

Km/giờ: (KPH – Kilometre Per Hour), được sử dụng để phản ánh tốc độ

chuyển động của tàu, tốc độ di chuyển của bão, tốc độ dòng chảy.v.v…

m/s: Thường để thể hiện tốc độ gió, tốc độ dòng chảy, đôi khi cả tốc độ tàu II.2 HIỆU VĨ ĐỘ HIỆU KINH ĐỘ

Khi hoạt động trên biển, vị trí của tàu luôn thay đổi Để thể hiện mối liên hệ giữa các tọa độ vị trí người ta đưa ra khái niệm hiệu vĩ độ, hiệu kinh độ

Giả sử tàu chạy từ điểm A(1; 1) đến điểm B(2; 2), hình II-2

II.2.1 Hiệu vĩ độ - Δ

Hiệu vĩ độ (Difference of Latitude –

Dlat) giữa điểm xuất phát A và điểm đến B là

giá trị góc của cung nhỏ kinh tuyến nằm chắn

giữa hai vĩ tuyến qua A và B Hiệu vĩ độ được

xác định bằng công thức:

Δ = 2 - 1 (2.5)

Tùy thuộc vào tương quan giữa điểm

xuất phát và điểm tới mà hiệu vĩ độ còn phân

biệt làm hai loại:

+ Hiệu vĩ độ về Bắc (ký hiệu Δ = …

VN), nếu điểm tới nằm ở phía Bắc so với

điểm xuất phát, trong tính toán hiệu vĩ độ về Bắc lấy dấu dương (+)

+ Hiệu vĩ độ về Nam (ký hiệu Δ = … VS), nếu điểm tới nằm ở phía Nam so với điểm xuất phát, trong tính toán hiệu vĩ độ về Nam lấy dấu âm (−) Hiệu vĩ độ có giá trị biến thiên từ 00 đến 1800

Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương II

II.2.2 Hiệu kinh độ - Δ

Hiệu kinh độ (Difference of Longitude – DLong) giữa điểm xuất phát (A) và

điểm tới (B) là góc nhị diện giữa hai mặt phẳng kinh tuyến đi qua hai điểm đó, cũng

chính là giá trị góc của cung nhỏ xích đạo nằm giữa hai kinh tuyến đi qua hai điểm đó

Hiệu kinh độ được xác định bằng công thức:

Tùy thuộc vào tương quan giữa điểm xuất phát và điểm tới, hiệu kinh độ được

phân làm hai loại:

+ Hiệu kinh độ về Đông (ký hiệu Δ = … VE), nếu điểm tới nằm ở phía Đông

so với điểm xuất phát, trong tính toán hiệu kinh độ về Đông được lấy dấu dương (+)

+ Hiệu kinh độ về Tây (ký hiệu Δ = … VW), nếu điểm tới nằm ở phía Tây so

với điểm xuất phát, trong tính toán hiệu kinh độ về Tây được lấy dấu âm (−)

Hiệu kinh độ có giá trị biến thiên từ 00 đến 1800, nếu hiệu kinh độ tính theo

công thức (2.3) được giá trị lớn hơn 1800

thì phải lấy 3600 trừ đi giá trị tính toán được rồi phải đổi dấu và đổi tên

Ví dụ 2: Tàu xuất phát từ A ( 20030/5 S; 000015/8 E), biết Δ = 1015/0 VS;

Δ = 2030/0 VW Tìm tọa độ điểm tới B(2; 2)?

II.3 ĐỘ CAO TRONG HÀNG HẢI

Trong hàng hải sử dụng hướng dây dọi để xác định độ cao của vật tiêu và được

chia làm 3 loại như sau (Hình II-3):

Độ cao thật Ht: Được đo theo hướng dây dọi từ đỉnh của vật tiêu tới móng

(chân) của nó

Độ cao tương đối Htđ: Được đo theo hướng dây dọi từ đỉnh vật tiêu tới một điểm chuẩn nào đó trên mặt đất

Độ cao tuyệt đối Ho:

Được đo theo hướng

dây dọi từ đỉnh vật tiêu đến

mặt nước “số 0 hải đồ”

(chart datum) là mặt nước

được lựa chọn làm mặt

chuẩn số không độ sâu và

thông tin về độ sâu của

vùng biển trên hải đồ Ở

Việt Nam mặt chuẩn này

II.4 CHÂN TRỜI NHÌN THẤY

Một người quan sát đứng ở A với độ cao mắt AA/ = e (Hình II–4), luôn nhìn thấy một phần của bề mặt Trái Đất xung quanh mình, phần nhìn thấy đó như một chỏm cầu có tâm là vị trí người quan sát và được giới hạn bởi đường tiếp giáp (tưởng tượng) giữa bầu trời và mặt nước, còn gọi là đường chân trời

Phần chỏm cầu nhìn thấy của bề mặt Trái Đất được gọi là chân trời nhìn thấy (Visible Horizon), bán kính cầu từ vị trí người quan sát đến đường tiếp giáp giữa bầu trời và mặt nước gọi là tầm nhìn xa chân trời nhìn thấy (horizon distance) và ký hiệu là

De Rõ ràng De phụ thuộc vào độ cao mắt người quan sát, ngoài ra còn phụ thuộc vào điều kiện thời tiết và thời gian trong ngày

Theo nguyên lý truyền

thẳng của ánh sáng, nếu mắt người

quan sát ở A thì sẽ nhìn thấy bề

mặt Trái Đất với tia nhìn xa nhất là

AV tiếp xúc với mặt đất tại T

(Hình II-4), do đó De = AT, cung

tròn TT/ được gọi là đường chân

trời hình học (Geometrical

horizon) theo tính chất của cát

tuyến và tiếp tuyến của đường tròn

xuất phát từ một điểm cố định thì:

C A A

Tầm nhìn xa mục tiêu

Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương II

(Hải lý) e

93,1

De  (Hải lý) (2.7)

Nếu e tính bằng feet:

6080

e6876

e06,1

De  (Hải lý) (2.8) Trong thực tế khi ánh sáng truyền đi trong môi trường khí quyển sẽ bị khúc xạ,

do đó tia sáng từ mắt người quan sát đến đường chân trời không phải là đường thẳng

mà là một đường cong có bán kính cong là R1 Hiện tượng khúc xạ của ánh sáng trong môi trường khí quyển như vậy được gọi là hiện tượng khúc xạ mặt đất và được đặc trưng bằng hệ số khúc xạ k Với k được tính theo công thức:

đến 14h đạt giá trị cực tiểu k = 0,16, sau đó lại tăng dần và đạt cực đại vào lúc hoàng hôn

Do hiện tượng khúc xạ mà thực tế khả năng nhìn thấy của mắt thường xa hơn Bằng thực nghiệm người ta đã chứng minh được tầm nhìn xa chân trời nhìn thấy tăng lên 1/12 lần hay 8% so với tầm nhìn xa tính toán theo nguyên lý truyền thẳng của ánh sáng

Do đó trong hàng hải thường tính toán tầm nhìn xa theo công thức như sau: Nếu e tính bằng mét: De 2,08 e (Hải lý) (2.10) Nếu e tính bắng feet: De 1,15 e (Hải lý) (2.11) Ngoài ra đôi khi De còn được tính theo đơn vị Km và e tính bằng mét:

e852,3

II.5 TẦM NHÌN XA CỦA ÁNH SÁNG VÀ MỤC TIÊU

Nếu tàu từ xa tiến về gần mục tiêu, trước hết người quan sát sẽ thấy phần đỉnh của mục tiêu, lần lượt sẽ thấy lộ rõ dần từ đỉnh đến chân của mục tiêu Ngược lại nếu tàu từ mục tiêu rời xa dần thì người quan sát sẽ thấy mục tiêu bị khuất dần từ chân đến đỉnh của nó cho đến khi khuất hẳn Như vậy sẽ có một thời điểm mà người quan sát thấy mục tiêu xuất hiện, hoặc mục tiêu biến mất Thời điểm mục tiêu xuất hiện hay

biến mất đó tương ứng với khoảng cách lớn nhất mà người quan sát còn có thể nhìn thấy được mục tiêu, khoảng cách lớn nhất đó được gọi là tầm nhìn xa của ánh sáng và mục tiêu (Extreme range) và được kí hiệu là Dt Rõ ràng độ lớn của Dt phụ thuộc vào

độ cao mắt của người quan sát e, độ cao của mục tiêu H (Hình II-4), ngoài ra còn phụ

thuộc vào điều kiện thời tiết cũng như khả năng phân biệt của mắt

Trên hình II-5, tầm nhìn xa mục tiêu M chính là Dt = AM = AF + FM

Trong đó: AFDe 2,08 e và FMDH 2,08 H Nên Dt được tính theo theo công thức như sau:

