航线与航法分解.docx
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航线与航法分解
第六篇 航线与航法
第一章大洋航行
大洋航行是指远离海岸的跨洋航行。
大洋航行的主要特点是航线长，气象和海况复杂且变化大。
大洋航行中，可供选择的航线有大圆航线、恒向线航线、等纬圈航向和混合航线。
其中，大圆航线的主要优点是缩短航程。
但是，如果大圆航线穿越风、流影响大的海区，则不仅影响船舶安全，而且会降低营运效益。
恒向线航线的突出优点是操纵方便，在低纬度海区或航向接近南北时，其航程与大圆航程差值不大。
但是，当航程很长、纬度较高或航向接近东西时，恒向线航线势必造成航行时间的延长。
因此，船舶实际选用航线时，应全面考虑当时的气象、海况、载货情况等各种因素，选择一条适合当时环境的最佳航线。
第一节大圆航线与混合航线
一、大圆航线
大圆航线是跨大洋航行的最短航程航线，但除赤道与子午线外，船舶按大圆弧航行时必须不断改变航向。
这在实际上是不可能的。
因此，所谓大圆弧航线，是将大圆弧分成若干小段，每一小段仍然是恒向线航线。
这样，就整个航线来说，只是基本上接近大圆弧航线。
如图6-1-1所示，大圆航线可以是大圆弧内接分段恒向线AB、BC、CD……，也可以是大圆弧外切分段恒向线AA1，A1A2、A2A3……。
大圆航线一般按每隔经差5˚～10˚或一天左右的航程作为一个分段。
这样既可在一天内仅改变一次航向，又基本上保持在大圆弧上航行。
大圆航线有以下几种求算方法：
1．大圆海图法
大圆海图属于日晷投影，也称心射投影。
大圆弧在图上均呈直线，而恒向线则均呈曲线。
因此，在大圆海图上，凡连接两点间的直线，就是通过该两点的大圆弧即通过该两点的大圆航线。
利用大圆海图拟定大圆航线具体方法如下：
①根据航区查《航海图书总目录》抽选相应的大圆海图。
②将起始点和到达点按其地理经纬度标在大圆海图上，用直线连接这两点即大圆航线。
③在大圆航线上每隔经差5˚～10˚取分点，并量取各分点的坐标（、）。
④将各分点坐标（、）移画到航用海图上去，并用直线连接相邻分点，便得折线状大圆航线。
量出各段的恒向线航向和航程，并列表备航。
2．大圆改正量法
在航用海图上两点间的恒向线方位（航向）和大圆方位（航向）之差为大圆改正量，如图6-1-2所示
大圆改正量Ψ可按下列公式计算：
Ψ＝
（B－A）sin
（A＋B）（6-1-1）
实际工作中，可在航用海图上用恒向线连接起始点和到达点，并量出其恒向线航向RLC，然后利用上式计算或从《航海表》中的“大圆改正量表”查出得Ψ,则
大圆航向RLC1＝RLC-Ψ （6-1-2）
大圆航向RLC1为沿大圆弧切线航行时A点的大圆始航向，如图6-1-2所示。
航行约1昼夜之后,再根据当时的准确观测船位,用大圆改正量法求出下一段的大圆航向,依此类推,直至到达点。
也可结合推算,在开航前作出整个折线状大圆航线。
当航程较远，经差较大时，用上述公式计算的误差较大，而利用下述的公式计算法较为准确。
3．公式计算法
依据球面三角公式，利用计算机可方便地计算大圆航线的航向，航程和分点坐标。
随着电子计算技术的发展，人们越来越习惯于利用公式计算大圆航线，目前应用较多的是利用GPS计算。
（1）求大圆航向和航程的计算公式
如图6-1-3所示，A（1、1）、B（2、2）分别为大圆航线的起始点与到达点，它们的经纬度均已知。
通过解球面三角形PNAB可得如下求大圆航向和航程的公式：
cosS＝sin
sin
＋cos
cos
ScosD（6-1-3）
tanＣ1＝
（6-1-4）
cosC1＝
（6-1-5）
式中：
Ｃ1——大圆始航向
Ｓ——大圆航程
Ｄ——起始点至到达点的经差
