BÀI GIẢNG TIN HỌC CHUYÊN NGÀNH HÀNG HẢI

l-Tại những cảng nào độ chênh lệch về thời gian NL, NR đợc thay thế bằng chữ “p” thì có nghĩa là không có cảng chính tơng ứng với nó và dự đoán thuỷ triều cho các cảng nhvậy chỉ có thể t

Bài giảng môn tin học chuyên ngành

Tài liệu tham khảo

Tài liệu tham khảo về Tin học nói chung rất phong phú và đa dạng ở Việt Nam có rất nhiều ngời dịch nguyên bản các ấn phẩm nớc ngoài, hoặc tải từ INTERNET xuống Tuy nhiên việc dịch sách không phải là dễ, vì Việt hoá đợc thì đôi khi làm giảm tính chân thực của bản gốc, còn khi dịch chính xác với bản gốc thì khả năng truyền thụ lại ít Vì lẽ đó ng-

ời làm tin học hiện nay đều muốn đọc các bản gốc tiếng Anh

- Các bài giảng, giáo trình các môn học: Địa văn hàng hải, Thiên văn hàng hải, Xếp

dỡ và bảo quản hàng hóa, Lý thuyết tàu thủy

- Kỹ năng lập trình Visual Basic 6 (NXB Thống kê-2001), Giáo trình cơ sở lập trình Visual Basic (NXB Thống kê-2003), Hớng dẫn sử dụng Microsoft EXCEL toàn tập

97, 129 bài EXCEL ứng dụng khoa học kỹ thuật (NXB Thống kê - 2000)

Chơng i: Tổng quan về môn tin học ứng dụng

Đ1 Giới thiệu về môn học

Đối với chúng ta, công nghệ thông tin không phải là liều thuốc tiên chữa đợc bách bệnh nhng cần phải khẳng định là không thể lỡng lự hay chờ đợi, mà sẽ bỏ lỡ cơ hội, làm cho sự tụt hậu càng xa hơn nữa ứng dụng tin học trong ngành Điều khiển tàu biển chính

là nâng cao sự kết nối giữa lý thuyết và thực tế sản xuất

Sự ứng dụng của tin học trong tất cả các ngành nói chung và ngành vận tải biển nói riêng đã góp phần làm giảm biên chế, giảm nhẹ công việc nặng nhọc của thuyền viên trên tàu Đứng về mặt khai thác tàu thì điều này đồng nghĩa với việc giảm quĩ lơng thuyền viên, giảm chi phí phục vụ thuyền viên bao gồm chi phí về nhà ở, nơi sinh hoạt, lơng thực, thực phẩm, Thêm vào đó, khi tàu hành trình ngoài khơi, các sĩ quan hàng hải có điều kiện…tập trung hơn đến công tác cảnh giới, tránh va và theo dõi các thiết bị hàng hải khác đảm bảo dẫn tàu an toàn, cũng nh tính toán nhanh chóng, chính xác ổn định tàu, hàng hóa và các vấn đề liên quan đến công tác hàng hóa, cho những số liệu, thông tin tin cậy giúp ngời

sĩ quan tự tin trong công việc Trong quản lý, nó giúp các nhà quản lý lu trữ, quản lý một khối lợng đồ sộ theo một cách thức ngăn nắp, có tổ chức và hệ thống

Để đáp ứng yêu cầu này, trong chơng trình đào tạo kĩ s của trờng Đại học Hàng hải Việt Nam những năm gần đây đã đa vào một môn học mới, đó là môn “ Tin học ứng dụng

“ cho các ngành khác nhau trong đó có ngành Điều khiển tàu biển ( Từ năm 1998 )

Những bài toán trong ngành Điều khiển tàu biển có thể chia ra làm các loại sau:

 Các bài toám quản lí, bài toán về kế toán, thống kế

 Bài toán xếp dỡ

 Bài toán tính toán các thông số kĩ thuật

 Bài toán thông số và lập trình điều khiển

 Các chơng trình mô phỏngứng dụng tin học để giải quyết đợc các bài toán đợc những bài toán chuyên môn trong ngành Điều khiển tàu biển, thì cần tới các công cụ tin học mà cụ thể là:

 Các phần mềm quản lí, phần mềm kế toán

 Các phần mềm chuyên dụng: Excel, Matlab, AutoShip,

 Các ngôn ngữ lập trình: Pascan, C/C++, Delphi, VB, Java,…

 Các hệ quản trị CSDL: Foxpro, Access, SQL, Oracle,

Đ2 Giới thiệu những bài toán cơ bản

Địa văn hàng hải

Trong các ngành kỹ thuật nói chung và ngành vận tải biển nói chung đều có những bài toán những bài toán cơ bản, đặc thù riêng của mỗi ngành Trong ngành Hàng hải có thể phân thành hai bộ phận chính: đó là bộ phận quản lý, điều hành làm việc ở các Công

ty, và bộ phận thứ hai đó là những sĩ quan, thuyền viên trực tiếp làm việc khai thác trên các con tàu Do sự phân chia về mặt hành chính nh vậy cũng dẫn tới việc có thể phân chia những bài toán chuyên ngành thành hai nhóm

Nhóm thứ nhất phục vụ công tác quản lý, điều hành gồm các bài toán về quản lý, vận tải

Nhóm thứ hai phục vụ công tác trực tiếp dới tàu chủ yếu là các bài toán tính toán các thông số kỹ thuật, có thể có thêm các bài toán quản lý ở mức độ nhỏ

Để bổ sung cho hai nhóm bài toán cơ bản trên, do đặc thù của đào tạo và huyến luyện các cơ sở đào tạo và huấn luyện sĩ quan, thuyền viên còn có nhóm bài toán mô phỏng và lập trình điều khiển các thiết bị

ở mức độ đào tạo sĩ quan thuyền viên trực tiếp làm việc dới các con tàu và do thời ợng bố trí của môn học cũng nh phạm vi đề cập, phần bài giảng môn học chỉ giới thiệu các bài toán thuộc nhóm thứ hai: đó là những bài toán kỹ thuật cơ bản

l Các bài toán Địa văn ứng dụng cơ bản

- Các bài toán Thiên văn ứng dụng cơ bản

- Các bài toán phục vụ công tác điều động tàu

- Các bài toán phục vụ công tác xếp dỡ hàng hóa

ở cấp độ khác, để hiểu biết và giải quyết đợc những bài toán quản lý, kinh tế, mô phỏng đòi hỏi phải bổ sung thêm rất nhiều kiến thức hơn nữa về tin học cũng nh kiến thức về nhiều lĩnh vực liên quan khác

Tõ tam gi¸c A1O’O ta cã: c=d+2r hay d=c-2r

)

1(

1

1

k D RR

R R D R

D R

08,208

,208

145,1145

,1145

,

Trên các hải đồ đi biển tầm nhìn xa của các phao tiêu, hải đăng thờng đợc ghi sẵn

Đó là tầm nhìn xa ứng với độ cao mắt ngời quan sát là 5m hay 15feet

Vậy tầm nhìn xa thực tế của đèn biển là:

HD

HD

D ft ft

e D

D m m

e D

)(5)((08,2

Vì 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 d là góc lệch giữa kinh tuyến địa lý và kinh tuyến địa từ

dhh = dks n* ± Δd (1.3)

Trong đó:

dhh : Độ lệch địa từ năm hàng hải (độ lệch địa từ cần tính)

dks : Độ lệch địa từ năm khảo sát, thiết lập hải đồ

Δd: Độ biến thiên hàng năm

n : Hiệu số giữa năm hàng hải và năm khảo sát

Nếu kinh tuyến địa từ lệch về phía: -NE kinh tuyến địa lý thì d>0

-NW kinh tuyến địa lý thì d<0

Trên hải đồ độ lệch địa từ d đợc xác định bằng hoa địa từ gần tàu nhất:

Lu ý: chữ tăng hàng năm hay giảm hàng năm là nói về trị tuyệt đối của d Độ lệch

địa từ d phụ thuộc vào khu vực chạy tàu nên ta phải lấy ở hoa địa từ gần tàu nhất Tàu hành trình năm nào tính độ lệch địa từ năm ấy

2.2 Độ lệch la bàn từ.

