Giáo Trình Địa Văn Hàng Hải

1.2 TỌA ĐỘ CỦA MỘT ĐIỂM TRÊN BỀ MẶT TRÁI ĐẤT 1.2.1 Những đường, điểm chính trên bề mặt trái đất Hình 1.3: Khái niệm các đường, điểm chính trên bề mặt trái c Đường xích đạo: Giao của mặ

Hình 1.1: Khái niệm mặt geoid: 1- biển, đại dương; 2-

Mặt ellipsoid; 3- Phương dây dọi; 4- Lục địa;

b a

f   1 (1.1)

là độ dẹt của trái đất

Hình 1.2: Khái niệm các đường trên bề mặt trái đất: đường

xích đạo (Equator); vĩ tuyến (parallel); kinh tuyến (meridian); kinh tuyến gốc (prime meridian)

Độ lệch tâm được tính như sau:

2 2 2

2 2 2

1

a

b a

b a

e     (1.2)

2 2

2)2()1(2)1)(

1

a

b f

a

b a

Các nước khác nhau thừa nhận các giá trị khác nhau của Elipsoid Do vậy, các

số liệu tính toán trong các phép chiếu hải đồ của các quốc gia khác nhau thì sẽ có sự sai khác nên mạng lưới kinh vĩ độ cũng khác nhau ở một mức độ nhất định

Năm 1800, theo Dalambe:

1.2 TỌA ĐỘ CỦA MỘT ĐIỂM TRÊN BỀ MẶT TRÁI ĐẤT

1.2.1 Những đường, điểm chính trên bề mặt trái đất

Hình 1.3: Khái niệm các đường, điểm chính trên bề mặt trái

c) Đường xích đạo: Giao của mặt phẳng vuông góc với địa trục đi qua tâm trái

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

d) Vòng vĩ tuyến: Giao của các mặt phẳng song song với mặt phẳng xích đạo và

bề mặt trái đất gọi là các vòng vĩ tuyến

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

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

f) Kinh tuyến gốc: Năm 1884 một hội nghị quốc tế họp ở Newyork đã công

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

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

a) Toạ độ địa dư:

Một điểm trên bề mặt trái đất được xác định bởi 2 đại lượng, vĩ độ địa dư () và

kinh độ địa dư (l)

Kinh độ địa dƣ của một điểm trên bề mặt trái đất là góc nhị diện hợp bởi mặt phẳng kinh tuyến gốc và mặt phẳng kinh tuyến đi qua điểm ấy Kinh độ địa dƣ có thể

đo bằng góc cầu ở cực hay cung xích đạo giới hạn bởi mặt phẳng kinh tuyến gốc và mặt phẳng kinh tuyến đi qua điểm đang xét

Kinh độ địa dƣ biến thiên từ 0

đến 180, mang tên E hoặc W

Vĩ độ địa dƣ của một điểm trên bề

mặt trái đất là góc hợp bởi pháp tuyến với

bề mặt trái đất tại điểm đó với mặt phẳng xích đạo Nó được tính theo kinh tuyến từ xích đạo đến cực, có độ lớn từ 0 đến

90, mang tên N hoặc S

b) Toạ độ địa tâm:

Kinh độ địa tâm: Giống kinh độ địa dư

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

tâm trái đất với điểm đang xét và mặt phẳng xích đạo

c) Toạ độ quy tụ:

Lấy O làm tâm quay vòng tròn bán kính OE = a, từ C hạ đường vuông góc với

OE cắt vòng tròn tại C Nối COE = u là vĩ độ quy tụ của điểm C

Kinh độ quy tụ: Giống kinh độ địa dư

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

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

max tại  = 45, max = 115

u u

a

x b

y b

y a

2 2 2

2 2

2 2

2

sincos

11

P N

P S

a O x H

OH=x CH=y

KQ=dy CQ=dx

nên suy ra:y2 b2sin2u hay ybsinu

Do vậy tgu

a

b u a

u b

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



tg dx

dy Q C tgKˆ   (900  )cot , (1.8)

gu a

b dx

a

tg    (1.9)

Ta có:

2 2

2 2 2 2 2

2 2 2

11

a

b e a

b a

b a

b a

e          

Do vậy: 2

1 e tg

tgu    , (1.10)

mà ta lại có:

2 2

1

tgu a

b

tg     , (1.11) nên

)1.( e2tg

tg   (1.12)

e) Toạ độ vuông góc:

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

liên hệ giữa hệ tọa độ địa dư và hệ tọa độ vuông góc

Ta có:

1

2 2 2

x

(1.13)

Vi phân 2 vế của (1.13) ta được

02

xdx

dx x a

dx x a

b

y 2   (1 2) ( )(1 2) 