利用上述三个公式计算应注意以下几点：
①经差D恒取正值；
②起始点的纬度1恒取正值；到达点的纬度2若与1同名，取正值，异名则取负值；
③计算值C1为半圆航向。
若用函数计算器计算时,可按下式确定半圆航向：
Ｃ1（Ｃ1为正值时）
Ｃ1＝
180˚＋Ｃ1（Ｃ1为负值时）
C1命名规则为：
第一名称与起始点的纬度1同名，第二名称与经差Ｄ同名。
最后应将半圆航向换算成圆周航向。
例6-1-1：
某轮拟由18˚06´.0S，1112˚30´.5W至219˚13´.0N,2138˚46´.5E，驶大圆航线。
求大圆始航向Ｃ1和大圆航程S。
解：
Ｄ＝２－1＝138˚46´.5E－112˚30´.5W＝108˚43´W＝108˚.7167W
1＝8˚06´.0S＝8˚.1S1＝112˚30´.5W=112˚.5083W
2＝19˚13´.0N＝19˚.2167N2＝79˚34´W＝79˚.5667W
cosS＝sin1sin2＋cos1cos2cosＤ
＝sin8˚.1×sin（-19º.2167）＋cos8°.1×cos（-19º.2167）×cos108˚.7167
＝-0.346363
Ｓ＝arccos（-0.346363）＝110˚.2650＝6615.9nmile
tanＣ1＝
＝
＝－3.158397
Ｃ1＝arctan（－3.158397）＝－72˚.4
∴Ｃ1＝180˚＋（－72˚.4）＝107˚.6SW＝287˚.6
（2）求大圆航线顶点坐标和分点坐标的计算公式
大圆航线顶点是大圆航线上纬度达到的最高点，在该点大圆弧与子午线相交成直角，大圆航向为090˚或270˚。
顶点坐标可按以下公式求取：
cosφV＝cosφ1sinＣ1 （6-1-6）
cotＤv＝sinφ1tanＣ1 （6-1-7）
V＝1＋ＤＶ （6-1-8）
式中：
ＤV——起始点至大圆航线顶点的经差；
φV——大圆航线顶点的纬度
V——大圆航线顶点的经度。
求大圆航线各分点的纬度公式为
tanφi＝cos（i～v）tanφV（6-1-9）
在根据前面讨论的原则确定分点经度后，可利用上式求出分点纬度。
在各分点求出后，便可利用航迹计算法求出各分点间的恒向线航向和航程。
例6-1-2：
某轮拟由φ125˚30´N，λ1121˚05´E至φ222˚.00´N，λ2158˚00´W，驶大圆航线。
求大圆始航向Ｃ1和大圆航程S，以及与大圆顶点每相隔10˚经差的各分点纬度。
解：
①求大圆航程S
Ｄλ＝λ2－λ1＝158˚00´W–121˚05´E＝80˚55´E＝80˚.9167E
φ1＝25˚30´N＝25˚.5Nλ1＝121˚.05E＝121˚.0833E
φ2＝22˚00´N，λ2＝158˚.00W
cosS＝sinφ1sinφ2＋cosφ1cosφ2cosＤλ
＝sin25˚.5×sin22˚＋cos25˚.5×cos22˚×cos80˚.9167
＝0.293388
Ｓ＝arccos0.293388＝72˚.9391＝4376.3nmile
②求大圆始航向C1
tanＣ1＝
＝
＝3.3281
Ｃ1＝arctan3.3281＝73˚.276NE
∴Ｃ1＝73˚.3
③求大圆顶点的经纬度
cosφV＝cosφ1sinＣ1＝cos25˚.5×sin73˚.276＝0.8644
φV＝arccos0.8644＝30˚.1848＝30˚11´.1N
cotＤλv＝sinφ1tanＣ1＝sin25˚.5tan73˚.276＝1.4328
ＤλＶ ＝arctan0.6979＝34˚.9125＝34˚54´.8 ＝ 34˚54´.8E
λv＝λ1＋DλＶ ＝121˚05´E＋34˚54´.8E ＝155˚59´.8E
④求大圆航线上与顶点每隔10°经差的各分点坐标