)He(08,2

Trong đó: Dt: Tầm nhìn xa của ánh sáng và mục tiêu tính bằng hải lý

e: Độ cao mắt người quan sát tính bằng mét

H: Độ cao mục tiêu tính bằng mét

Tầm nhìn xa mục tiêu là thông tin rất cần thiết cho người đi biển, vì vậy đối với các mục tiêu quan trọng như hải đăng, tầm nhìn xa thường được ghi trên hải đồ và các tài liệu hàng hải khác, được tính toán ứng với một độ cao mắt nhất định, thường là 5m, hoặc bằng 15 feet Tầm nhìn xa ghi trên hải đồ (charted range) được ký hiệu là D5

Khi độ cao mắt người quan sát e  5 m (hoặc 15 feet), muốn tính tầm nhìn xa của mục tiêu Dt dựa vào D5 trên hải đồ phải đưa vào lượng hiệu chỉnh , (Hình II-5)

Với  được tính toán theo công thức:

+ Nếu e tính bằng mét:   2 , 08 ( e  5 ) (2.14) + Nếu e tính bằng feet:   1 , 15 ( e  15 ) (2.15) Khi đó Dt được tính theo công thức:

Ví dụ: Trên hải đồ ghi tầm nhìn xa của hải đăng là 20 hải lý, nếu độ cao mắt là

16m thì sẽ nhìn thấy hải đăng ở khoảng cách bao nhiêu?

Giải: 2,08 162,08 53,7

Dt  D5   20  3 , 7  23 , 7 hải lý

+Tầm nhìn xa ban ngày (daytime visual range): Nếu mục tiêu nhìn thấy được vào ban ngày như núi non, nhà cửa, v.v… tầm nhìn xa còn được gọi là tầm nhìn xa ban ngày

D 5 5m

Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương II

+Tầm nhìn xa ban đêm (nightime visual range): Nếu mục tiêu là ánh đèn, ví dụ đèn hải đăng, có thể nhìn thấy được vào ban đêm thì tầm nhìn xa còn được gọi là tầm

nhìn xa ban đêm hay tầm nhìn xa quang học (optical range) Tầm nhìn xa quang học

tùy thuộc vào công suất và màu sắc nguồn sáng, điều kiện thời tiết.v.v…, tầm nhìn xa quang học có thể xác định bằng thực nghiệm quan sát nhiều lần, trong điều kiện bình thường nó xấp xỉ bằng tầm nhìn xa ban ngày, nếu có sự khác nhau lớn thì trên hải đồ cũng như trong các tài liệu hàng hải khác người ta đều ghi giá trị nào nhỏ hơn

Cần lưu ý khi nhận biết các đèn hải đăng cần tham khảo tài liệu chuyên môn

“đèn và dấu hiệu” hoặc hải đồ để tránh nhầm lẫn khi tính toán tầm nhìn xa và xác định

vị trí tàu Đặc điểm chiếu sáng của các đèn có khác nhau và được ghi rõ trong các tài liệu nói trên

II.6 CÁC HỆ THỐNG PHƯƠNG HƯỚNG TRÊN MẶT PHẲNG CHÂN TRỜI II.6.1 Khái niệm

Giả sử một người quan sát đứng ở

vị trí A trên bề mặt Trái Đất (Hình II-6)

Từ A dựng mặt phẳng (2) qua A và chứa

trục PNPS của Trái Đất, (2) gọi là mặt

phẳng kinh tuyến người quan sát Dựng

mặt phẳng (3) vuông góc với đường dây

dọi ZAZ/, được gọi là mặt phẳng chân

trời thật (mặt phẳng nằm ngang) của

người quan sát Mặt phẳng (1) chứa

đường dây dọi ZAZ/

và vuông góc với (2), gọi là mặt phẳng thẳng đứng thứ

nhất

Giao tuyến của (2) cắt (3) là

đường NS được gọi là đường Kinh tuyến

thật (đường Tí Ngọ thật), N luôn chỉ về

cực Bắc (PN), S luôn chỉ về phía cực

Nam (PS) của Trái Đất Giao tuyến của (1) cắt (3) là đường EW được gọi là đường Đông Tây Nếu mắt người quan sát nhìn về hướng Bắc thì bên phải là hướng Đông

(E), bên trái là hướng Tây (W)

Đường NS và EW vuông góc với nhau và chia mặt phẳng chân trời ra làm 4 phần: Đông Bắc - NE, Đông Nam - SE, Tây Nam - SW và Tây Bắc - NW

Rõ ràng tại mọi điểm trên bề mặt Trái Đất luôn xác định được hai đường NS và

EW trừ hai cực của Trái Đất, vì vậy hoàn toàn có thể lợi dụng các đường này để xây dựng phương hướng

Lý luận và thực tiễn đều xác nhận rằng sử dụng đường NS làm chuẩn để xây dựng phương hướng là thuận tiện hơn cả Trong hàng hải sử dụng mặt phẳng chân trời thật (mặt phẳng nằm ngang) và đường NS để xác định phương hướng

II.6.2 Các hệ thống tính toán phương hướng

Ví dụ: Hướng đi của tàu là 1350,

phương vị của mục tiêu là 0450

biểu thị phương vị của thiên thể Mặt phẳng

chân trời vẫn được chia làm 360 phần mỗi

phần là 10, tuy nhiên gốc để tính phương

hướng có thể chọn hướng N hoặc hướng S và

hướng tính có thể theo chiều kim đồng hồ hoặc

ngược chiều kim đồng hồ (Hình II-8), góc biến

Giá trị phương hướng trong hệ thống bán vòng

được thể hiện bằng 3 chữ số từ 0000 đến 1800 Khi biểu diễn phương hướng phải kèm theo ký hiệu riêng

Ví dụ: Phương vị của Mặt trời tại một

thời điểm là N 1100 E, chữ đầu (N) chỉ gốc tính

phương hướng, trùng tên với vĩ độ của người

quan sát Chữ sau (E) chỉ hướng tính, trùng với

phía bán cầu có thiên thể

II.6.2.3 Hệ thống ¼ vòng:

Hệ thống ¼ vòng cũng giống hệ thống

bán vòng ở chỗ có thể lấy hướng N hay hướng

S làm chuẩn và có thể tính về hướng E hoặc

hướng W, nhưng góc biến thiên chỉ nằm trong

Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương II

là 00, hướng E và hướng W luôn 900 Hệ thống này cũng được sử dụng trong Thiên văn hàng hải để biểu thị phương vị thiên thể, trong hàng hải vô tuyến điện để biểu thị

vị trí tương đối giữa tàu với đài vô tuyến khi xác định vị trí tàu Giá trị phương hướng trong hệ thống phần tư vòng được thể hiện bằng 2 chữ số từ 000

đến 900 Sử dụng hệ thống ¼ phải kèm theo ký hiệu riêng là góc phần tư của phương hướng muốn thể hiện

Ví dụ: NE 450

hoặc 450 NE

Các góc phần tư còn được gọi tên theo số thứ tự:

Từ N đến E gọi là góc phần tư thứ nhất – NE

Từ S đến E gọi là góc phần tư thứ hai – SE

NW được gọi là các ca (hướng) phần tư, 24 hướng còn lại gọi là các ca trung gian

Cách đặt tên các ca trong hệ thống này theo tuần tự như sau: Đầu tiên là các ca chính N, S, E, W theo các hướng chính Tiếp theo là các ca phần tư đựợc ghép tên bởi các ca chính tạo nên góc phần tư đó, bắt đầu phải là ca N hoặc S, ví dụ ca nằm giữa ca chính N và E gọi là ca NE , ca nằm giữa ca chính S và E gọi là ca SE , v.v… Các ca nằm giữa ca phần tư và ca chính cũng được đặt tên tương tự nhưng ca chính phải đứng trước ca phần tư, ví dụ ca giữa N và NE được đặt tên là NNE, ca giữa NE và E được đặt tên là ENE, v.v… Các ca còn lại được đặt tên dựa vào ca chính hoặc ca phần tư liền kề và phía lệch của

E ENE

S t E

S t W SSW

SW t S

SW

SW t W WSW

W t S

W

NW

W t N WNW

NW t W

NW t N NNW N t W

Cần lưu ý rằng độ lớn của một ca là 11015/ nên phạm vi của một ca là hướng trung tâm của ca đó ± 50

37/30// Ví dụ: ca N có hướng trung tâm là 0000 vậy phạm vi của ca N sẽ là 0000 ± 5037/30//, ca NE có hướng trung tâm là 0450 vậy phạm vi của ca

II.6.2.5 Liên hệ giữa các hệ thống tính toán phương hướng:

Từ khái niệm và hình vẽ của các hệ thống có thể rút ra được sự liên hệ giữa các

hệ thống và dễ dàng chuyển đổi phương hướng từ hệ thống này sang hệ thống khác như sau:

Bảng II-2: Liên hệ giữa các hệ thống phương hướng

II.7 CÂU HỔI VÀ BÀI TẬP

1 Các đơn vị đo chiều dài và tốc độ trong hàng hải, các ứng dụng cụ thể của nó?

2 Các khái niệm về hiệu vĩ độ hiệu khinh độ, độ cao trong hàng hải?

3 Chân trời nhìn thấy, tầm nhìn xa của ánh sáng và mục tiêu?

4 Các hệ thống phân chia phương hương trên mặt phẳng chân trời?

5 Tính chiều dài một phút cung kinh tuyến ở các vĩ độ: 150, 250, 350, 450, 550, 650,

Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương II

8 Tính tầm nhìn xa chân trời nhìn thấy nếu e = 27m; 180 feet; 15 m; 15 feet

9 Tính tầm nhìn xa của các mục tiêu nếu biết:

TT Độ cao mục tiêu Độ cao mắt

10 Tính tầm nhìn xa của hải đăng nếu biết:

TT Tầm nhìn xa ghi trên hải đồ Độ cao mắt

CHƯƠNG III PHƯƠNG HƯỚNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA TÀU III.1 SƠ LƯỢC VỀ CÁC THIẾT BỊ CHỈ HƯỚNG TRÊN TÀU

III.1.1 La bàn từ (Magnetic Compass)

La bàn từ là thiết bị đầu tiên giúp con

người thoát khỏi sự phụ thuộc vào bầu trời cao

để định hướng La bàn từ có lịch sử ra đời từ

Trung Quốc, thuở ban đầu nó chỉ là những dụng

cụ chỉ hướng đơn giản mang tên “người chỉ

đường” (Hình III-1), chưa thể sử dụng được

trong hàng hải Trải qua quá trình phát triển của

xã hội loài người, quá trình giao lưu buôn bán

giữa các dân tộc trên thế giới La bàn từ được

dần dần phổ biến khắp nơi, người ta cũng phát

hiện ra rằng nó cũng là thiết bị chỉ hướng hữu

ích cho người đi biển, khoảng thế kỷ thứ 11 la

bàn từ đã được sử dụng trên tàu để giúp chỉ

phương hướng Ngày nay la bàn từ đã thay đổi

rất nhiều về hình thức, chất lượng và độ chính

xác, phù hợp hơn cho người đi biển, tuy nhiên về nguyên tắc hoạt động thì vẫn không

hề thay đổi, (Hình III-2)

Cấu tạo của la bàn từ gồm hai bộ phận chính

+ Chậu la bàn: Được chế tạo bằng

kim loại không nhiễm từ (Hình III-3), trong chậu la bàn chứa thành phần nhạy cảm gồm có các cặp nam châm

và mặt số để chỉ hướng Phía trong thành chậu có hai vạch thẳng đứng ở phía trước (Mũi) và phía sau (Lái) để đánh dấu hướng trục dọc tàu Nhìn vào vạch phía Mũi có thể đọc được hướng

đi la bàn của tàu

+ Thân la bàn: Thân la bàn cũng được

chế tạo bằng kim loại không nhiễm từ, thân để đỡ toàn bộ chậu la bàn Trong thân la bàn chứa các thiết bị hiệu chỉnh độ lệch

Bộ phận nhạy cảm là chi tiết quan trọng của la bàn từ, nó bao gồm một hoặc nhiều cặp nam châm được gắn song song với nhau theo một quy luật nhất định, dưới một mặt đĩa chỉ hướng làm bằng plastic hoặc kim loại không nhiễm từ trên đó phân chia hướng theo 3600 Các hướng chính N, E, S, W và các hướng một phần tư NE, SE,

SW, NW còn in bằng chữ Hướng của các thanh nam châm phải song song với hướng Bắc (N) Nam (S) trên mặt chỉ hướng Toàn bộ thành phần nhạy cảm (đĩa phương hướng và các cặp nam châm) được gắn vào một phao và tựa trên đỉnh kim trụ bằng kim loại không nhiễm từ ngay tại tâm mặt chỉ hướng, (Hình III-3)

Hình III-1

Hình III-2

Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương III

Hình III-3

Để giúp cho việc chỉ hướng trên

biển được dễ dàng hơn, toàn bộ mặt số

và nam châm được đặt trong một chậu

kim loại không nhiễm từ và đổ đầy

dung dịch Dung dịch có thể là hỗn hợp

cồn và nước cất hoặc là các loại dầu

chuyên dụng Nhờ có dung dịch nên

toàn bộ tải trọng của mặt số la bàn và

nam châm tựa lên đỉnh kim trụ là rất

nhỏ, giúp làm giảm lực ma sát giữa mặt

số và kim trụ, tăng tuổi thọ cho la bàn

Hơn nữa, dung dịch này cũng làm giảm sự dao động của mặt số và nam châm khi la bàn được đặt trên tàu thuyền hoạt động trên biển, nhờ đó mà có thể dễ dàng xác định hướng tàu Đây cũng là sự khác biệt giữa la bàn từ hàng hải với địa bàn trên đất liền

Với cấu tạo đặc biệt như vậy nên thành phần nhạy cảm của la bàn từ được định hướng bởi thành phần nằm ngang (H) của từ trường Trái Đất (xem hình III-8) Trên bề mặt Trái Đất nơi nào có H lớn thì la bàn từ chỉ hướng tốt, ngược lại nơi nào có H nhỏ thì la bàn từ chỉ hướng kém Trên thực tế, ở khu vực vĩ độ thấp (vùng nhiệt đới) thường có H rất lớn cho nên la bàn từ làm việc rất tốt Vĩ độ càng tăng lên thì H càng giảm vì thế la bàn từ chỉ hướng cũng yếu đi, thậm chí mất tính chất chỉ hướng Mặt khác, từ trường Trái Đất ở cùng một vĩ độ, nhưng kinh độ khác nhau cũng có thể khác nhau, nên cho dù cùng một vĩ độ nhưng có nơi thì la bàn chỉ hướng tốt nơi thì la bàn chỉ hướng kém

La bàn từ là thiết bị có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, giá thành rẻ, dễ sử dụng, có

độ bền rất cao và không cần nguồn năng lượng nuôi Nó có thể chỉ hướng liên tục, mọi lúc, mọi nơi chính vì vậy mà ngày nay la bàn từ vẫn được xem là thiết bị được trang bị bắt buộc trên tàu biển, đóng vai trò dự phòng cho các thiết bị chỉ hướng khác khi có sự

cố

Điều 12, Chương V Công ước

SOLAS của IMO quy định: Tàu có tổng

dung tích từ 150 GRT trở lên phải được

trang bị một la bàn từ chuẩn, một la bàn từ

lái, có thiết bị đo phương vị và luôn phải có

bảng độ lệch còn hiệu lực kèm theo

III.1.2 La bàn con quay (Gyro Compass)

Nhu cầu phát triển của hàng hải hiện

đại đòi hỏi phải có các thiết bị chỉ hướng

chính xác hơn để đảm bảo an toàn cho tàu

thuyền hoạt động trên mọi vùng biển, điều

đó đã đặt ra cho các nhà hàng hải, nhà khoa

học phải tìm kiếm một thiết bị chỉ hướng

khác có khả năng chỉ hướng chính xác hơn

và dẫn đến sự ra đời của la bàn con quay

La bàn con quay còn gọi là La bàn

điện ra đời xuất phát từ thực tiễn của ngành

Hình III-4

hàng hải hiện đại Trải qua nhiều năm nghiên cứu và thử nghiệm, khoảng đầu thế kỷ

20 sản phẩm la bàn điện đầu tiên đã ra đời La bàn điện là một thiết bị điện cơ vô cùng phức tạp, (Hình III-4)

Thành phần nhạy cảm của la bàn điện là một hoặc hai con quay quay với tốc độ cực lớn, khoảng 20.000 vòng/phút Nếu không cho con quay một điểm tựa thì trục con quay sẽ dần dần tiến động về trục địa lý của Trái Đất và ổn định theo hướng trục quay Trái Đất Bằng các giải pháp kỹ thuật người ta xác định được hướng trục quay của con quay tức là xác định được hướng trục quay Trái Đất cũng chính là hướng kinh tuyến thật Với nguyên lý hoạt động như vậy nó hoàn toàn không phụ thuộc vào từ trường Trái Đất và có thể chỉ hướng tại bất kỳ vị trí nào trên Trái Đất với độ chính xáctương đương

Rõ ràng la bàn điện có nguyên tắc làm việc hoàn toàn khác với la bàn từ, có độ chính xác cao hơn la bàn từ cho nên trên các con tàu biển hiện đại ngày nay đều được trang bị la bàn điện La bàn điện đóng vai trò như một la bàn chính (master compass) của tàu và góp phần quan trọng vào sự an toàn chạy tàu trong hàng hải hiện đại