2.1.1 Độ lệch riêng la bàn:

Vì la bàn từ đặt trên tàu, các cấu trúc sắt thép trên tàu phát sinh ra từ tr ờng thứ cấp làm lệch kim la bàn gây nên độ lệch riêng la bàn từ δ Độ lệch riêng la bàn δ là góc hợp bởi hớng N địa từ và hớng N la bàn

Nếu kim la bàn lệch về phía: E địa từ δ > 0

W địa từ δ <0Giá trị δ không phụ thuộc vào vị trí của tầu mà phụ thuộc vào hớng chạy tầu và loại tầu ở trên tàu ngời ta lập sẵn bảng độ lệch riêng la bàn từ theo từng hớng đi ở hai dạng: Bảng và đờng cong

2.1.2 Độ lệch la bàn:

Compass Error là góc hợp bởi hớng Bắc la bàn & hớng Bắc thật

∆ L = d +δ

∆ L: độ lệch la bàn: Compass Errord: độ lệch địa từ: Variation

IV/ Bài toán tính toán tốc độ tàu

V: Tốc độ chuyển động thật của tàu

V0: Tốc độ chuyển động của tàu so với mặt nớc tĩnh

Vn: Tốc độ dòng chảy

Tốc độ chuyển động của tàu phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Sức đẩy chân vịt, hình dáng vỏ tàu, kết cấu chân vịt, hà bám vỏ tàu Theo kinh nghiệm, sau 6 tháng kể từ khi xuống đà, tàu chạy ở khu vực ϕTB, do hà bám vỏ tàu, tốc độ giảm 5 ữ 10% ở vùng nhiệt

thay vào (1.7) ta có:

St1 = 2Vot1t2 – St2

n V o V

V  =  + 

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

Trong đó: t3 là khoảng thời gian giữa 2 lần cắt chập ở lợt chạy thứ ba.

V3 là vận tốc tàu trên phơng HT giữa 2 lần cắt chập ở lợt chạy thứ ba

1 3

c

c t t

V V

−

−

Sau khi biến đổi ta còn có công thức:

(1.14)

Nếu chạy tàu 4 lần ta dùng công thức:

(1.15)

2 1

2 12

) (

t t

t t S

Vo = +

2

) ( v1 v2

Vo +

=

;1

(4

1

3 2 1

3

3 2

2 1

t

S V t

S V t

S

Với

)3

3(8

1

4 3 2 1

V/ Đờng Locxo trên địa cầu

Trái Đất có hình Geoit Hình gần đúng nhất với geoit

là elipxoit xoay với các bán trục a và b Trong những

bài toán không yêu cầu độ chính xác đặc biệt cao, ta

có thể coi Trái Đất - elipxoit là địa cầu, với bán kính

R = a2b

Nếu chạy tàu với hớng không đổi, đờng tàu chạy

sẽ cắt tất cả những kinh tuyến dới cùng một góc

Đ-ờng cong ấy là đĐ-ờng xoắn ốc, tiệm cậnvới cực Trái

Đất nhng không qua cực và đợc gọi là đờng locxo

−+

−+

=

1

1 1

2 2

2 2

1

sin1

sin1)(

24(ln)sin1

sin1)(

24(

e

e tg

e

e tg

tgK

ϕ

ϕϕ

πϕ

ϕϕ

πλ

Trong đó: ϕ1, ϕ2 - Vĩ độ điểm đầu, điểm cuối trên đờng locxo

λ1, λ2- kinh độ điểm đầu, điểm cuối trên đờng locxo

e- độ lệch tâm của elipxoit, đợc tính theo hệ thức

2

2 2

2

a

b a

Stk

tk = + (1.18)

0

0 1

ST

5.1 Tính hớng và độ dài đờng Locxo

Đây là bài toàn đợc sử dụng nhiều trong hàng hải, khi coi quả đất là elipsoid, hớng HLX và

độ dài DLX của đờng Locxo đợc tính theo công thức sau:

(1.20)

DLX = 1(ϕ1- ϕ2)’ – (m1 - m2)’]sec HLX (hải lý chuẩn)

Trong đó: ε là tâm sai quả đất 0,0818133697

PN

K K

M1

M2 K

−

∆

=

245.sin.1

sin.11245.sin.1

sin.11180

2 0 2

2

2 2

0 2

2

ϕε

ϕε

ϕϕ

ε

ϕε

λπ

ε ε

tg n

tg n

artg

H LX

m1, m2 là các hệ số chuyển đổi với quả đất elipsoid và đợc tính theo các công thức.

1.cos'

.M

N

DLX

+ϕλ

3 2 2

2

)sin1

(

cos.aN

;)sin1

(

)1(aM

ϕε

−

ϕ

=ϕ

5.2 Vĩ độ tiến (Meridional Part)

Vĩ độ tiến đợc tính bằng hải lý xích đạo (chiều dài của 1/ cung xích đạo)

Vậy nếu 1mm tơng đơng 1’ cung xích đạo thì vĩ độ tiến của điểm C trên hải đồ Mercator

đơn giản là chiều dài tính bằng mm của đoạn CN1

CD = r∆λ (∆λ tính bằng Radian)

2 2

2sin )1

(

.cos

ϕ

λϕ

e

a CD

sin1)(

24(lg.ln

1.747,

e

e tg

e

D

ϕ

ϕϕ

π

+

−+

=

2

)sin1

sin1)(

24(.lg7045,

e

e tg

D

ϕ

ϕϕ

π

+

−+

Từ công thức này ngời ta thành lập bảng 26MT 53 - 63 – 75 đối số là ϕ tính vĩ độ tiến D Khoảng cách giữa 2 vĩ tuyến trên hải đồ Mercator đợc tính bằng hải lý xích đạo gọi

là hiệu vĩ độ tiến

HD = D2 – D1 (1.24)

Để đo hiệu vĩ độ và khoảng cách trên hải đồ Mercator ngời ta dùng đơn vị hải lý Mercator Hải lý Mercator là 1’ cung kinh tuyến ở vĩ độ đo trên hải đồ Mercator, nó chính

là hiệu vĩ độ tiến của 2 vĩ tuyến cách nhau 1’ và là một đại lợng biến đổi Càng xa xích

đạo, độ dài của 1hải lý Mercator trên hải đồ càng tăng Vì thế khi đo khoảng cách trên hải

đồ Mercator phải đo ứng với vĩ độ mà ta đang đo khoảng cách

VI/ Đờng OCTO

Trên mặt elipxoit, đoạn đờng ngắn nhất giữ a hai

điểm là đờng trắc địa, còn trên mặt cầu, đoạn ngắn nhất giữa hai điểm A(ϕ1,λ1) và B(ϕ2,λ2) chính là cung vòng lớn đi qua hai điểm A, B

đoạn là một dây cung có dạng đờng lốc xô

- Khi thao tác đờng chạy tàu giữa hai điểm A, B, việc đầu tiên chúngta phải cân nhắc

là chạy tàu theo phơng pháp cung vòng lớn Octo hay chỉ đơn thuần chạy theo đờng Locxo

Độ chênh lệch giữa quãng đờng Octo và Locxo

không chỉ phụ thuộc vào độ lớn quãng đờng

giữa hai điểm A, B mà còn phụ thuộc vào vĩ độ

chạy tàu Độ chênh lệch quãng đờng tăng theo

chiều tăng của vĩ độ chạy tàu và đạt lớn nhất

theo hớng Đông – Tây (Tây - Đông) Vì vậy, trong thực tế hàng hải, ngời ta đã ý thức đợc rằng bản thân đờng xĩch đạo và các đờng kinh tuyến chính là cung vòng lớn Nên khi đờng chạy tàu dọc theo xích đạo hoặc dọc theo các đờng kinh tuyến, ngời ta mặc nhiên thừa nhận đờng chạy tàu Locxo mà không cần tính toán cung vòng lớn.