tanφi＝cos（λi~λＶ）tanφＶ＝cos10˚tan30˚.1847=0.5728
φi1＝arctan0.5728＝29˚.8049＝29˚48´.3N
tanφi2＝cos20˚tan30˚.1847 ＝0.5466
φi2＝arctan0.5466＝28˚.66＝28˚39´.6N
tanφi3＝cos30˚tan30˚.1847 ＝0.5037
φi3＝arctan0.5037＝26˚.7357＝26˚44´.1N
tanφi4＝cos40˚tan30˚.1847 ＝0.4456
φi4＝arctan0.4456＝24˚.0165＝24˚01´.0N
大圆航线上起、终点及各分点的坐标见表7-2-1。
表6-1-1大圆航线上起、终点及各分点的坐标
序号
纬度φ
经度λ
备注
1
25˚30´.0N
121˚05´.0W
起点
2
26˚44´.1N
126˚00´.0E
3
28˚39´.6N
136˚00´.0E
4
29˚48´.3N
146˚00´.0E
5
30˚11´.1N
156˚00´.0E
大圆顶点
6
29˚48.3N
166˚00´.0E
7
28˚39´.6N
176˚00´.0E
8
26˚44´.1N
174˚00´.0W
9
24˚01´.0N
164˚00´.0W
10
22˚00´.0N
158˚00´.0E
二、混合航线
连接两点间的大圆虽然是航程最短的航线，但不一定是最安全、最经济的航线。
由于大圆弧总是凸向地球的北极或南极，因此采用大圆航线时，所到达的纬度往往较高。
而高纬度海区水文气象条件一般均比较恶劣，而且有些区域还有较复杂的岛礁等危险物。
如北太平洋除有阿留申群岛阻隔外，冬季多风暴，夏季多雾；北大西洋的高纬度地区多冰山等等。
因此，根据不同季节要求航线不超越某一纬度。
该纬度称为限制纬度。
在有限制纬度时航程最短的航线称为混合航线。
如图6-1-4所示，航线分为三段，即大圆航线AB、等纬度圈航线BC和大圆航线CD。
其中，B点和C点分别为为由起始点A和到
达点D所作限制纬度圈切线的切点。
拟定混合航线主要有大圆海图法和公式计算法。
1．大圆海图法
利用大圆海图求算混合航线步骤如下：
（1）查阅、分析航海图书资料，确定限制纬度；
（2）在大圆海图上分别由起始点和到达点作限制纬度圈的切线即得三段航线；
（3）利用大圆航线的求算方法求出两段大圆航线的分点坐标和各分点间的恒向线航向、航程；等纬圈航线的航向为090˚或270˚，航程可在航用海图上直接量出；
（4）在航用海图上画出各段恒向线航线并列表备航。
2．公式计算法
在研究和分析航海资料的基础上确定限制纬度后，可利用以下公式求算混合航线，如图6-1-5所示：
第一段航线：
cosＤλ1＝
（6-1-10）
sinC1＝
（6-1-11）
cosS1＝
（6-1-12）
式中：
1——起始点纬度；
L——限制纬度；
C1——大圆始航向；
S1——第一段大圆航线的航程。
第二段航线：
Ｃ＝090˚或270˚（6-1-13）
Ｓ2＝Ｄλ２ cosL（6-1-14）
式中：
Ｃ——限制纬度圈恒向线航向；
Ｄλ２ ——限制纬度圈上两切点的经差；
Ｓ2——限制纬度圈上的恒向线航程。
第三段航线：
cosＤλ3＝
（6-1-15）
cosS３＝
（6-1-16）
sinC/F´＝
（6-1-17）
ＣF＝C/F±180˚（6-1-18）
式中：
2——到达点纬度；
S３——限制纬度圈上第二个切点至到达点的大圆航程；
ＣF——大圆终航向；
第二节大洋航线的选择
大洋航行时，航线长，有较大选择性。
所谓最佳航线，是在保证足够安全的前提下，能使船舶航行时间最短、最经济的航线。
一、选择大洋航线应考虑的各种因素
1．气象