Điều 12, Chương V Công ước SOLAS của IMO quy định: Tàu có tổng dung tích từ 500 trở lên được đóng từ ngày 1/9/1984 trở đi phải trang bị một la bàn điện chính hoặc một la bàn phản ảnh mà người lái tàu tại vị trí lái chính có thể đọc được chính xác Tàu có tổng dung tích từ 1.600 trở lên phải được trang bị một hoặc nhiều la bàn phản ánh và phải được bố trí thích hợp để lấy phương vị

Tuy nhiên như đã đề cập ở trên la bàn điện là thiết bị điện cơ vô cùng phức tạp, đòi hỏi thời gian khởi động rất lâu trước khi sử dụng, cần thời gian để ổn định khi tàu thay đổi hướng Mặt khác để la bàn điện hoạt động được, cần nguồn điện có tần số khoảng 500 KHz và phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn năng lượng này Giá thành của nó cũng khá đắt và đòi hỏi người sử dụng phải có kiến thức nhất định

III.1.3 La bàn điện tử (Electronic compass)

La bàn từ có những hạn chế rất lớn, trước hết là nó không thể thoát khỏi được

sự ảnh hưởng của các vật liệu sắt từ khác được bố trí gần nó Nó cũng chỉ thể hiện hướng Bắc từ trong khi người đi biển cần hướng Bắc thật hơn Phần lớn công việc liên quan đến khử từ của một la bàn từ truyền thống là trung hòa các từ trường khác ngoài

từ trường Trái Đất, một quá trình phức tạp và không chính xác đòi hỏi nghệ thuật hơn

là khoa học Độ lệch dư luôn tồn tại ngay cả sau khi khử

La bàn con quay điện cơ đã trở thành la bàn chuẩn và la bàn lái trong hàng hải

từ đầu thế kỷ 20 và đã cung cấp cho một vài thế hệ người đi biển về hướng mũi tàu, phương vị của mục tiêu một cách ổn định và chính xác Tuy nhiên nó cũng có quá nhiều hạn chế: Là một thiết bị lớn, đắt tiền, nặng nề và dễ bị hư hỏng, phải được lắp đặt theo một quy trình nghiêm ngặt; cần một nguồn điện ổn định và liên tục, nó dễ bị ảnh hưởng bởi va chạm, sự chuyển động và sự thay đổi môi trường, cần thời gian để

ổn định khi mở máy

Thật may mắn, những công nghệ mới đã phát triển, làm giảm rất lớn hoặc loại trừ được những hạn chế của cả la bàn con quay cũng như la bàn từ truyền thống Đôi khi được gọi là “La bàn điện tử - electronic compass”, la bàn cảm ứng từ kỹ thuật số (the digital flux gate magnetic compass) và la bàn con quay laser (the ring laser gyrocompass) là hai trong số loại la bàn này Nó có những ưu điểm sau đây:

Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương III

1- Thiết bị điện tử bán dẫn, không có bộ phận di động

2- Nguồn cung cấp rất thấp

3- Năng lượng dự trữ dễ dàng từ một nguồn độc lập

4- Hiển thị kỹ thuật số tiêu chuẩn hóa

5- Không bị va chạm, sai lệch hay hao mòn

6- Chắc chắn, nhẹ nhàng và không đắt

7- Khởi động nhanh và tự điều chỉnh

8- Tính nhạy cảm với rung động, va đập, và sự thay đổi nhiệt độ thấp

9- Tự hiệu chỉnh

Cả hai loại được lắp đặt trên rất nhiều tàu thuyền để tham khảo phương hướng chủ yếu, cho phép ít phải sử dụng la bàn truyền thống hơn

III.1.4 Máy định vị vệ tinh GPS

Khoảng từ thập niên 60 của thế kỷ 20 hệ

thống định vị vệ tinh ra đời Nó giải quyết rất

nhiều bài toán thực tiễn trong hàng hải, đáp ứng

đầy đủ các nhu cầu hàng hải hiện đại (Hình III-5)

Trong nhiều chức năng của máy định vị vệ tinh

GPS có chức năng chỉ hướng của tàu

Tuy nhiên máy định vị GPS chỉ hướng theo

nguyên tắc cần phải có hai điểm trên Trái Đất thì

mới chỉ hướng được, chẳng hạn như từ vị trí tàu

hiện tại muốn có hướng đến một điểm nào đó thì

phải nhập tọa độcủa điểm đó vào máy

Hướng đi thực tế Hướng mũi tàu

Hình III-6

Hướng tàu trên GPS

Hình III-5

III.1.5 La bàn vệ tinh (Satellite Compass)

Kỹ thuật định vị bằng vệ tinh đã phát triển thêm một bước mới, ngoài việc giải quyết các bài toán hàng hải thông thường, máy định vị vệ tinh còn có chức năng chỉ hướng mũi tàu theo chuẩn kinh tuyến thật còn gọi là la bàn vệ tinh

La bàn vệ tinh (Hình III-7), trước

hết là một máy thu GPS, vì vậy nó có đầy

đủ chức năng của máy định vị vệ tinh,

nhưng để giải quyết được nhiệm vụ chỉ

hướng mũi tàu so với kinh tuyến thật

(True Heading), nhà chế tạo đã bổ sung

thêm chức năng mới và các chi tiết mới

vào trong máy thu vệ tinh chẳng hạn như:

Một tổ hợp 3 antena thay cho một antena

của máy thu GPS thông thường Hai trong

ba antena này bắt buộc phải song song với

hướng trục dọc tàu Do đó, việc xác định hướng mũi tàu so với Bắc kinh tuyến thật là dựa vào việc xác định hướng của hai antena đó Chính nhờ tổ hợp 3 antena này mà khả năng thu nhận và phân tích tín hiệu của máy thu vệ tinh cho phép tính toán được hướng mũi tàu La bàn vệ tinh ra đời vào những năm cuối của thế kỷ 20 và đầu thế kỷ

21, là một bước tiến mới của kỹ thuật định vị bằng vệ tinh Với độ ổn định và chính xác cao, chắc chắn la bàn vệ tinh sẽ đóng góp quan trọng cho hàng hải hiện đại an toàn

III.1.6 Phân loại la bàn theo chức năng hoạt động

+ La bàn lái (Steering compass): Được lắp đặt trong ca bin điều khiển của tàu, có

chức năng chủ yếu để hiển thị hướng đi của tàu

+ La bàn chuẩn (Standard compass): Được lắp đặt phía trên ca bin điều khiển, ngay

mặt phẳng trục dọc tàu, có độ chính xác và tin cậy cao hơn, có chức năng chủ yếu đo phương vị tới các mục tiêu để xác định vị trí tàu, kiểm tra la bàn lái

Ngoài ra còn có la bàn sự cố để thay thế các la bàn nói trên khi gặp sự cố, la bàn xuồng lắp đặt trên xuồng cứu sinh để sử dụng khi cần thiết

III.2 TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT

III.2.1 Sơ lược về từ trường Trái Đất

Xét về phương diện từ học, Trái Đất như một nam châm khổng lồ có hai cực: cực Nam (S) nằm sâu trong lòng đất và gần cực Bắc địa lý, cực Bắc (N) cũng nằm sâu trong lòng đất và gần cực Nam địa lý (Hình III-8) Đường thẳng nối hai cực NS của nam châm Trái Đất gọi là trục từ Trục từ đục bề mặt Trái Đất tại hai điểm: Điểm gần cực Bắc địa lý gọi là cực Bắc địa từ, điểm gần với cực Nam địa lý gọi là cực Nam địa

từ Giao tuyến của mặt phẳng chứa trục từ với mặt đất gọi là Kinh tuyến từ Do hai cực của nam châm Trái Đất luôn thay đổi nên hai cực địa từ cũng thay đổi theo Các cực địa từ chuyển động xung quanh các cực địa lý theo một quỹ đạo ellip với chu kỳ từ

600 đến 900 năm Cho đến nay vẫn chưa có kết luận chính xác về sự thay đổi này

Ví dụ: Khảo sát năm 1950 thấy tọa độ của cực địa từ Bắc là (720

N, 0960W), cực địa từ Nam là (700S,1500E) Đến khảo sát năm 1962 lại thấy cực địa từ Bắc là (740N,

09906W), cực địa từ Nam (670

5S, 1400E)