2

(1.16) Thay (1.16) vào (1.13), rút gọn ta được:

2

2 2 2

sin1

cossin

1

cos

e

a x

e

a x

2 2

2

2 2 2 2 2

sin1

sin)1(sin

1

sin)1(

e

e a y e

e a y

1.3 CÁC BÁN KÍNH CONG CHÍNH CỦA TRÁI ĐẤT

Trái đất của chúng ta có hình Elipxoid nên độ cong của nó thay đổi liên tục từ xích đạo đến cực Để nghiên cứu độ cong của một điểm nào đó trên mặt địa cầu người

ta tìm bán kính cong của điểm đó theo hai hướng vĩ tuyến và kinh tuyến

1.3.1 Bán kính cong vĩ tuyến

Bán kính cong vĩ tuyến đi qua điểm C chính là hoành độ của điểm C, x = r, ta có

u a

r

x  cos (Hình 1.5)

u tg

u u

u

1

1cos

cos

11

cos)

1(1

1

2 2

2 2

e e

2

2 2

sin1

coscos

sin1

coscos

e

u e

Vậy:

2 2 2

)sin1

x





 (1.19)

1.3.2 Bán kính cong kinh tuyến

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

K biểu diễn bằng đoạn dS, ta có:



dS d

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

Vậy ta có



d

dr M

sin



 , ta đi tính dr theo số gia d

2 2 2

)sin1

2 2 2 2

2 2

)sin1

(

)sin1

(cos)

sin1

()cos(

e a

d dr

d

H×nh 1.5

(

)cossin2()sin1

(2

1.cos)

sin1

(sin

2 2

2 2 2 2 2

2 2

a e

a d

2 2

3 2

)sin1

(

cossinsin

a d

dr

2 2 2

2 2

2 2 2

)sin1

(

)1(sin)

sin1

(

sinsin

e

ae a

)sin1

(

)1(

e a M

d

dr M

)1(11

M b a a b

a e

2 2

)1(1)1

a

b a

b a

Vậy Elip kinh tuyến có độ cong giảm từ xích đạo đến cực

1.4 CÁC HỆ TRẮC ĐỊA SỬ DỤNG TRONG HÀNG HẢI

1.4.1 Khái niệm

Các hệ trắc địa đều định nghĩa về kích thước, hình dạng của trái đất, về tâm và hướng của các hệ trục tọa độ dùng để thể hiện trái đất Kể từ khi Aristotle lần đầu tiên tính toán gần đúng kích thước trái đất cho đến nay đã có hàng trăm hệ trắc địa khác nhau được sử dụng để xác định vị trí Các hệ trắc địa hiện đại bao gồm các hệ từ loại

mô hình trái đất phẳng dùng để khảo sát các mặt bằng phẳng đến các hệ phức tạp dùng cho các ứng dụng quốc tế, trong đó hình dạng, kích thước, chuyển động quay, trọng trường và vận tốc góc của trái đất được mô tả một cách đầy đủ

Trong các ứng dụng, việc sử dụng sai các hệ trắc địa có thể dẫn tới sai số của vị trí lên tới hàng trăm mét Các quốc gia và các tổ chức khác nhau sử dụng những hệ trắc địa khác nhau cho việc định vị trong hệ thống thông tin địa lý, trong các hệ thống định vị chính xác và trong các hệ thống dẫn đường Sự đa dạng các hệ trắc địa ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật mà nhờ đó độ chính xác của định vị toàn cầu trở nên rất cao yêu cầu người sử dụng phải lựa chọn hệ trắc địa cũng như chuyển đổi giữa các hệ trắc địa khác nhau một cách thận trọng

1.4.2 Chuyển đổi giữa các hệ trắc địa

a) Khái niệm

Có nhiều phương pháp khác nhau để chuyển đổi giữa các hệ trắc địa Sự chuyển đổi hoàn chỉnh dựa trên bảy tham số chuyển đổi là ba tham số tịnh tiến, ba tham số góc quay và một tham số tỷ lệ Có thể chuyển đổi một cách đơn giản đại lượng vĩ độ, kinh độ và độ cao sang các các đại lượng trong hệ tọa độ vuông góc có tâm gắn với tâm trái đất và cố định so với trái đất (Earth-Centered, Earth Fixed XYZ – ECEF XYZ) Ta xét một số phương pháp sau:

b) Chuyển đổi từ kinh vĩ độ, độ cao sang ECEF XYZ

a e p

b e z artg

2/2

/,)

,(

y artg

)()

y x

2 2 2'

;

b

b a





2 2sin1

)