查阅《世界大洋航路》、航路设计图、《航路指南》、相关气象图等资料，综合中长期天气预报，认真分析航线可能遭遇的盛行风、季风、热带气旋等灾害性天气及雾。
2．海况
研究海流、海浪、流冰和冰山对船舶航行的影响，尽量避开逆流，避开大风浪区、流冰区和冰山活动区。
3．障碍物情况
大洋航行时，对岛、礁等危险障碍物应留有足够的安全距离。
4．定位与避让条件
接近陆地时，应选有显著物标或有明显特征等深线的水域。
避免通过渔区和船只拥挤水域。
5．本船条件
应考虑船龄、船体结构与强度、航行性能、续航力、吃水、船速、货载及船员素质等。
货载情况主要考虑有否危险品、衬垫和绑扎情况、有否甲板货及船舶稳性等。
船员的技术水平、熟练程度和应付紧迫局面的能力是选择航线应考虑的重要因素。
6．尽量选用推荐航线
《世界大洋航路》和航路设计图中的推荐航线，是各国船舶多年航行经验的结晶。
一般情况下，应尽量选用推荐航线。
在有分道通航制的区域，应遵守分道通航的规定。
总之在选择大洋航线时最重要的是安全，其次是节约燃料、缩短航时间和减少航程。
二、大洋航线选择举例
北印度洋航线
1．气候和海流
1）季风
北印度洋是世界海洋著名的季风区，其风向、风力稳定，季节明显。
冬季（10月到次年3～４月）：
盛吹东北风，风力较弱，一般3～4级。
其中12月和1月为最盛期，风力达4～5级，能见度较好。
夏季（5～9月）：
西南风，7、8月为鼎盛期。
风力也较东北季风大。
孟加拉湾西南季风风力4～5级，潮湿多雨，能见度较差。
阿拉伯海西南季风风力常达6～7级，西部可达10级，雨较少，有霾。
2）旋风
北印度洋上的旋风与台风一样同属热带低气压，是一种破坏力很强的灾害性天气。
旋风生成最多月份在盛夏而不在春秋过渡季节。
旋风路径大都带有抛物线的形状，转向点大致在北伟15˚～20˚之间，一般终止于离海不远的沿岸陆地，如图6-1-6所示为印度洋旋风主要路径图。
3）海流
北印度洋的海流主要是由季风产生的季风海流。
北印度洋冬季海流，主要为东北季风海流、赤道逆流和南赤道海流，如图6-1-7所示。
北印度洋夏季海流，主要为西南季风海流和南赤道海流，如图6-1-8所示。
4）涌浪
阿拉伯海西南，涌浪在5月形成，持续到9月。
7月阿拉伯海波高大都在2m以上。
亚丁以东2200nmile海面上，局部地区实际波高达6m，周期12.8s。
孟加拉湾西南涌浪在五月间形成，持续到10月。
阿拉伯海和孟加拉湾涌浪比较短或中等，超过200m的长涌有10%，但不高。
2．航线介绍
北印度洋航线设计，随季节而异。
东北季风时期和季风转换时期，北印度洋风和浪均较小，一般取最短航程的A线。
西南季风时期，风大浪凶，如采用习惯航线要通过Suqutra岛东方的强风区。
为避开西南季风时期的强风区，速度快的大船可走B线，低速中小船走C或D线。
A、B、C、D四条航线如图6-1-9所示。
表6-1-2为A线和B线的航线表。
表6-1-2北印度洋航线
序号
起迄点
航向˚
航程（nmile）
西行
东行
间距
累计
A线
1
06°00´N095°00´E
0
269
089
860
*2
05°35´.1N080°35´.7E（DondraHead灯塔TB360°～20´）
860
287
107
475
3
08°03´N073°01´.6E（Minicoy灯塔TB360°～13´）
1335
280
100
1288
4
11°50´.2N05°31´.E（GuardFui灯塔TB270°～14´.5）
2623
315
135
19.5
5
12°04´.5N051°16´.8E（GuardFui灯塔TB180°～13´.6）
2642.5
序号
起迄点
航向
航程（nmile）
西行
东行
间距
累计