Hình III-7

Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương III

Cực Bắc địa lý Cực Bắc địa từ

T = H

T = H T=H+Z

Các thành phần H,Z,I,d được

gọi là các yếu tố địa từ Bằng quan sát

đo đạc các yếu tố địa từ tại nhiều điểm

khác nhau trên bề mặt Trái Đất, các

nhà địa vật lý đã xây dựng nên bản đồ

các yếu tố địa từ (isomagnetic chart) và

trở thành một loại bản đồ tham khảo

cho hàng hải Trên các bản đồ đó có

các đường nối các điểm có cùng H

hoặc cùng Z gọi là các đường đẳng từ lực (isoporic line), các đường nối các điểm có cùng độ lệch địa từ d gọi là đường đẳng độ lệch địa từ, hình III- 10 (variation line) và các đường có cùng I gọi là đường đẳng từ khuynh (isomagnetic dip), đường nối các điểm I = 0 gọi là đường vô thiên (agonic line) hay còn gọi là xích đạo từ (Magnetic Equator) Những vùng mà từ lực có biến thiên đột ngột (Abnomal Magnetic Varation: khu vực bão từ) sẽ làm cho độ lệch địa từ thay đổi lớn, trên bản đồ được biểu thị bằng các đường đậm nét và ghi giá trị độ lệch địa từ (có khi hàng chục độ) Khi tàu hành trình qua các khu vực này phải hết sức lưu ý nếu sử dụng la bàn từ

III.2.2 Độ lệch địa từ

Độ lệch địa từ d (variation), là góc kẹp giữa Bắc kinh tuyến Từ NĐSĐ và Bắc kinh tuyến Thật NTST, do trục từ của Trái Đất luôn thay đổi nên kinh tuyến Từ NĐSĐcũng thay đổi theo, kết quả có khi Bắc kinh tuyến Từ lệch về phía Đông của Bắc kinh tuyến Thật và độ lệch địa từ được gọi là độ lệch Đông (dE), trong tính toán dE được lấy dấu dương (+), có khi Bắc kinh tuyến Từ lệch về phía Tây của Bắc kinh tuyến Thật và

độ lệch địa từ được gọi là độ lệch Tây (dW), trong tính toán dW được lấy dấu âm (–), (Hình III-11)

Độ lệch địa từ có ảnh hưởng trực tiếp đến độ

chính xác chỉ hướng của la bàn từ nên nó là yếu tố địa

từ cần tham khảo nhất cho nghề đi biển do đó d còn

được thể hiện trên hải đồ đi biển Trên tờ hải đồ có in

các vòng phương hướng, trên đường kính theo hướng

vĩ tuyến (900

- 2700) của vòng phương hướng đều in giá trị độ lệch địa từ của năm khảo sát độ lệch hoặc

năm xuất bản tờ hải đồ đó, thường được ký hiệu là d0

và giá trị biến thiên hàng năm ký hiệu là a, dấu của a

luôn theo dấu của d0

Ví dụ: Trên hải đồ Việt Nam ghi: Đ.L.Đ.T 00

30/ T (1995), tăng hàng năm 0006/

Trên hải đồ Anh ghi: variation 30

00/W (1979), decreasing about 10/ annually

Trong thực tế, một tờ hải đồ có thể sử dụng cho

nhiều năm, điều đó có nghĩa là độ lệch địa từ của năm sử dụng hải đồ không còn trùng với giá trị đô lệch của năm khảo sát hay năm xuất bản đã ghi trên hải đồ đó Muốn

Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương III

hiệu chỉnh được phương hướng chuyển động của tàu cần phải tính độ lệch địa từ cho năm sử dụng hải đồ (năm hàng hải) theo công thức sau:

Trong đó:

- d là độ lệch địa từ của năm sử dụng (năm hàng hải)

- d0 là độ lệch địa từ được ghi trên hải đồ

- a là giá trị biến thiên hàng năm, dấu của a lấy theo dấu của d0

- n là số năm kể từ năm khảo sát độ lệch (hoặc năm xuất bản) đến năm sử dụng hải đồ

Phép tính lấy dấu cộng (+) nếu giá trị a tăng, lấy dấu trừ (−) nếu a giảm

Ghi chú: Trên một tờ hải đồ, ở các vĩ độ khác nhau có thể có giá trị độ lệch địa từ khác

nhau, tàu hoạt động ở khu vực vĩ độ nào thì chọn độ lệch địa từ ở cùng vĩ độ với tàu, trường hợp tàu hoạt động ở giữa hai vĩ độ có ghi độ lệch địa từ phải nội suy độ lệch địa từ giữa hai vĩ độ đó

III.2.3 Độ lệch riêng la bàn

Theo nguyên tắc định hướng của la bàn

từ thành phần nhạy cảm (nam châm) của nó sẽ

định hướng theo hướng véc tơ H của từ trường

Trái Đất và do đó la bàn từ sẽ chỉ hướng theo

hướng Kinh tuyến Từ (NĐSĐ), tuy nhiên điều

này chỉ đúng khi la bàn chỉ nằm trong một môi

trường từ tính duy nhất là từ trường của Trái

Đất Chẳng hạn như khi la bàn đặt trên bờ, xa

các công trình sắt thép, cáp điện…, hay la bàn

đặt trên tàu thuyền không có vật liệu sắt từ

như tàu thuyền vỏ gỗ, vỏ composite, v.v…

Khoảng cuối thế kỷ thứ 18 khi tàu

thuyền được đóng bằng sắt thép ra đời thì tính

định hướng của la bàn từ lại trở nên phức tạp hơn Bởi vì bản thân sắt thép cấu tạo nên

con tàu cũng bị từ trường Trái Đất từ hóa, tạo nên một từ trường gọi là từ trường Tàu

Lúc này đặt một la bàn từ trên tàu thì nó không chỉ chịu tác dụng của riêng H mà còn chịu tác dụng của từ trường tàu Kết quả hướng của nam châm la bàn chỉ là hướng tổng hợp của hai loại từ trường (từ trường Trái Đất và từ trường Tàu) hướng tổng hợp này gọi là hướng Kinh tuyến La bàn NLSL (trùng hướng N−S trên mặt số la bàn) Kinh tuyến la bàn NLSL sẽ lệch với kinh tuyến từ NĐSĐ một góc  được gọi là độ lệch riêng

la bàn (deviation), hình III- 12

Độ lệch riêng la bàn thay đổi phụ thuộc vào vị trí đặt la bàn trên tàu, vị trí khoảng cách và hướng tương đối giữa các cấu trúc sắt thép trên tàu so với điểm đặt la bàn Khi tàu thay đổi hướng thì hướng tác dụng của từ trường Tàu lên nam châm la bàn cũng thay đổi do đó độ lệch riêng la bàn cũng thay đổi

Nếu Bắc kinh tuyến La bàn (NL) lệch về phía Đông của Bắc kinh tuyến Từ NĐđược gọi là độ lệch Đông (δE), trong tính toán được mang dấu dương (+)

Nếu Bắc kinh tuyến La bàn (NL) lệch về phía Tây của Bắc kinh tuyến Từ NĐ được gọi là độ lệch Tây (δW), trong tính toán lấy dấu âm (−)

Độ lệch riêng la bàn cần phải được xác định để hiệu chỉnh phương hướng chuyển động của tàu

III.2.4 Sai số la bàn (Compass Error)

Sai số la bàn (Compass Error) hay Số hiệu

chỉnh la bàn là góc kẹp giữa Bắc kinh tuyến Thật

(NT) và Bắc kinh tuyến La bàn (NL), hình III-13

Khi tàu hành trình trên biển để kiểm tra được

chuyển động của tàu: Tác nghiệp đường đi của tàu,

xác định vị trí tàu lên hải đồ dựa vào thông số

phương vị đo bằng la bàn cần phải xác định được

Sai số la bàn

Sai số la bàn ký hiệu là ΔL được xác định

dựa vào độ lệch địa từ d và độ lệch riêng la bàn 

theo công thức:

ΔL = d +  (3.4) Trong đó:

d: Là độ lệch địa từ năm hàng hải trên khu

vực biển tàu đang hành trình, được tính toán dựa vào tờ hải đồ tàu đang sử dụng

: Là độ lệch riêng của la bàn đang sử dụng trên tàu, được sĩ quan hàng hải trên tàu hoặc nhà chuyên môn xác định, lập thành bảng theo hướng chuyển động của tàu

III.3 PHƯƠNG HƯỚNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA TÀU

Khi đề cập đến phương hướng chuyển động của tàu thường có các khái niệm như: Hướng đi dùng để biểu thị hướng chuyển động của tàu trên biển so với chuẩn hướng Bắc; Phương vị để biểu thị phương hướng giữa hai điểm bất kỳ so với chuẩn hướng Bắc, ở đây một điểm thường là vị trí tàu còn điểm kia là một mục tiêu nào đó Góc mạn để biểu thị hướng đến một mục tiêu nào đó so với chuẩn là hướng mũi tàu mình Trên thực tế do tồn tại nhiều hướng chuẩn Bắc nên cũng hình thành các phương hướng chuyển động của tàu tương ứng (Hình III-14)

III.3.1 Phương hướng Thật: Là phương hướng được xác định dựa vào hướng chuẩn

là hướng Bắc Thật (NT)