- Gọi quãng đờng lôc xô là S

K K

Công thức thứ hai:

CosD = Sinϕ1Sinϕ2 + Cosϕ1Cosϕ2Cos(λ2 - λ1) (1.30)

D = arsCos[Sinϕ1Sinϕ2 + Cosϕ1Cosϕ2Cos(λ2 - λ1)] (1.31)

6.2.2 Tính h ớng đi đầu

Cotg Kđ= Cosϕ1tgϕ2Cosec (λ2 - λ1) - Sinϕ1cotg(λ2 - λ1) (1.32)

tgKđ = Sin(λ2 - λ1)/ (Cosϕ1tgϕ2 - Sinϕ1Cos(λ2 - λ1))

Kđ = arctg[Sin(λ2 - λ1)/ (Cosϕ1tgϕ2 - Sinϕ1Cos(λ2 - λ1))] (1.33)

6.2.3 H ớng đi cuối:

CotgKc = - Cosϕ2tgϕ1Cosec(λ2 - λ1) + Sinϕ2Cotg(λ2 - λ1) (1.34)

tgKc= Sin(λ2 - λ1)/ (Sinϕ2 Cos(λ2 - λ1) - Cosϕ2tgϕ1)

Kc=arctg[ Sin(λ2 - λ1)/ (Sinϕ2 Cos(λ2 - λ1) - Cosϕ2tgϕ1)] (1.35)

6.2.4 Tính toạ độ giao điểm O(0, λ 0)

Ta có

Biến đổi công thức lợng giác ta đợc

λ0 = ((λ2 + λ1)/2) – arctg[(tg((λ2 - λ1)/2)Sin(ϕ2+ϕ1)) / Sin(ϕ2-ϕ1) ] (1.38)

K0 = arctg[Sin(λ2 - λ1)/tgϕ1] (1.40)

6.2.5 Xác định toạ độ điểm Vectex ϕ V, V:λ

- Xét tam giác cầu vuông AVPN hoặc BVPN

cos [90 – (90 - ϕV)]= sinKđ sin(90 - ϕ1) (1.41)

Tơng tự ta tính đợc: cosϕV = sinKc cosϕ2

- Xét tam giác cầu vuông AVPN:

cos(90 - ϕ1) = cotg Kđ cotg (λV -λ1) (1.43)

6.3 Hàng hải cung vòng lớn bằng phơng pháp chia điểm dựa vào toạ độ điểm Vectech.

Giả sử chạy tàu theo cung vòng lớn từ A đến B Ta biết bất kỳ một cung vòng lớn nào cũng sẽ có một điểm đạt vĩ độ cao nhất (gần cực nhất) Tại đó,

kinh tuyến đi qua nó sẽ vuông góc với cung vòng lớn, điểm đó

gọi là điểm Vectếch V(ϕV, λV)

6.3.1 Xác định toạ độ điểm trung gian M(ϕ M , λM )

λM = λV± θ (dấu (+) khi λM ở phía E so với λV, (-) khi

cos θ = cotg(90 - ϕM ) cotgϕV (1.48)

α0: giá trị thay đổi hớng đi

d: quãng đờng lôcxô trên mỗi đoạn chia

d = D/ n

6.3.2 Xác định h ớng đi trung gian K M

Tam giác vuông MVPN

cosKM = sinθ sin(- 90 + ϕV) = sinθ sinϕV (1.50)

Vậy hàng hải cung vòng lớn bằng phơng pháp chia điểm bằng Vectếch ta làm nh sau:+ Đầu tiên phải xác định toạ độ điểm Vectếch

+ Sau đó tìm toạ độ điểm trung gian M (thờng xác định λM thuận lợi hơn)

Ngoài 2 phơng pháp hàng hải cung vòng lớn nêu trên ta có thể sử dụng hải đồ grômônic để xác định toạ độ điểm trung gian sau đó chuyển lên hải đồ Mecator cho ta đ-ờng chạy tàu ôctô

6.4 Tính tọa độ điểm trung gian M bằng cách cho trớc λM

Ta có :

tgϕM = cotgK0Sin(λM - λ0) (1.51)

ϕM = arctg[Sin(λM - λ0)/tgK0] (1.52)

Tơng ứng với một giá trị λM cho trớc thay vào công thức ta tính đợc giá trị ϕM

VII/ Bài toán tính số hiệu chỉnh Octo

7.1 Khái niệm:

Phơng vị VTĐ là góc hợp bởi phần bắc của mặt phẳng kinh tuyến thật và mặt phẳng chứa phơng truyền sóng thực của đài phát Trên hải đồ Mercator, đờng phơng vị VTĐ có dạng đờng cong bề lồi quay về cực gần nhất

Trên hình vẽ R là vị trí trạm phát, K là vị trí thật của ngời quan sát

Từ K đo phơng vị đến trạm phát đợc PRT, nếu từ R ta thao tác PRTN thì đờng phơng vị

đó không đi qua K mà đi qua K1 cách một

đoạn KK1 Muốn cho PRTN đi qua K ta phải hiệu chỉnh một góc ψ gọi là số hiệu chỉnh octo ψ

Số hiệu chỉnh octo ψ là lợng hiệu chỉnh độ cong của cung vòng lớn trên hải đồ Mercator

Lấy A ≡ K; B ≡ R Xét tam giác cầu PKR, áp dụng hệ thức Nepper trong tam giác thờng:

nt

pt prt

k

K1

Hình 7.12

pn

∆λ

ϕ1

ϕ2a

b

â

b

Hình 1.9

90()90[(

cos

2

)90

()90

[(

cos

0 0

0 0

λϕ

B A

Biến đổi ta đợc:

tg 2

A

B−

2cos

λϕϕ

Đây là công thức chính xác để tính góc thâu liễm kinh tuyến γ dựa vào tọa độ của K và R

đã biết Trong thực tế thờng ∆λ, Hϕ nhỏ nên ta có thể coi:

A

ϕ

2

cos24

2sin

1

Hϕ2) (1.55)

Công thức của Kavraxki:

3

2 => ϕ1≈ 350

VËy nÕu ϕ1 < 350 ta sö dông c«ng thøc thø hai v× 3cos2ϕ1-1 > 1

2

HD HD

2

HD HD

+ sin ϕTB cos2ϕTB ) arc10.∆λ +

ợc thành phần thứ 2 của công thức Cộng chúng lại ta có ψ0 Sau khi tính đợc ψ ta xét dấu

nh trên

VIII/ Dự đoán thuỷ triều

7.1 Các thuật ngữ dùng trong dự đoán thuỷ triều

+ Số 0 hải đồ (Chart Datum): độ sâu ghi trên hải đồ đợc tính từ đáy biển đến số 0 độ sâu ( số không hải đồ) Số 0 hải đồ đợc quy định tuỳ theo các quốc gia khác nhau Thông thờng, nó đợc tính từ đáy biển đến mức nớc thấp nhất trong quan sát nhiều năm

+ Mức nớc cho trong bảng thuỷ triều đợc tính từ số 0 hải đồ tới mặt nớc biển

+ Mức nớc trung bình: là mức nớc trong khoảng thời gian 18.6 năm Với khoảng thời gian đó, tất cả sự bất đẳng của thuỷ triều đợc lặp lại

+ Mức nớc thực tế: htt = ht.tr + hhđồ

ht.tr: mức nớc thuỷ triều triều trong bảng thuỷ triều

hhđồ: mức nớc tra trên hải đồ

+ Mức nớc lớn: mNL (Hight Water Height): là mức nớc cao nhất đợc tính từ số 0 hải

đồ đến khi nớc không dâng lên đợc nữa trong 1 con nớc

+ Mức nớc ròng: mNR (Low Water Height): là mức nớc thấp nhất đợc tính từ số 0 hải đồ đến khi nớc không xuống đợc nữa trong 1 con nớc

+ Giờ (thời gian) nớc lớn: gNL (Hight Water Time) là thời điểm ứng với thuỷ triều có mNL

+ Giờ (thời gian) nớc ròng: gNR (Low Water Time) là thời điểm ứng với thuỷ triều

có mNR

+ Độ cao thuỷ triều (biên độ triều – Range): là khoảng cách thẳng đứng đợc tính từ mức nớc ròng đến mNL

B = mNL - mNR

+ Thời gian thuỷ triều: TgTT (Duration):

Là khoảng thời gian từ mực nớc lớn đến mực

n-ớc ròng

TgTT = gNL - gNR+ Giờ thuỷ triều: gTT = 1/6 TgTT+ Chu kỳ thuỷ triều: là khoảng thời gian giữa 2 lần nớc lớn và 2 lần nớc ròng

+ Chân hoa tiêu (Under Keel Clearance – UKC): là khoảng cách tối thiểu đợc tính

từ ky tàu đến đáy biển để đảm bảo an toàn cho tàu khi hàng hải trong trờng hợp ra vào cảng, đặc biệt là khi có sóng, gió

7.2/ Sử dụng lịch thuỷ triều Việt Nam

7.2.1 Giới thiệu:

Lịch thủy triều Việt Nam đợc lập thành 3 bảng:

Bảng 1: Các cảng phía Bắc từ Cửa Ông tới Cửa Tùng.

Bảng 2: Các cảng phía nam từ Đà nẵng đến Thuận Hải.

Bảng 3: Giới thiệu thuỷ triều các cảng một số nớc Đông Nam á nh Campuchia, Thái Lan.

Cấu tạo mỗi bảng cho biết mức thuỷ triều từng giờ ở các cảng chính

- Đối với các cảng phụ: để tìm giờ và độ cao thuỷ triều ta tra ở bảng phụ 2, bảng phụ

3 cho ở cuối lịch thuỷ triều

- Các bài toán mẫu về thuỷ triều đợc giải ở cuối lịch thuỷ triều

7.2.2 Dự đoán thuỷ triều theo quy tắc 1/12:

- Thời gian thuỷ triều tính 6 giờ

Giờ 1: biến thiên 1/12 B

Giờ 2: biến thiên 2/12 B.