B线
1
06°00´N095°00´E
0
269
089
860
*2
05°35´.1N080°35´.7E（DondraHead灯塔TB360°～20´）
860
287
107
475
3
08°03´N073°01´.6E（Minicoy灯塔TB360°～13´）
1335
270
090
1202
4
8°03´N052°50´E
2537
341
161
240
5
11°50´.2N05°31´E（GuardFui灯塔TB270°～14´.5）
2777
315
135
19.5
6
12°04´.5N051°16´.8E（GuardFui灯塔TB180°～13´.6）
2796.5
*采取距DondraHead灯塔20nmile通过是为了避开分隔带。
如通过分隔带，可按分隔带规定，靠近海岸航行。
3．航线说明
（1）Suqutra岛南面至GuardFui角以南的非洲沿岸在西南季风时期有一大片强劲的东到东北流。
（2）自PuloＷe岛西行驶向Dondra，12月份在东径86˚～92˚之间，有一股较强的北流，有约±2˚流压。
（3）Suqutra岛很高大，雷达初见59nmile。
雷达萤光屏上整个岛形清晰可见。
但应注意，在远距离扫测时，雷达回波反映的岛形边缘是岛的悬崖峭壁，在实际海岸线以内。
因此，远距离定位时应加以修正。
（4）brother岛岛形奇突，象二个怪兄弟，西边的大，东边的小。
GuardFui角灯塔，塔身黑色，在一片黄沙覆盖的山脊上，白天不易找到，晚上灯光不强。
（5）斯里兰卡沿海海流较复杂，应引起注意。
沿岸12～15nmile间海流流向很不一样，但都与岸平行。
离岸远些，11月～1月流向南。
东岸南流很强，可达3kn，且压向海岸；西岸和西南岸都较弱。
这股南流在岛的南侧汇入总的东北季风西流中去。
2月～3月岛的南方，西流持续，并转向西北。
东岸北部沿海，在2～4月形成孟加拉湾沿岸的顺时针海流。
（6）在斯里兰卡南岸DondraHead南侧设分隔带两条：
①以05˚51´00″N，080˚38´39″.6E和05˚51´00″N，080˚32´30″E两点联线南北各1nmile范围。
②以05˚45´30″N，080˚32´30″E和05˚45´30″N，080˚38´39.6″E两点联线南北各1.5nmile范围。
西航船应从①和②两分隔带间3nmlile水域内驶过；东航船应从①分隔带的南侧3nmile的水域内驶过。
①分隔带与沿岸间水域为沿岸通航区。
第三节气象定线
各种航路图和《世界大洋航路》所推荐的航线，是以航经海区在某季节的平均天气状况而拟定的，故称之为气候航线。
船舶气象定线又称船舶气象导航。
它是由岸上专门机构，根据近期内航行海区的天气预报与海况预报，包括1～3天准确的短期预报和3～7天甚至10天左右的中、长期预报，结合船舶性能、船型、装载特点和航行任务等因素，制定一条既经济又安全的最佳航线。
气象导航所推荐的航线，称为气象航线。
气象定线使船舶航行安全水平明显提高，可减少船体损害和货损、缩短航时、节省燃料，提高船舶营运经济效益。
一、船舶气象定线所考虑的主要因素
1．气象和海况因素
热带风暴、地方性天气和天气的地方性特征、季节性天气和海况、洋流及风、浪、涌等。
大范围的天气和海况预报是船舶气象定线的基础和关键。
2．船舶因素
包括船型、航速、吃水、稳性、甲板装载、压载、海上操纵性能和导航设备等。
3．货物因素
包括货物对温度的要求和货物的海上保护等。
4．营运因素
包括船期计划和保险限制等。
二、气象导航的一般程序
1．申请气象导航
在船舶开航前24～48小时，由船舶或船舶所属公司向有关气象导航机构提出申请，以电报或其它通信方式把以下内容通知气象导航机构：