Hướng đi Thật HT (True Heading – TH): Hướng đi Thật của tàu là góc nhị

diện hợp bởi mặt phẳng kinh tuyến Thật qua vị trí tàu (người quan sát) và mặt phẳng trục dọc tàu HT được tính từ Bắc kinh tuyến Thật theo chiều kim đồng hồ đến phía Mũi của đường trục dọc tàu HT có giá trị từ 00 ÷ 3600

Phương vị Thật PT (True Bearing – TB): Phương vị Thật của một mục tiêu

(M) là góc nhị diện hợp bởi mặt phẳng kinh tuyến Thật của người quan sát và mặt phẳng thẳng đứng đi qua vị trí người quan sát và mục tiêu đó PT được tính từ Bắc kinh tuyến Thật theo chiều kim đồng hồ đến đường nối vị trí người quan sát với mục tiêu, PT có giá trị từ 00

Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương III

Gt

III.3.2 Phương hướng Từ: Là phương hướng dựa vào hướng chuẩn là hướng Bắc địa

Từ (Bắc Từ) để tính toán

Hướng đi Từ HĐ (Magnetic Heading – MH): Hướng đi Từ của tàu là góc nhị

diện hợp bởi mặt phẳng kinh tuyến Từ qua vị trí tàu và mặt phẳng trục dọc tàu HĐ được tính từ Bắc kinh tuyến Từ theo chiều kim đồng hồ đến phía Mũi của đường trục dọc tàu HĐ có giá trị từ 00

÷ 3600

Phương vị Từ PĐ (Magnetic Bearing – MB): Phương vị Từ của một mục tiêu

(M) là góc nhị diện hợp bởi mặt phẳng kinh tuyến Từ của người quan sát và mặt phẳng thẳng đứng đi qua vị trí người quan sát và mục tiêu đó PĐ được tính từ Bắc kinh tuyến Từ theo chiều kim đồng hồ đến đường nối vị trí người quan sát với mục tiêu, PĐ

có giá trị từ 00 ÷ 3600

III.3.3 Phương hướng La bàn (Từ): Là phương hướng dựa vào hướng chuẩn là

hướng Bắc của kinh tuyến La bàn (Từ) để tính toán

Hướng đi La bàn (Từ) HL (Compass Heading – CH): Hướng đi La bàn (Từ)

của tàu là góc nhị diện hợp bởi mặt phẳng kinh tuyến La bàn (Từ) qua vị trí tàu và mặt phẳng trục dọc tàu HL được tính từ Bắc kinh tuyến La bàn (Từ) theo chiều kim đồng

hồ đến phía Mũi của đường trục dọc tàu, HL có giá trị từ 00

÷ 3600

Phương vị La bàn (Từ) PL (Compass Bearing – CB): Phương vị La bàn (Từ)

của một mục tiêu (M) là góc nhị diện hợp bởi mặt phẳng kinh tuyến La bàn (Từ) của người quan sát và mặt phẳng thẳng đứng đi qua vị trí người quan sát và mục tiêu đó

PL được tính từ Bắc kinh tuyến La bàn (Từ) theo chiều kim đồng hồ đến đường nối vị trí người quan sát với mục tiêu, PL có giá trị từ 00

÷ 3600

III.3.4 Phương hướng La bàn Con quay: Theo lý thuyết La bàn con quay có thể chỉ

chính xác hướng kinh tuyến Thật, nhưng trên thực tế do những hạn chế về công nghệ nên không thể chế tạo được La bàn con quay chỉ đúng hướng kinh tuyến Thật Hướng

trùng với hướng Bắc Nam trên la bàn con quay được gọi là kinh tuyến La bàn con quay (NLq – SLq) Góc lệch giữa Bắc kinh tuyến La bàn con quay (NLq) và Bắc kinh tuyến Thật (NT) gọi là Sai số La bàn con quay (số hiệu chỉnh la bàn con quay) ΔLq, hình III- 14 ΔLq mang dấu dương (+) nếu Bắc kinh tuyến La bàn con quay lệch về phía Đông của Bắc kinh tuyến Thật, ΔLq mang dấu âm (−) nếu Bắc kinh tuyến La bàn con quay lệch về phía Tây của Bắc kinh tuyến Thật

Phương hướng dựa vào hướng chuẩn là hướng Bắc của kinh tuyến La bàn Con quay (NLq) để tính toán được gọi là Phương hướng La bàn con quay

Hướng đi La bàn con quay HLq (Gyro Compass Heading): Hướng đi La bàn

con quay của tàu là góc nhị diện hợp bởi mặt phẳng kinh tuyến La bàn con quay qua vị trí tàu và mặt phẳng trục dọc tàu HLq được tính từ Bắc kinh tuyến La bàn con quay theo chiều kim đồng hồ đến phía Mũi của đường trục dọc tàu, HLq có giá trị từ 00 ÷

3600

Phương vị La bàn con quay PLq (Gyro Compass Bearing ): Phương vị La bàn

con quay của một mục tiêu (M) là góc nhị diện hợp bởi mặt phẳng kinh tuyến La bàn con quay của người quan sát và mặt phẳng thẳng đứng đi qua vị trí người quan sát và mục tiêu đó PLq được tính từ Bắc kinh tuyến La bàn con quay theo chiều kim đồng

hồ đến đường nối vị trí người quan sát với mục tiêu, PLq có giá trị từ 00

÷ 3600

III.3.5 Góc mạn của mục tiêu

Góc mạn của mục tiêu (Relative Bearing – RB) thường ký hiệu G, là góc kẹp giữa mặt phẳng thẳng đứng đi qua trục dọc tàu và mặt phẳng thẳng đứng đi qua vị trí người quan sát và mục tiêu đó Khác với phương vị và hướng đi, góc mạn lấy hướng mũi tàu làm gốc tức hướng đến mục tiêu được so với hướng mũi tàu Trên mặt phẳng chân trời, góc mạn là góc kẹp giữa hướng mũi tàu và đường nối vị trí người quan sát với mục tiêu Có hai cách thể hiện góc mạn như sau:

- Theo hệ bán vòng, thường được gọi là góc mạn Thật, góc mạn được tính từ mũi tàu về hai mạn phải và trái, góc mạn biến thiên từ 00 ở mũi tàu đến 1800 ở sau lái tàu và được phân biệt làm hai loại:

+ Góc mạn Phải Gp, nếu mục tiêu nằm về phía mạn Phải của tàu gọi là góc mạn Phải, trong tính toán góc mạn Phải mang dấu dương (+)

+ Góc mạn Trái Gt, nếu mục tiêu nằm về phía mạn Trái của tàu gọi là góc mạn Trái, trong tính toán góc mạn Trái mang dấu âm (−)

- Theo hệ nguyên vòng, góc mạn được tính từ mũi tàu theo chiều kim đồng hồ đến đường thẳng nối vị trí người quan sát đến mục tiêu, góc mạn có giá trị biến thiên

từ 00

đến 3600 Hầu hết các thiết bị đo góc mạn như Radar, la bàn đều sử dụng hệ nguyên vòng để đo phương vị Trường hợp cần thiết phải chuyển đổi về góc mạn Thật (Góc mạn Phải, Trái)

III.3.6 Phương hướng ngược, chính ngang

Phương hướng ngược: Là phương hướng khác với phương hướng ban đầu một

góc 1800 Tức là:

PTn = PT ± 1800; HTn = HT ± 1800; Gn = G ± 1800 … (3.5)

Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương III

Phương hướng chính ngang: Thường để thể hiện phương vị tới một mục tiêu

chính ngang tàu Tức là:

PTcn = HT ± 900; PLcn = HL ± 900; PĐcn = HĐ ± 900… (3.6)

III.3.7 Liên hệ giữa các phương hướng

Quan sát trên hình III-14 dễ dàng nhận thấy rằng các loại phương hướng đều có mối liên hệ với nhau Trong đó phương hướng thật là loại phương hướng có độ chính xác cao hơn vì vậy khi tính toán phương hướng chuyển động của tàu, kiểm tra chuyển động của tàu trên biển cần thiết phải tìm được phương hướng thật

Liên hệ giữa phương hướng thật và phương hướng từ:

HT = HĐ + d (3.7)

PT = PĐ + d (3.8) Liên hệ giữa phương hướng từ và phương hướng la bàn:

G = PT – HT = PĐ – HĐ = PL – HL = PLq – HLq (3.13) Hình III-15 minh hoạ mối liên hệ giữa các phương hướng Vòng phương hướng thứ nhất (ngoài cùng) chỉ phương hướng chuyển động thật của tàu HT= 3200

và phương vị của mục tiêu A là PT = 400 Vòng phương hướng thứ hai (ở giữa) chỉ phương hướng từ của tàu HĐ = 3100

và phương vị của mục tiêu A là PĐ = 300, với độ lệch địa từ là d = VAR = 100E Vòng phương hướng thứ ba (trong cùng) chỉ phương hướng la bàn của tàu HL = 3000

và phương vị của mục tiêu A là PL = 200, độ lệch riêng la bàn δ = DEV = 100E, số hiệu chỉnh của la bàn ΔL = CE = 200E