Giờ 3: biến thiên 3/12 B

Giờ 4: biến thiên 3/12 B

Giờ 5: biến thiên 2/12 B

Giờ 6: biến thiên 1/12 B

Sử dụng lịch thuỷ triều Anh.

Lịch thủy triều Anh (British Admiralty Tide Table) đợc xuất bản bởi cơ quan khí

t-ợng thuỷ văn của Hải quân Anh, là một tài liệu đợc xuất bản hàng năm thành 4 tập

+ Tập 1: là thuỷ triều các cảng của Vơng quốc Anh

+ Tập 2: gồm thuỷ triều các vùng biển Châu âu, bờ Địa Trung Hải và Đại Tây Dơng.+ Tập 3: gồm ấn Độ Dơng và biển Nam Trung Hoa (biển Đông)

+ Tập 4: gồm vùng Thái Bình Dơng và các biển phụ cận

Hình 1.11 Sơ đồ các các khu vực trong 4 tập lịch thủy triều Anh.

Mỗi tập đợc cấu tạo thành 5 phần:

+ Phần 1: Cho dự báo thuỷ triều về thời gian và độ cao của cảng chính (danh sách các cảng chính đựơc cho theo thứ tự A, B, C ở mặt sau của bìa trớc)

+ Phần 1A: Dự báo các dòng thuỷ triều tại các cảng địa phơng

+ Phần 2: Cho dự báo các cảng phụ, hiệu chỉnh thời gian và độ cao của cảng phụ theo cảng chính

+ Phần 3: Hằng số điều hoà để dự báo thuỷ triều theo phơng pháp NP 159

+ Phần 3A: Hằng số điều hoà của dòng thuỷ triều theo phơng pháp NP 159

Sau đây ta nghiên cứu các bài toán điển hình về dự đoán thủy triều theo lịch thủy triều Anh, đợc chia thành các bài toán sau:

Bài 1: Bài toán tìm thời gian và độ cao NL, NR của cảng chính.

Thời gian và độ cao nớc lớn, nớc ròng tại các cảng chính đợc lập thành bảng cho từng ngày trong năm Giờ múi sử dụng cho thời gian ghi trong lịch thờng là giờ chuẩn của khu vực và đợc cho trên đầu của mỗi trang Cần thận trọng và chắc chắn rằng giờ địa phơng tại thời điểm ta dự đoán thuỷ triều phù hợp với giờ múi cho trong lịch nói trên, và phải hiệu chỉnh thời gian nếu có sự chênh lệch Phải hết sức lu ý đối với những cảng mà giờ chuẩn thờng có sự thay đổi trong năm

Các giá trị độ cao thủy triều đợc cho bằng mét tính đến số không hải đồ của cảng

đang xét

Bài 2: Bài toán tìm thời gian và độ cao NL, NR của cảng phụ theo cảng chính.

+ Standard Port: tên cảng chính tìm theo số thứ tự trong bảng thuỷ triều (cuối lịch)

+ Đối số tra bảng của của các cảng chính là ngày, tháng, cho biết giờ múi, vĩ độ, kinh

độ, gNL, gNR, mNL, mNR

+ Secondary Port: tên cảng phụ, tìm ở cuối lịch thuỷ triều (phần 2), cho biết cảng phụ thuộc cảng chính nào, vĩ độ, kinh độ, lợng chênh lệch thời gian, độ cao của cảng phụ theo cảng chính

MHHW (Mean High Height Water): độ cao nớc lớn ở thời kỳ sóc vọng

MLHW (Mean Low Hight Water): độ cao nớc lớn ở thời kỳ trực thế

MHLW (Mean Hight Low Water): độ cao nớc ròng ở thời kỳ sóc vọng

MLLW (Mean Low Low Water): độ cao nớc ròng ở thời kỳ trực thế

Thời gian NL, NR của cảng phụ thu đợc bằng cách hiệu chỉnh thời gian NL, NR của một cảng chính phù hợp cho trong phần 2 (Part II) với lợng hiệu chỉnh thời gian đã đợc cho tơng ứng trong đó Tên cảng chính đợc chọn đợc in đậm trên đầu nhóm cảng phụ của cảng chính ấy trong phần 2 Giờ múi của khu vực cũng đợc cho trên đầu của cột hiệu chỉnh thời gian

Độ cao (mức) NL, NR của cảng phụ thu đợc bằng cách hiệu chỉnh độ cao NL, NR

t-ơng ứng của cảng chính Tại những nơi có chế độ bán nhật triều, lợng hiệu chỉnh độ cao

NL, NR cảng phụ theo cảng chính (diffrences) đợc cho theo mức nớc trung bình thời kỳ sóc vọng (Mean Spring, Mean Neap) ở cảng chính Tại những nơi có chế độ nhật triều, l-ợng hiệu chỉnh đợc cho theo Mean Higher and Mean Lower, High and Low Water Trong mỗi trờng hợp, sự thay đổi của lợng hiệu chỉnh độ cao NL, NR cảng phụ theo cảng chính

đợc coi là phụ thuộc tuyến tính vào độ cao thuỷ triều cảng chính, trừ khi có ghi chú cụ thể trong phần 2

Cần chú ý rằng lợng hiệu chỉnh độ cao thuỷ triều theo mùa (seasonal changes) phải

đợc tính đến, và nó có thể khác nhau giữa cảng chính và cảng phụ Lu ý đến dấu của đại ợng này Khi không có giá trị nào đợc in thì có nghĩa là lợng hiệu chỉnh độ cao thuỷ triều theo mùa nhỏ hơn 0,1m và nó đợc bỏ qua Sự chênh lệch về số không hải đồ giữa cảng chính và cảng phụ nếu có cũng sẽ đợc hiệu chỉnh vì số 0 hải đồ cảng phụ cũng đợc cho trong phần 2, cột ngoài cùng bên phải

l-Tại những cảng nào độ chênh lệch về thời gian NL, NR đợc thay thế bằng chữ “p” thì

có nghĩa là không có cảng chính tơng ứng với nó và dự đoán thuỷ triều cho các cảng nhvậy chỉ có thể thực hiện theo phơng pháp hằng số điều hoà (NP 159)

Bài 3: Bài toán tìm độ cao thủy triều tại những thời điểm giữa thời gian NL, thời gian NR; tìm thời gian mà thủy triều đạt độ cao cho trớc.

Đờng cong chuẩn cho trong lịch thủy triều ở trang xvii thể hiện yếu tố biên độ thủy triều tại những khoảng thời gian ứng với nớc lớn, ta có thể vẽ những đờng cong ứng với thời gian thủy triều từ 5 đến 7 giờ bằng cách nội suy Bài toán dựa trên nguyên lý là sự thay đổi của thủy triều xấp xỉ đờng cong cosin

Những đờng cong đó cho kết quả tơng đối chính xác, với điều kiện phải tuân thủ những điều sau:

Thời gian thuỷ triều của triều dâng hay triều rút phải nằm trong phạm vi 5 đến 7 giờ.Không có lợng hiệu chỉnh nớc nông (f4, F4, f6 và F6) cho trong phần 3

Nếu một trong hai điều kiện trên không thoả mãn, độ cao thuỷ triều tại các thời điểm trung gian phải đợc tính bằng phơng pháp hằng số điều hoà NP 159

Trên trang xviii hớng dẫn cách tính bằng máy tính bỏ túi và phơng pháp hằng số điều hoà NP 159

Các ví dụ cụ thể đợc trình bày theo theo các mẫu bài dự đoán thuỷ triều nêu trên ở phần đầu lịch thủy triều Anh, ở phần cuối lịch là các bảng (form) in sẵn phục vụ cho việc

dự đoán thuỷ triều theo bài tập mẫu

Đ3 Các bài toán thiên văn

đợc ứng dụng hiện nay trong hàng hải

Để giải các bài toán thiên văn trong hàng hải về thời gian, về việc xác định số hiệu chính la bàn và vị trí tàu biển.v.v chúng ta phải tiến hành theo thứ tự một loạt bài toán cơ bản Theo ý nghĩa sử dụng và trình tự bài toán, ta có thể phân loại chúng thành 4 bài toán cơ bản sau đây:

1 Bài toán cơ bản về thời gian

2 Các bài toán lịch thiên văn

3 Bài toán tính độ cao và phơng vị của thiên thể (bài toán chuyển đổi hệ tọa độ)

4 Bài toán hiệu chỉnh độ cao của thiên thể

Dới đây là các dạng bài toán cơ bản trên và các phơng pháp giải nó từ trớc đến nay:

I/ Các bài toán cơ bản về thời gian:

Trong thiên văn nói chung và thiên văn hàng hải nói riêng, các bài toán cơ bản về thời gian đợc định nghĩa là các bài toán liên quan đến thời gian, các bài toán chuyển đổi giờ trung bình sang giờ sao và ngợc lại, các bài toán chuyển đổi giữa giờ trung bình thế giới sang giờ trung bình địa phơng hay giờ múi v.v và ngợc lại

Các bài toán đó là:

1.1 Các bài toán cơ bản của thời gian:

Từ lý thuyết cơ bản của thiên văn chúng Ta đã có công thức:

Trong đó S là giờ sao, hay còn gọi là giờ góc của điểm Xuân phân γ (GHAγ, LHAγ),

t là góc giờ của thiên thể (GHA*, hay LHA*) còn α là xích kinh (SA*) của thiên thể

Từ công thức (1.1) ta có công thức tính góc giờ của thiên thể thông qua giờ sao:

GHA* (LHA*) = GHAγ - SA

Hay t = S + τ

GHA* (LHA*) = GHAγ (LHAγ) + SHA (1.61)

Trong đó: (SHA) là xích kich nghịch của thiên thể

Công thức của ph ơng trình thời gian.