1）船舶名称、呼叫及船速；
2）船舶所属公司或本航次受雇公司的名称、地址；
3）预计启航日期、时间；
4）出发港口；
5）目的港（如中途停留，需附停留港名及预计停留时间）；
6）货物装载情况（如货物种类、装货量和甲板货物情况等）；
7）船舶稳性—GM值；
8）船舶吃水和吃水差；
9）干舷高度；
10）特殊事项和船长要求（如易损坏的甲板货物以及需在一定时间内到达目的港等）。
2.制定航行计划
气象导航机构收到船舶申请后，将适时通过启航港代理人向船长转递推荐航线和有关海域的天气、海况预报以及导航意见。
如果临近开航或已开航才申请气象导航，则可通过导航机构指定的电台或船长在申请中指定的电台获取推荐航线和导航意见。
船舶收到气象导航机构的推荐航线和导航意见后，应在认真分析的基础上制定本船的航行计划，确定计划航线。
3.航行途中联络
在航行中船长应将下列各项情况通知气象导航机构：
1）开航后将实际启航时间电告气象导航机构，导航机构实施跟踪导航。
2）每两天一次，将中午船位电告气象导航机构，电报内容包括船名、呼号、日期、时间、经度、纬度、天气及海况。
在正常天气情况下，气象导航机构也每两天一次电告船舶新的导航意见及天气、海况预报。
途中联络时间没有硬性规定，一般在当地标准时12时前后，也有的在世界时12时左右。
如途中遇到未经预报的恶劣天气，或恶劣天气使航行受阻，可随时电告气象导航机构。
气象导航机构会及时回电，分析沿途的天气和海况，并提出新的指导意见。
3）在航行途中，船舶如果不是由于天气影响而降低船速或停止前进，必须立即电告气象导航机构，以便他们掌握船舶动态。
4）舶抵达目的港后应尽早电告到达的时间。
4.航次总结报告
本航次气象导航结束后，气象导航机构向气象导航申请公司提供一份完整的气象导航总结报告（副本送船长），内容包括整个航程的天气、海况分析，每天世界时12时的推算船位、航速、风向、风速、浪向、浪高和受大风的天数以及平均航速等，并绘制航迹图。
此外，还包括所有来往电报。
三、气象定线注意事项
在采用气象导航技术时，应注意以下几点：
1．气象导航机构所推荐的航线仅仅是航行建议，完全是咨询性质的，行驶在推荐航线上的船舶如果发生损失或意外事故，气象导航机构不负任何法律责任。
船长在任何情况下都对航行负有全责，其中也包括对航线的选择。
2．气象定线是寻求一条能避开最险恶风浪区的经济航线，在推荐航线上并非一定风平浪静。
那种认为接受了气象导航服务，就不会遇到风浪的想法，是一种极大的误解。
3．采用气象航线时，要有雾航和在高纬度冰区航行的准备。
气象导航机构认为，对于全年多雾的北大西洋和北太平洋中高纬海域来说，完全避开雾区是不可能的。
气象导航机构推荐的航线，有时纬度较高，特别是西航的跨洋航线，冬季在高纬度海域可能会遇到海冰。
第四节大洋航行注意事项
大洋航行时，正确选择航线无疑是重要的。
但在航行过程中，根据当时的具体情况，正确地修正航线，以及在航行中及时采取各种必要的航海措施，也是保证航行安全的重要环节。
一、认真连续进行航迹推算
航迹推算是掌握船位的最基本方法。
天文定位、无线电航海仪器定位以及利用卫星定位，都必须以推算船位作为重要参考，因此必须进行认真、细致、连续的航迹推算。
要重视罗经工作情况，一般应每隔1～2小时进行一次磁罗经和电罗经的比对。
每天早晚利用太阳出没或低高度测定一次罗经差。
要坚持使用计程仪并切实掌握计程仪改正率。
航迹推算时应正确计算风流压差。
对于安装有自动化导航仪器的船舶，应注意系统的工作状况是否正常，以确保船舶航行安全。
二、利用一切可能的机会测定船位
除GPS定位外，尚应利用天文定位和
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