Dựa vào các công thức liên hệ ta có: HT = HĐ + d = HL + d + δ = HL + ΔL

3200 = 3100 + (+100) = 3000 + (+100) + (+100) = 3000 + (+200) Góc mạn của mục tiêu A là: G = PT – HT = PĐ – HĐ = PL – HL

G = 3600 + 400 – 3200 = 3600 + 300 – 3100 = 3600 + 200 – 3000 = 600

Hình III-15

III.4 XÁC ĐỊNH ĐỘ LỆCH RIÊNG LA BÀN TỪ

Độ lệch riêng la bàn từ có ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác chỉ phương hướng chuyển động của tàu trên biển, vì vậy khi sử dụng la bàn từ cần thiết phải xác định được độ lệch riêng của nó Nếu giá trị độ lệch riêng nhỏ hơn hoặc bằng 50

thì chỉ cần tính toán thành lập thành bảng độ lệch hoặc vẽ thành đồ thị để hiệu chỉnh phương hướng chuyển động của tàu, nếu độ lệch riêng lớn hơn 50 thì trước hết cần phải tiến hành khử để trừ bỏ độ lệch riêng la bàn, trên thực tế không thể có được một phương pháp nào loại bỏ được hoàn toàn độ lệch mà vẫn còn tồn tại một giá trị nhất định được gọi là độ lệch dư, phần độ lệch dư này cũng cần phải được xác định và lập bảng hoặc

vẽ thành đồ thị để hiệu chỉnh phương hướng

III.4.1 Nguyên tắc xác định độ lệch riêng la bàn

Nguyên tắc chung để xác định độ lệch riêng la bàn là so sánh phương vị Từ và phương vị La bàn đo được tới một mục tiêu cố định trên từng hướng chuyển động của tàu theo công thức

Như vậy muốn xác định được độ lệch riêng của la bàn từ cần phải dẫn tàu đi trên từng hướng khác nhau, trên mỗi hướng đi cần phải đo phương vị la bàn (PL) tới một mục tiêu cố định, do hướng đi của tàu thay đổi nên các PLi đo được tới mục tiêu

cố định đã chọn cũng thay đổi, lần lượt so sánh PĐ và PLi của mục tiêu đó theo công thức (3.14) sẽ thu được các δi tương ứng trên từng hướng đi của tàu Tuy nhiên công việc này tốn rất nhiều thời gian, chi phí và rất phức tạp nên đôi khi không đạt được độ chính xác cần thiết Nên trong thực tế việc xác định độ lệch riêng của la bàn từ được thực hiện như sau:

Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương III

- Xác định độ lệch riêng trên các hướng Chính và Phần tư (N, NE, E, SE, S,

SW, W và NW): Dẫn tàu đi theo các hướng Chính và Phần tư, trên từng hướng dùng la bàn đo phương vị (PL) tới một mục tiêu cố định đã chọn (mục tiêu cố định trên mặt đất, sao Bắc cực, trạm phát sóng vô tuyến…), tám hướng sẽ thu được tám giá trị của

PL khác nhau, lần lượt so sánh PĐ của chính mục tiêu đó với các PLi tướng ứng theo công thức 3.14 sẽ thu được các δi tương ứng như bảng III-1

Bảng III-1: Tính độ lệch riêng trên các hướng Chính và Phần tư

TT Hướng đi của tàu HLi δi PĐ – PLi Giá trị δi

δ = A +Bsin(HL) + Ccos(HL) + Dsin(2HL) + Ecos(2HL) (3.15) Trong đó: HL là hướng đi la bàn của tàu

A, B, C, D, E là các hệ số độ lệch gần đúng được tính toán dựa vào các

độ lệch đã xác định trên tám hướng Chính và Phần tư

Lần lượt thay HL bằng các hướng cách nhau 100

hoặc 150 vào công thức (3.15)

sẽ tính được các độ lệch theo các hướng HL cách nhau 100 hoặc 150 và lập thành bảng hoặc vẽ thành đồ thị để sử dụng, các hướng còn lại được nội suy từ bảng hoặc đồ thị

Với sự trợ giúp của các thiết bị hiện đại như la bàn vệ tinh, ngày nay độ lệch trên tất cả các hướng cũng có thể xác định được bằng việc điều khiển tàu đi theo các hướng khác nhau trên biển và so sánh độ lệch phương hướng giữa la bàn vệ tinh và la bàn từ để xác định δ

III.4.2 Các phương pháp địa văn xác định độ lệch riêng la bàn

Có thể sử dụng các mục tiêu cố định trên mặt đất (phương pháp địa văn), thiên thể trên bầu trời (phương pháp thiên văn), các trạm phát sóng vô tuyến (phương pháp

vô tuyến điện) để xác định δ Tuy nhiên trong phạm vi của môn học này chỉ đề cập đến một số phương pháp địa văn để xác định δ trên tám hướng Chính và Phần tư của tàu

hàng hải nhất định, đường thẳng nối

hai chập tiêu được gọi là đường

chập tiêu, phương vị thật PT của

đường chập tiêu được đo đạc một

cách chính xác và được thể hiện

trên hải đồ bằng hai giá trị, giá trị

thứ nhất thể hiện theo hướng tàu

tiến gần đến chập tiêu và giá trị thứ

hai theo hướng tàu rời xa chập tiêu

Đoạn có nét liền thể hiện tàu có thể

đi được còn đoạn nét đứt là tàu

không thể đi qua

Chập tiêu có những chức năng cụ thể như sau:

+ Chập tiêu dẫn đường: Là những chập tiêu được bố trí tại các luồng ra vào cảng, khu vực có chướng ngại vật như bãi đá ngầm, bãi cạn…Nhằm hướng dẫn cho tàu đi theo chập tiêu để tránh nguy hiểm Khi hành trình ở khu vực này bắt buộc người dẫn tàu phải đi theo chập tiêu (trừ trường hợp đã có những thay đổi và đã có thông báo hàng hải)

+ Chập tiêu chuyển hướng: Được đặt tại các khúc cong của luồng hay những khu vực có chướng ngại vật, nhằm hướng dẫn cho con tàu chuyển hướng kịp thời sang hướng mới để tránh nguy hiểm Khi tàu nằm trên khoảng chập tiêu là thời điểm phải chuyển sang hướng mới Thường thường tiếp sau chập tiêu chuyển hướng sẽ có chập tiêu dẫn đường để hướng dẫn cho tàu đi đúng luồng

+ Chập tiêu đặc biệt: Là hệ thống những chập tiêu đặt tại các trường thử dùng

để kiểm tra các tính năng của tàu như xác định tốc độ, vòng quay trở, khử độ lệch la bàn…Thường các chập tiêu này được bố trí sao cho

ít ảnh hưởng của dòng chảy và khoảng cách giữa

các chập tiêu dễ dàng xác định khi sử dụng chúng

+ Chập tiêu Radar: Để phục vụ việc sử dụng

radar điều khiển tàu đi đúng luồng tại các khu vực

Lựa chọn chập tiêu phù hợp với việc xác

định độ lệch riêng la bàn, tiến hành dẫn tàu đi lần

lượt theo các hướng Chính và Phần tư của la bàn

(Hình III-17) Trên mỗi hướng i tại thời điểm tàu đi

cắt ngang qua chập tiêu dùng la bàn đo được PLi

của chập tiêu đó, đọc giá trị PT của chập tiêu trên

M 2

M 1

Hình III-17

Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương III

III.4.2.2 Dựa vào một mục tiêu xa

- Biết chính xác vị trí tàu: Trên hải đồ kẻ đoạn thằng qua vị trí tàu P và mục tiêu M đã

chọn, đoạn thẳng PM đóng vai trò như một chập tiêu, đo phương vị của PM trên hải đồ được PT của chập tiêu và tính được PĐ = PT – d, độ lệch địa từ d cũng được tính toán dựa vào hải đồ đang sử dụng

Neo tàu tại vị trí P và điều động tàu quay quanh vị trí neo với bán kính quay r rất nhỏ Khi mũi tàu chỉ đúng các hướng Chính và Phần tư dùng la bàn để đo PLi tới mục tiêu M và do đó tính được δi theo công thức 3.14 (Hình III-18)

- Không biết chính xác vị trí tàu: Cho tàu neo tại một vị trí nhất định, điều động tàu

quay quanh vị trí neo với bán kính quay r rất nhỏ Khi mũi tàu chỉ đúng các hướng Chính và Phần tư dùng la bàn để đo PLi tới mục tiêu M Tính PĐ theo công thức gần đúng (3.16):