Thời sai η đợc định nghĩa là hiệu số giữa giờ trung bình và giờ mặt trời thật:

Trong đó ngời ta chứng minh: thời gian đợc xác định theo công thức (1.63), thông qua kinh độ hoàng đạo của mặt trời thật nh sau:

η = 7.7m *Sin (78+λℑ) - 9,5m * Sin (2λℑ) (1.63)

Công thức liên hệ giữa giờ trung bình và giờ sao:

Với T là giờ trung bình α⊗ là xích kinh của giờ trung bình

Các bài toán chuyển đổi giờ trung bình

+ Quy đổi các giá trị đo thời gian về cùng một đơn vị giờ và phần 10 của giờ:

GMT = GMTh + GMTm/60 + GMTs/3600 LMT = LMTh + LMTm/60 + LMTs/3600 (1.69)+ Quy đổi các giá trị đo góc về đơn vị độ và phần 10 của độ:

(ở đây phần đây góc('') đợc đa về phần mời của phút góc)

+ Từ đó ta dễ dàng có bài toán chuyển đổi từ giờ phút giây sang độ và phần 10 của

độ và bài toán ngợc lại

Các phép tính nh thế này rất thuận tiện trong việc lập các chơng trình trên mát tính,

điều này cho phép ra lập các số liệu vào nh số liệu thực tế, và rồi máy tính sẽ tự chuyển

đổi về một đơn vị thống nhất trong một quá trình tính toán

II/ Các bài toán về lịch thiên văn

Theo lý thuyết thiên văn học thì chúng ta có thể xác định đợc mọi vị trí của thiên văn trên thiên cầu tại bất cứ một thời điểm nào đó, khi biết chính xác xác yếu tố ban đầu của quỹ đạo chuyển động của chúng Trong thực tế bài toán này chỉ đợc giải cho các hành tinh trong hệ mặt trời Đối với thiên văn hàng hải, nó đợc giải cho Mặt Trời, Mặt Trăng và 4 hành tinh: Kim, Hỏa, Thổ, Mộc, còn cho các định tinh thì đợc giải qua điểm Xuân phân (Aries γ).

Để xây dựng lịch thiên hàng hải cho bài toán tính tọa độ các thiên thể, ngời ta dựa vào công thức cơ bản của thời gian:

S = t + α (giờ sao chính bằng góc giờ của thiên thể cộng với xích kinh của nó)

Theo các yếu tố của quỹ đạo ngời ta tính đợc giá trị α và S, từ đó tính giờ góc t và tiếp theo, đồng thời tính giá trị xích vĩ của thiên thể đó

2.1 Bài toán tính góc giờ và xích vĩ của mặt trời và các hành tinh trong hệ mặt trời.

Trên hình vẽ chúng ta dễ dàng nhận thấy góc giờ và xích vĩ của mặt trời đợc tính nếu biết tọa độ của điểm cận nhật (Perigee point), điểm đợc chọn là bắt đầu của năm, và các hệ

số bất thờng M, Mo Hệ số M đợc gọi là hệ số bất thờng của Mặt trời (Sun's mean anomaly) và giá trị của nó

Sau khi tính đợc kinh độ hoàng đạo của mặt trời thông qua phơng trình cân bằng tâm (the equation center):

Bảng 1: Tính giá trị Mo, Pe

M0 (Mean anomaly on day 0 - Trị số nhiễu loạn trung

bình ở ngày mốc 0) Pe (Kinh độ của điểm cận nhật)

Và Sin Dec = 0o.3978 * SinLo (sinδ = sinε.simLo) (1.76)

Theo công thức (1.75) để tính GHA ta cần lu ý: là giá trị lo và Arctg (Cosε*tgLo) phải cùng giá trị ở trong cung 1/4 (quadrant) của hàm lợng giác Còn giá trị Dec (xích vĩ Mặt trời)nếu có dấu cộng thì có nghĩa là xích vĩ bắc, dấu trừ - xích vĩ nam

Độ chính xác của GHA (tG), và Dec (δ) của Mặt trời tính theo công thức này là: ±

0.3'

Tơng tự nh vậy đối với các hành tinh khác trong hệ Mặt trời Nếu biết đợc giá trị ban đầu của nó, ta sẽ dễ dàng tính đợc góc giờ và xích vĩ của chúng tại bất kỳ một thời

điểm nào đó trong năm

Bảng 2: tính số ngày của năm – DOY

Non = Leap Year

2.2 Bài toán tính góc giờ thế giới của điểm Xuân phân:

Tại bất cứ thời điểm nào cho đến năm 2000, ta đều có thể tính GHAγ theo công thức sau:

GHAγ =C + 0o.98564 (DOY + GMT/24) + (15*GMT) (1.77)

Trong đó C là hằng số đặc biệt của năm, đợc cho trong bảng 3, theo dõi số là năm

từ 1980 cho đến 1999, với độ chính xác đến ± 0.3'

2.3 Bài toán tính góc giờ thế giới và xích vĩ của các vì sao:

Ta đã có công thức tính GHA* qua công thức cơ bản của thời gian là:

Cùng với Dec, SHA của các ngôi sao hàng hải đợc cho trong bảng 4, cho năm 1980 theo đối số là tên sao và cùng các giá trị thay đổi hàng năm (Annual change), ở tại

nămquan sát (nn) nó đợc tính theo công thức (1.79)

sau: SHA = SHA o + (NN+DPY - 1980)*DELTA XK

Dec = Dec o +(NN + DPY - 1980)* DELTA XV (1.80)

Trong đó SHAo, Deco là giá trị tại năm 1990, còn DPY (Decimal part of year) phần mời của năm quan sát, đợc lấy từ bảng 4 theo ngày, tháng, năm quan sát

12 Dec 13 Dec to31 Dec

Còn Deltaxk, Deltaxv là các giá trị Annual change (giá trị thay đổi của xích kinh, xích vĩ của các ngôi sao theo từng năm, kể cả năm 1980)

2.4 Bài toán tính giờ đi tới các điểm đặc biệt của thiên thể:

Đặc điểm của dạng bài toán này, thờng đợc ứng dụng trong hàng hải là: bài toán xác định giờ qua kinh tuyến, và giờ mọc lặn hay hoàng hôn, bình minh của Mặt trời

Ta lần lợt xét từng bài toán đó ở dới đây:

2.4.1 Bài toán xác định giờ qua kinh tuyến của mặt trời.

Từ công thức tính giờ sai ta đã có biểu thức tính giá trị sai khác giữa giờ trung bình

Theo công thức (1.82) ta thấy nếu đợc giá trị η thì ta dễ dàng tính đợc TK,

η = 7.7m* Sin (780 + Lo) - 9m.5* Sin (2Lo) (1.83)

Lo = M + (1.9160*SinM)+(0.002 * Sin2M) - (Pe+ 180) (1.84)

2.4.2 Bài toán tính giờ quan sátc các vì sao hay giờ mọc lặn, bình minh hoàng hôn của mặt trời.

Giải tam giác cầu thị sai PZC của thiên thể theo công thức cosin cạnh của cạnh ZC

= (90o - h) ta thu đợc biểu thức (1.85)

Cos tTD = (SinHo -Sin Lat *SinDec)/(Cos Lat * Cos Dec) (1.85)

ở đây: - tTD là góc giờ thực dụng của mặt trời

- H là độ cao của mặt trời ở vị trí của hiện tợng, tại một số vị trí đặc biệt nó có giá trị đợc xác định là:

- Lat vĩ độ dự đoán của ngời quan sát (ϕc) lúc xảy ra hiện tợng và đợc lấy từ hải đồ

- Dec là xích vĩ của mặt trời (δ) tại thời điểm ta đang tính

Từ đây ta có thứ tự các bớc tiến hành của bài toán nh sau:

1 Bớc1: Xác định gần đúng giờ sẽ xảy ra hiện tợng (Tìm E.T-Estimate Time)

2 Bớc 2: Theo ET, lấy vị trí dự đoán MC (ϕC, γC) từ hải đồ, đồng thời tính:

GMT = ET - Round (Lc/15)

3 Bớc 3: Theo các công thức tính GHA và Dec của mặt trời

4 Bớc 4: Tính góc giờ thực dụng tTD tại thời điểm sẽ xảy ra hiện tợng, và chuyển

đổi sang góc giờ phía tây (w):

- Buổi sáng: (ET < 12h) thì tw = 360o - tTD

- Buổi chiều: (ET > 12h) thì tw = tTD

5 Bớc 5: Tính hiệu số giữa góc giờ vừa tính (tw) với GHA tại thời điểm dự tính sẽ xảy ta hiện tợng và quy đổi ra đơn vị thời gian (giờ, phút, giây)

6 Bớc 6: Tính LMT (giờ địa phơng lúc xảy ra hiện tợng)

LMT = ET + (tw - GHA)

và giờ tàu (giờ múi) lúc xảy ra hiện tợng:

ZT = LMT ± LcE ± Round (Lc/15)Ew

2.4.3 Bài toán nhận dạng các vì sao và các hành tinh (Star and Planet

Identification.

Trong những trờng hợp đặc biệt do thời tiết xấu, mây che phủ bầu trời, chúng ta không thể nhận dạng chính xác các vì sao Tuy nhiên trong trờng hợp này chúng ta vẫn có thể tiến hành quan sát đo độ cao và phơng vị của ngôi sao xuất hiện, rồi qua tính toán hoặc lập bầu trời sao để dạng (xác định tên của ngôi sao hay hành tinh vừa quan sát đó) Bài toán đợc tiến hành nh sau:

1 Bớc 1: Vào thời điểm quan sát, nếu ta thấy xuất hiện ngôi sao tatiến hành đo độ cao, phơng vị và ghi giờ thời kế (Ch Time)

2 Bớc 2:Theo công thức(1.87) tính xích vĩ của ngôi sao;

SinDec = SinLat * SinH +CosLat * CosH* CosAc (1.87)

Trong đó Lat vĩ độ dự đoán lúc quan sát, đợc lấy dấu cộng (+) nếu vĩ độ Bắc, dấu trừ (-) cho vĩ độ Nam

Kết quả nếu ta thu đợc SinDec có giá trị âm (-), thì xích vĩ ngôi sao mang tên Nam (South), còn giá trị dơng (+), xích vĩ mang tên Bắc(North)

3 Bớc 3: Theo công thức (1.88) tính góc giờ của ngôi sao

CosDec CosLat

SinDec SinLat

SinH Cost w

6 Bớc 6: Theo SHA và Dec vừa tìm đợc tra vào bảng Sao tìm tên của ngôi sao vừa quan sát Trờng hợp không có ngôi sao nào có giá trị gần đúng, thì ta vào bảng tình hình nhìn thấy các hành tinh trong năm, ở trong LTV để tìm tên của hành tinh vừa quan sát Nếu cũng không thể tìm đợc tên của hành tinh nào thì có thể bài toán ta đã làm sai, hoặc kết quả quan sát không chính xác, cần tính toán hoặc quan sát lại.

III/ Bài toán tính độ cao và phơng vị dự đoán của thiên thể:

Khi giải tam giác cầu dự đoán (hay tam giác cầu vị trí của thiên thể) chúng ta đã rút

đợc 3 hệ công thức cơ bản để tính Ac và Hc của thiên thể là:

+ Hệ công thức Sin (hệ công thức thứ nhất)

Sin Hc = SinLat*SinDec +CosLat * CosDec * CosLHA

Trong hệ công thức này đôi khi công thức SinAc đợc thay bằng công thức CotgAc.Ctg Ac = tg Dec * CosLat * CosecLHA - SinLat * Cotg LHA (1.90)

để có độ chính xác cao hơn, đồng thời đơn giản hơn trong việc xét dấu và xác định tên của phơng vị

+ Hệ công thức sin2 (hệ công thức thứ 2): đây là hệ công thức thu đợc từ việc biến

đổi hàm sin Hc = sin (900 - Z)= 1-2sin2

2

Z

và kết quả ta thu đợc hệ (1.91)

2sin

*cos

*cos)2(sin)2

90

(

Dec Lat

Dec Lat

Sử dụng hệ công thức này ta cần lu ý là giá trị của:

X =arctg (tgDec * Sec LHA)

đợc xác định tuỳ thuộc vào giá trị của góc giờ của thiên th (LHA*):

- Nếu LHA < 90o thì X < 90o

- Nếu LHA > 90o thì X > 90o

Theo các hệ công thức (1.89),(1.91),(1.92) trên ngời ta đã sáng lập sẵn các bảng toán để tính sẵn các giá trị của Ac và Hc theo3 đối số Lat (ϕ) Dec (δ) và LHA (tL) Tùy theo việc sử dụng, hệ công thức nào ngời ta lập ra các bảng toán tơng ứng ứng khác nhau, nhằm tạo thuận tiện cho ngời sử dụng, gọi là các bảng toán chuyên dụng

Nhợc điểm của các loại bảng toán này là cồng kềnh, mỗi tập chỉ dùng đợc cho một vùng vĩ độ mà thôi Mặt khác nó đòi hỏi thời gian tính toán lâu trong khi tính toán dễ bị nhầm lẫn, và điều cơ bản là độ chính xác không cao vì việc làm tròn số trong khi thành lập bảng

IV/ Bài toán hiệu chỉnh độ cao của thiên thể

Do có sai số trong dụng cụ đo (sai số của sextant), do các hiện tợng khúc xạ ánh sáng trong không khí, do việc quan sát thiên thể không tiến hành tại một điểm bất kỳ trên

bề mặt trái đất, trong khi đó độ cao lại đợc định nghĩa từ tâm của thiên cầu và cuối cùng

đối với thiên thể có bán kính nhìn thấy việc đo độ cao đợc tiến hành bằng việc làm tiếp xúc mép nhìn thấy của nó với đờng chân trời nhìn thấy, mà độ cao thật của nó đợc xác

định theo công thức sau (1.94)

Hs = OC + i + s - d - R + PA ± SD (1.95)

Trong đó: OC là số đọc trên sextant

OCd: là phần nguyên độ đọc trên sextant

OCp: là số phút và phần mời phút đọc trên sextant

* i + s = ii là sai số dụng cụ (S) và sai số vạch chuẩn (i) của sextant, đợc xác định từ

hồ sơ (S) và từ các quan sát của ngời sử dụng (sai số vạch chuẩn i), ii đợc tính bằng phút góc

* d là độ nghiêng chân trời (Dip of horizon) d = 000239 he với he là độ cao mắt

ngời quan sát đợc tính bằng Mét)

* R là góc khúc xạ thiên văn, và bằng: R = f Ro với Ro là khúc xạ thiên văn ở điều kiện chuẩn, t = 100c và P = 1010mb

)4'

4

31.7(

1

*01670

++

=

H H tg

Ro o

(1.97)

28.0

Trong thực tế từ trớc tới nay ngời ta tính các giá trị độ cao đo bằng các bảng hiệu chỉnh độ cao riêng Các bảng này đợc tính cụ thể cho từng thiên thể riêng (cho Mặt trời, Mặt trăng cho các ngôi sao và các hành tinh) Đối với các ngôi sao và hành tinh:

sở giải tam giác cầu thiên văn vị trí PZC ( chứa thiên cực P, thiên đỉnh ngời quan sát và vị trí của thiên thể), vì vậy nó còn đợc gọi là phơng vị tính toán và thờng đợc ký hiệu là Ac hay Zn

Tùy thuộc vào việc lựa chọn biểu thức nào trong khi giải tam giác cầu để tính Ac

mà ngời ta có các phơng pháp xác định số hiệu chính la bàn trên biển bằng các quan sát thiên văn

Các phơng pháp là:

5.1.1 Ph ơng pháp giờ hay còn gọi là ph ơng pháp chung

Theo phơng pháp này ngời ta sử dụng công thức ctg Ac của 4 yếu tố liên tiếp để tính phơng vị của thiên thể:

Ctg Ac = tg(Dec) Cos(Lat)/Sin (LHA) -SIn (LAT) Ctg (LHA) (1.102)

và đợc biến đổi dới dạng công thức cuối cùng cho đơn giản trong việc đổi phơng vị ra nguyên vòng để vẽ trên hải đồ hoặc trên giấy là:

SinDec Lat

Cos Dec

Cos Lat Sin LHA Cos

Dec Cos LHA Sin Ac

tg

)

()

(

*)(

*)(

)(

*)()

*)()(

1

*)(

1

*)()

Ho Cos Lat Cos Dec Sin Ac

Biến đổi công thức này đôi chút ta thu đợc biểu thức cuối cùng để tính Ac theo công thức cosine là:

)(

*)(

)(

*)()()(

Ho Cos Lat Cos

Ho Sin Lat Sin Dec Sin Ac

(1.104)Phơng pháp này đợc gọi là phơng pháp độ cao vì cùng với việc đo PL tới thiên thể

ta phải đo độ cao Ho, thay cho việc ghi giờ thời kế

Dùng phơng pháp này có u điểm là: nó luôn cho ta giá trị phơng vị Ac đợc tính từ

điểm Bắc thật (true North) Quy tắc để chuyển đổi phơng vị khi sử dụng công thức cosine

Ac này là, ở bất kỳ vĩ độ quan sát nào (Bắc hay Nam) nếu:

+ LHA < 1800 thì Anv = 360o - Ac, còn

+ LHA > 1800 thì Anv = Ac

Nhợc điểm của phơng pháp này là cùng một lúc ta phải tiến hành đo phơng vị PL

và độ Ho tới điểm thiên thể Trong thực tế ngời ta áp dụng phơng pháp này khi quan sát mặt trời mọc lặn thật (Ho = 0), hoặc lúc mọc lặn nhìn thấy (ta tính trớc đợc Ho) Hoặc trong trờng hợp chung khi ngời ta dùng công thức Sin để tính Hc thay cho độ cao đo Hc, từ các yếu tố Lat, Dec và LHA đợc tính từ hải đồ lịch thiên văn theo giờ thế giới lúc quan sát theo công thức (1.105) dới đây:

Sin (Hc) = Sin (Lat) * Sin (Dec) - Cos(Lat) *Cos (Dec)* Cos (LHA) (1.105)

Trớc đây phơng pháp này chỉ đợc áp dụng cho mọc lặn của mặt trời, vì nếu tính Ac thông qua Hc, thì độ chính xác sẽ kém đi Ngày nay với việc giúp đỡ của máy tính điện tử,

cho phép ta nâng cao đợc độ chính xác của bài toán theo mong muốn, cho nên phơng pháp này đợc sử dụng, vì nó dễ xác định phơngvị nguyên vòng thuận lợi cho việc thao tác trên hải đồ và trên giấy.

5.2 Bài toán xác định số hiệu chỉnh la bàn trên biển bằng mọc lặn của mặt trời:

5.2.1 Bài toán mọc lặn thật và mặt trời.

Khi mặt trời ở vị trí mọc lặn thật Ho = Oo, với Ho = Oo ta có:

Và từ đây ta dễ dàng tính đợc phơng vị lúc mọc lặn thật của mặt trời

Tuy nhiên điểm khó khăn của phơng pháo này là việc xác định đúng thời điểm mọc lặn thật của mặt trời, vì trong thực tế đờng chân trời thật và dờng chân trời nhìn thấy luôn khác nhau Thờng thì tâm mặt trời ở trên đờng chân trời nhìn thấy 2/3 đờng kính của nó đ-

ợc coi là lúc mọc lặn thật của mặt trời

5.2.2 Bài toán xác định ∆ L bằng mọc lặn nhìn thấy của mặt trời:

Khi mặt trời ở vị trí mọc lặn nhìn thấy thì độ cao của nó đợc xác định theo công thức:

D = 00.0293 he

trong đó he là độ cao mắt quan sát tính bằng met Do đó ta có công thức cuối cùng

để tính độ cao mặt trời lúc lặn nhìn thấy là:

Để tính phơng vị mặt trời mọc lặn lúc nhìn thấy ngời ta biến đổi công thức CosinAc dới dạng:

22

*2

1 Sin Ac CosAc= −

và thu đợc công thức cuối cùng là:

)()(

)()(

*

2

Dec Sin Ho Lat Cos

Dec Sin Ho Lat Cos arctg A

−+

−

−

=

(1.110)

Độ chính xác của công thức này tùy thuộc vào việc xác định đúng thời điểm tiếp xúc mép trên của mặt trời với đờng chân trời nhìn thấy, do đó nó đợc đánh giá là thấp hơn

so với trờng hợp chung

5.2.3 Bài toán xác định ∆ L bằng sao Polaris.

Trong khi giải tam giác cầu vị trí để tính Ac ta còn có một công thức nữa để tính

nó (Ac), đó là công thức Sine:

)(

)(

*)(

H Cos

LHA Sin Dec Cos SinAc=

(1.111)

đợc viết từ hệ công thức sine trong tam giác cầu

Tuy nhiên nhợc điểm rất lớn của phơng pháp này là việc xác định tên của Ac rất phức tạp, đòi hỏi phải tính đến cả độ cao lúc qua vòng thẳng đứng gốc của thiên thể:

Do đó trong thực tế công thức này rất ít đợc áp dụng, trừ trờng hợp đặc biệt đối với sao Bắc đẩu

Sao Bắc đẩu nh ta đã biết là sao gần thiên cực bắc với kính ∆L ≈ 55'.0 và do đó đối với những ngời quan sát ở vĩ độ Lat < 350N thì phơng vị của nó biến đổi rất chậm và nhỏ, chỉ từ 00 đến 102,còn đối với những ngời quan sát có 350 < Lat<700N, thì phơng vị của

nó biến thiên từ 00 đến 207 Điều này có thể cho phép ta sử dụng sao Bắc Đẩu để xác định

∆L với độ chính xác cao Mặt khác vì sao Polaris1 ở gần thiên cực cho nên độ cao của nó gần bằng vĩ độ nguời quan sát Điều này tạo nên một sự thuận lợi là tại thời điểm đo PL tới Polaris ta không cần đo độ cao H mà chỉ cần ghi giờ để tính LHA và vĩ độ dự đoán Khi đó

Ac đợc tính theo công thức:

Sin (A*c) = Sin (LHAγ -α*) * Sin (∆)/Cos (H) (1.113)

Thay H ≈ DR Lat (H ≈ϕc) ta có:

Sin (A*c) = Sin (LHAγ -α*) * Sin (∆)/Cos (Lat) (1.114)

ở đây ta có thể lấy giá trị trung bình: α = 2902 và ∆ = 55'.0 rồi đa vào công thức 49), việc còn lại nh đã nói là chỉ cần tính LHAγ và DR.H (ϕc)

(1-Phơng vị nguyên vòng của Polaris đợc xác định theo công thức sau:

+ Nếu: 290 <LHA<2090 thì Anv = 3600- Ac

+ Nếu: 2090 <LHA<290 thì Anv = Ac

5.2.4 Độ chính xác của các bài toán xác định ∆ L

Nói chung độ chính xác của ∆L phụ thuộc vào việc đo PL tới thiên thể và phơng vị tính toán Ac theo các công thức ở trên Dới đây và các biện pháp đợc áp dụng trên biển nhằm nâng cao độ chính xác của bài toán:

* Sai số trong việc đo PL có thể đợc giảm bớt và ngoại trừ bằng việc làm giảm bớt các sai số ngẫu nhiên và hệ thống tác động lên nó nh chỉnh lý biểu xích la bàn, trong thiên thể có độ cao thấp (<150) để tránh sai số do độ nghiêng của mặt phẳng ngắm biểu xích gây ra, khử sai số gây ra do gơng bản lề của la bàn v.v

* Sai số trong phơng vị tính Ac chủ yếu phụ thuộc vào vị trí dự đoán (DR Positon) của tàu đợc lấy để sử dụng (Lat, Long), ta đã biết rằng: ở điều kiện hàng hải thông thờng, nếu vị trí dự đoán không sai quá từ 20' đến 30' so với vị trí thật, thì sai số do nó gây ra trong Ac sẽ chỉ đạt giá trị ≤ 003, khi độ cao của thiên thể quan sát đợc chọn ≤ 003 Đây là sai số có thể bỏ qua đợc trong khi vẽ đờng phơng vị trên hải đồ

5.3 Bài toán xác định vị trí tàu bằng quan sát đồng thời các vì sao hàng hải.

5.3.1 Nguyên lý chung:

Xác định vị trí tàu trên biển bằng phơng pháp Thiên văn, tức là tìm điểm vị trí xác