8

PLi

PĐ

(với i = N, NE, E, SE, S, SW, W, NW) (3.16)

Khi sử dụng phương pháp này gặp phải sai số là εL xác định theo công thức:

xa các công trình sắt thép hay cáp điện

luôn định hướng theo kinh tuyến từ NĐ

và bố trí một người quan sát La bàn

trên tàu luôn chỉ hướng kinh tuyến la

bàn NL cũng được bố trí một người

quan sát Hai người quan sát ở hai la

bàn phải liên lạc được với nhau bằng

máy VHF hoặc thông qua các tín hiệu

quy ước để phối hợp quan sát phương

vị lẫn nhau, (Hình III-19)

Dẫn tàu đi theo các hướng

Chính và Phần tư, khi tàu ổn định trên

một hướng, người quan sát trên tàu đo

phương vị tới người quan sát trên bờ

được PL, đồng thời báo hiệu cho người quan sát trên bờ đo phương vị tới người quan sát trên tàu cùng một thời điểm sẽ thu được PĐ, vậy phương vị Từ tính từ la bàn trên tàu tới la bàn trên bờ sẽ là PĐn = PĐ ± 1800 và sẽ xác định được độ lệch riêng la bàn theo công thức:

δi = PĐni - PLi (với i = N, NE, E, SE, S, SW, W, NW) (3.18)

Có thể thay việc đưa một la bàn lên bờ bằng việc đưa một la bàn lên xuồng và cho xuồng neo tại một vị trí để quan sát tàu, còn tàu sẽ được điều khiển chạy xung quanh xuồng và đo phương vị tới xuồng trên các hướng Chính và Phần tư để tính toán

δi như trên

III.4.2.4 Sử dụng la bàn con quay hoặc các la bàn khác

Các phương pháp xác định độ lệch riêng la bàn ở trên thường chỉ phù hợp đối với la bàn chuẩn đặt trên ca bin của tàu, còn đối với la bàn lái đặt trong ca bin thường không phù hợp Nếu trên tàu có trang bị la bàn con quay hoặc các la bàn khác thì có thể lợi dụng để xác định độ lệch riêng cho cả la bàn chuẩn và la bàn lái

Từ quan hệ: HTi = HLi + d + δi = HLqi + Δlqi rút ra:

δi = HLqi + Δlqi – HLi – d (3.19) Dẫn tàu đi theo các hướng i = N, NE, E, SE, S, SW, W, NW của la bàn từ, đọc các hướng tương ứng trên la bàn điện, d được tính toán dựa vào hải đồ do đó các độ lệch tương ứng sẽ tính toán được theo công thức (3.19)

Cũng tương tự có thể xác định độ lệch riêng của la bàn lái (δl) nếu biết được độ lệch riêng của la bàn chuẩn (δc)

Từ quan hệ: HTi = HLli + d + δli = HLci + d + δci rút ra:

δli = HLci + δci – HLli (3.20) Dẫn tàu theo các hướng i = N, NE, E, SE, S, SW, W, NW của la bàn lái, đọc hướng tương ứng trên la bàn chuẩn, δli tương ứng được tính theo công thức (3.20)

III.5 KHỬ ĐỘ LỆCH RIÊNG LA BÀN TỪ

III.5.1 Nguyên nhân làm thay đổi độ lệch riêng la bàn

- Độ lệch riêng la bàn từ phụ thuộc chủ yếu vào từ trường tàu được hình thành trong quá trình sử dụng sắt thép đóng mới con tàu Hướng và vĩ độ đặt ụ tàu đóng mới đều ảnh hưởng đến độ lớn và đặc điểm của từ trường tàu, do đó ảnh hưởng đến từ trường tàu Ví dụ: Nếu một con tàu được đóng mới trên một ụ tàu có hướng Bắc-Nam, mũi tàu hướng về phía Bắc, lái tàu hướng về phía Nam, dưới tác dụng của từ trường Trái Đất, phía mũi tàu sẽ dần bị cảm ứng từ và có từ tính Bắc (N), còn phía lái tàu sẽ hình thành từ tính Nam (S) Ngược lại, nếu mũi tàu được đặt về hướng Nam, thì từ trường tàu hoàn toàn ngược lại, phía Mũi tàu có từ tính Nam (S) còn phía lái lại có từ tính Bắc (N) Rõ ràng khi lắp đặt la bàn lên hai con tàu này thì từ trường tàu sẽ ảnh hưởng hoàn toàn khác nhau

- Độ lệch riêng la bàn phụ thuộc vào vĩ độ từ, tàu hoạt động ở vĩ độ càng cao thì

độ lệch riêng la bàn càng lớn

Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương III

- Khi có các tác động mạnh về cơ, nhiệt, điện vào vỏ tàu như: Tàu bị sét đánh, cháy nổ, đâm va, mắc cạn, sửa chữa lớn… đều làm cho từ trường tàu thay đổi do đó độ lệch riêng của la bàn cũng thay đổi theo

- Khi tàu chuyên chở hàng hóa bằng sắt thép độ lệch riêng la bàn cũng thay đổi

- Khi tàu thay đổi hướng đi, hướng tác dụng của từ trường tàu lên la bàn thay đổi do đó làm thay đổi độ lệch riêng la bàn

- Khi thay đổi hoặc sửa chữa la bàn độ lệch riêng cũng thay đổi

III.5.2 Phân loại độ lệch riêng la bàn

Nghiên cứu về độ lệch riêng la bàn người ta đã phát hiện ra các từ lực gây lệch cho la bàn có độ lớn, phương chiều tác dụng và sự thay đổi của nó theo những quy luật khác nhau nên độ lệch do các lực đó gây ra cũng mang những đặc điểm khác nhau Theo bản chất của từ lực tác dụng, quy luật biến đổi dấu và giá trị, độ lệch riêng la bàn được phân thành các loại như sau:

III.5.2.1 Độ lệch Cố định: Nguyên nhân là do thành phần từ lực nằm ngang A/λH, do

bộ phận sắt non (sắt mềm) của tàu bị từ hóa hình thành (từ trường tàu biến đổi) Hướng tác dụng của A/λH luôn theo hướng Đông từ (+) hoặc theo hướng Tây từ (–) nên độ lệch do A/λH gây ra luôn có giá trị và dấu cố định

III.5.2.2 Độ lệch Bán vòng: Do các từ lực nằm ngang B/λH và C/λH là hai lực vừa do

bộ phận sắt già (sắt cứng) của tàu bị từ hóa (từ trường tàu cố định) vừa do bộ phận sắt non của tàu bị từ hóa (từ trường tàu biến đổi) tạo thành nên thường có giá trị lớn

Lực B/λH tác dụng theo hướng đi từ của tàu HĐ (+) hoặc ngược hướng đi từ của tàu HĐ ± 1800 (–) có nghĩa nếu tàu quay được một vòng thì B/λH cũng quay được một vòng nên hướng tác dụng vào la bàn thay đổi do đó độ lệch do B/λH gây ra cũng thay đổi theo

Lực C/λH tác dụng theo hướng vuông góc với hướng đi từ của tàu HĐ + 900

(+) hoặc HĐ – 900 (–), có nghĩa nếu tàu quay được một vòng thì C/λH cũng quay được một vòng nên hướng tác dụng vào la bàn thay đổi do đó độ lệch do C/λH gây ra cũng thay đổi theo

Dấu và giá trị của độ lệch riêng la bàn do B/λH và C/λH gây ra biến đổi theo bán vòng, có nghĩa là khi tàu thay đổi hướng đi được nửa vòng (1800) thì giá trị và dấu của độ lệch do B/λH và C/λH gây ra lại lặp lại nên được gọi là độ lệch bán vòng

Từ lực do bộ phận sắt cứng trong lực B/λH và C/λH gây nên độ lệch được gọi là

độ lêch bán vòng chính Từ lực do bộ phận sắt mềm trong lực B/λH và C/λH gây nên

độ lệch được gọi là độ lêch bán vòng thứ

III.5.2.3 Độ lệch Phần tƣ: Do các từ lực nằm ngang D/λH và E/λH là hai lực do bộ phận sắt non của tàu bị từ hóa (từ trường tàu biến đổi) tạo thành nên thường nhỏ

Lực D/λH tác dụng theo hướng gấp đôi hướng đi từ của tàu 2HĐ (+) hoặc ngược hướng đi từ gấp đôi của tàu 2HĐ ± 1800 (–) có nghĩa nếu tàu quay được một vòng thì D/λH quay được hai vòng nên hướng tác dụng vào la bàn thay đổi do đó độ lệch do D/λH gây ra cũng thay đổi theo

Lực E/λH tác dụng theo hướng vuông góc với hướng gấp đôi hướng đi từ của tàu 2HĐ +900

(+) hoặc 2HĐ – 900 (–) có nghĩa nếu tàu quay được một vòng thì E/λH