định trên bề mặt trái đất của ngời quan sát, bằng các quan sát tới 2 hoặc nhiều hơn các mục tiêu thiên thể cùng một lúc, hoặc gần cùng một lúc Trong "Thiên văn hàng hải" bài toán này đợc gọi là bài toán xác định vị trí tàu bằng quan sát đồng thời các vì sao

Lúc đó, giả sử tại một thời điểm tức thời nào đó, chúng ta tiến hành quan sát độ cao tới 2 thiên thể đợc chọn, đồng thời ghi giờ thời kế, từ các số đọc của độ cao đo chúng ta hiệu chính đợc hai giá trị độ cao thật (còn gọi là độ cao đo) của thiên thể Đồng thời ghi giờ thời kế chúng ta tính đợc giờ thế giới GMT vào lúc quan sát, và tính đợc LHAi, Deci của các thiên thể đó Từ đây chúng ta dễ dàng xác định đợc vị trí thiên đỉnh của ngời quan sát trên thiên cầu, và qua đó vị trí của nó trên trái đất bằng một trong hai phơng pháp sau:

* Đồ giải trên thiên cầu: tức là chúng ta đi tìm giao điểm của hai vòng tròn đẳng cao với bán kính là :z1 = 900 - Hs1và z2 = 900 - Hs2, có tâm là các vị trí của thiên thể C1, C2 trên thiên cầu đợc xác định bởi các tọa độ LHA1, Dec1 và LHA2, Dec2 theo giờ quan sát Kết quả này đợc chuyển xuống địa cầu theo công thức quan hệ giữa vị trí của ngời quan sát trên địa cầu với thiên đỉnh của nó trên thiên cầu:

Lat (M) = De (ZM)

Long (M) = LHA - GHA

Chúng ta có thể vẽ trực tiếp phơng pháp này bằng cách xác định cực chiếu sáng của thiên thể(vị trí của các thiên thể trên địa cầu) trực tiếp trên địa cầu qua hệ công thức:

Lat(Ci) = Dec(Ci)

Thực chất của bài toán này là chúng ta tìm nghiệm của hai phơng trình của vòng tròn đẳng cao Z1 và Z2

Sin Hs1 = SinLat *SinDec1 + CosLat* Dec1 * CosLHA1

Sin Hs2 = SinLat *SinDec2 + CosLat* Dec2 * CosLHA2 (1.116)

Trong đó: LHA1 = GHA1± LongE

* Phơng pháp tìm gần đúng Saint -Iller

Vì các hệ phơng trình trên là những siêu phơng trình, do đó việc giải chúng trong thực tế rất khó khăn và phức tạp Còn phơng pháp vẽ vòng đẳng cao trên quả cầu không cho chúng ta đạt đến độ chính xác mong muốn Do vậy phơng pháp hữu hiệu nhất đã đợc

sử dụng cho đến hiện nay là phơng pháp Saint - Iller Bằng cách thay thế các đoạn hình chiếu của vòng đẳng cao trên hải đồ Mecato- những đoạn cong phức tạp, bởi các đoạn đ-ờng thẳng - các đờng cao vị trí (LOP).Saint -Iller đã đa bài toán giải hệ phơng trình (1.116)

- hệ phơng trình của các vòng tròn đẳng cao, trở thành việc giải hệ phơng trình các đờng caovị (1.117), trên hải đồ và trên giấy nh sau:

n1= ∆ϕ * cosAc1+ ∆w * SinAc1

n2= ∆ϕ * cosAc2+ ∆w * SinAc2 (1.117)

Trong đó:

- n1= Hsi - Hci gọi là hiệu độ cao (Intercept)

- Hs nh đã biết là độ cao đo của thiên thể (còn gọi là độ cao thật)

- Hc và Ac là độ cao và phơng vị tính toán của thiên thể vào thời điểm quan sát tại

vị trí dự đoán của ngời quan sát

∆w là hiệu khoảng cách đông tây và có giá trị:

ϕc

Lat = ϕc + ∆ϕ

Long = λc +∆λ

(Hình 1.12)

5.3.2 Bài toán xác định vị trí tàu bằng 2 sao

Theo phơng pháp gần dúng Saint-Iller, chúng ta có thứ tự tiến hành bài toán này

nh sau:

5.3.2.1 Chuẩn bị quan sát

- Chuẩn bị các tài liệu và dụng cụ quan sát nh:

Sextant đồng hồ bấm giây, thời kế, tiến hành xác định sai số sextant, sai số thời kế, chuẩn bị các tài các tài liệu hoặc máy tính.v.v

- Xác định thời điểm quan sát bằng cách giải toán tìm thời quan sát cho các vì sao bằng lịch thiên văn hay bằng máy tính

- Lập bầu trời sao cho các vì sao để quan sát bằng quả cầu sao, đĩa tìm sao, hoặc bảng con không quân Lu ý các tên sao đợc chọn phải dễ nhận biết trên bầu trời, có độ sáng lớn có hiệu phơng vị ≈ 900 và có độ cao vừa phải từ 200 đến 600

5.3.2.2 Đo độ cao của thiên thể và ghi giờ kế theo nguyên tắc:

- Bất kể buổi sáng hay buổi chiều, các ngôi sao ở chân trời phía đông phải đợc đo trớc, các ngôi sao ở chân trời phía tây đo sau

- Buổi sáng do các ngôi sao có độ sáng yếu trớc, các ngôi sao có độ sáng lớn đo sau, buổi chiều thì quan sát ngợc lại

5.3.2.3 Tính toán các yếu tố của đờng cao vị trí

*1 Tính giờ thời kế TTK(Chronometer Time), chúng ta tính đợc GMT lúc quan sát và ngày tháng đúng của nó thông qua giờ múi và vị trí dự đoán vào lúc đó

- Bằng Lịch thiên văn hoặc máy tính, tính GHAγi (góc giờ thế giới của điểm xuân phân γ) cho từng thời điểm quan sát

- Tính hoặc đọc giá trị SHAi và Deci của các ngôi sao đợc chọn từ máy tính hoặc bảng sao.

- Tính: LHAi = GHAγi + SHAi±λcE

Nếu LHAi > 3600 thì ta phải trừ đi 3600, để sao cho giá trị LHAi luôn dơng và nhỏ hơn 3600, còn nếu LHAi < 00 thì ta phải cộng với 3600

- Theo các bảng tính độ cao và phơng vị hoặc trên máy tính, tính các giá trị ACi và

HCi theo đối số sau: ϕc, Deci và LHAi (ϕc, δi, tL)

*2 Hiệu chính độ cao theo công thức (1.34) bằng các bảng hiệu chính hay trên máy tính ( Tính Hsi)

*3 Tính đại lợng hiệu độ cao (Intercept) ni, với: ni = Hsi - Hci và quy đổi các giá trị phơng vị tính toán (Aci) và giá trị nguyên vòng

1.3.2.4 Giải hệ phơng trình bằng giải tích hoặc vẽ trên hải đồ hoặc trên giấy để xác

định vị trí tàu

*1 Giải bằng giải tích: Nghiệm của phơng trình (1.116) đợc viết theo cách giải của phơng pháp định thức nh sau:

)(

*

*

2 1

2 1

1 2

Ac Ac Sin

SinAc n

SinAc n

c Lat

−

−+

=ϕ

Lat Cos Ac

Ac Sin

CosAc n

CosAc n

c Long

*)(

*

*

2 1

2 1

1 2

−

−+

*2 Giải bài toán bằng cách vẽ:

Sau khi đã tính đợc các yếu tố để vẽ đờng cao vị trí (LOP) từ vị trí dự đoán Mc (ϕc,

λc) ta tiến hành vẽ các đờng phơng vị Aci và trên đó theo các giá trị của ni đặt các điểm Ki

vẽ các đờng vị trí (LOP) vuông góc với phơng vị Giao điểm của các đờng cao vị cho ta vị trí tàu (xem hình vẽ H.5)

5.3.2.5 Phân tích và đánh giá độ chính xác.

Do có tác động của sai số hệ thống và ngẫu nhiên xuất hiện trong quá trình đo đạc

và tính toán cũng nh các sai số đợc gây ra bởi các dụng cụ quan trắc đo đạc.v.v cho nên

vị trí nhận đợc chỉ đợc đánh giá là tâm của diện tích sác xuất vị trí tàu Với mỗi ngời quan sát bằng kinh nghiệm và bằng các phơng pháp đánh giá cụ thể qua một loạt phép đo, sẽ tự xác định cho mình một giá trị εh - sai số bình phơng trung bình trong độ cao đo Căn cứ