(

e

a N



sincos)(N h



sin))1

(

h e N

d) Chuyển đổi đơn giản từ hệ A sang hệ B

x A

B x

x  

y A

B y

z A

như sau:

- Gốc tọa độ O: là trọng tâm trái đất, trong đó có tính đến cả khối lượng nước và bầu khí quyển trên trái đất

- Trục Z: Theo hướng địa trục - hướng địa trục này được xác định bởi IERS (International earth rotation service)

- Trục X: Từ trọng tâm tới giao điểm của mặt phẳng đi qua gốc tọa độ và vuông góc với trục Z với kinh tuyến tham chiếu IERS (kinh tuyến gốc theo định nghĩa của IERS)

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

Hình 1.6: Khái niệm hệ tọa độ WGS-84

Dựa trên hệ thống Transit (NNSS - Navy Navigation Satellite System), một hệ quy chiếu WGS như trên đã được thiết lập và đưa vào sử dụng từ năm 1987 trong việc xây dựng bản đồ, hải độ hàng hải, hàng không và khảo sát dưới đáy biển

Kể từ đó, cùng với những tiến bộ về công nghệ, sự phát triển của hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GPS, tọa độ của các trạm quan trắc được xác định và hiệu chỉnh với độ chính xác ngày càng cao hơn nhằm thỏa mãn các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác rất cao như mục đích quân sự, thăm dò, khai thác khoáng sản Chẳng hạn vào năm 1994, tọa độ của các trạm quan trắc được xác định như bảng 1.1

Bảng 1.1: Vị trí các trạm quan trắc trên hệ tọa độ O XYZ

Colorado Spring -1248.597221 -4819.433246 3976.500193 Ascension -6118.524214 -1572.350829 -876.464089 Diego Garcia 1917.032190 6029.782349 -801.376113 Kwajalein -6160.884561 1339.851686 960.842977

Autralia -3939.181976 3467.075383 -3613.221035 Argentina 2745.499094 -4483.636553 -3599.054668

Năm 1997, các tọa độ này lại được kiểm định lại và cho số liệu sai khác về tọa

độ của các trạm quan trắc so với WGS - 84 (G730) như bảng 1.2

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

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

Tuy nhiên, chúng ta nhận thấy rằng, so với số liệu năm 1987, từ các số liệu tọa

độ mới của các trạm quan trắc này, vị trí của các điểm trên mặt đất có sự thay đổi không quá 30 cm, như vậy, hầu như không gây ảnh hưởng đối với các ứng dụng trong hàng hải, hàng không, trong việc xây dựng các hải đồ Hơn nữa, nếu chuyển sang sử dụng các hệ tọa độ mới, tất cả các máy thu GPS hiện tại đều phải sửa đổi, vì vậy NIMA và Bộ quốc phòng Mỹ (Department of Denfense) quyết định vẫn duy trì việc

sử dụng WGS - 84 như đã được xây dựng năm 1987

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

Geoid là một bề mặt giả định được hình thành khi nước biển ở trạng thái tĩnh bao phủ toàn bộ bề mặt địa cầu Do việc phân bố vật chất trên và trong lòng trái đất không đồng đều nên mặt Geoid này không phải là một bề mặt đều đặn mà có dạng sóng

Như vậy, giữa bề mặt Geoid và bề mặt Ellipsoid xác định theo WGS - 84 có sự sai khác nhất định Sai lệch này đã được NIMA khảo sát, tính toán và lập thành bản đồ như hình 1.7

Sai lệch trung bình = -0.57 m

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

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

(Độ cao - Tính bằng m)

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

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

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

Việc chuyển đổi tọa độ của một điểm từ hệ trắc địa địa phương sang WGS - 84

có ý nghĩa quan trọng vì nếu vị trí xác định bởi máy thu GPS được đưa lên hải đồ

trong khi không chú ý đến sai khác này sẽ tồn tại sai số hệ thống lớn, gây nguy hiểm cho hàng hải

Tại Vịnh Bắc Bộ (khu vực từ vĩ tuyến 17 trở ra), trước năm 1954 hải đồ được người Pháp xây dựng theo phép chiếu Mercator đứng, ellipsoid tham chiếu Clarke

1880 (xem bảng trên) lấy cột cờ Hà Nội ( = 21001'88"5N,  = 105029'52"1) làm xuất phát đo lưới quốc gia

Sau năm 1954, với sự giúp đỡ của chuyên gia Trung Quốc, ta đã xây dựng được

hệ trắc địa quốc gia (lưới quốc gia) theo elliposoid tham chiếu là Ellipsoid Krassovsky

1940, gốc xuất phát từ Bắc Kinh, nhưng bản thân lưới quốc gia của Trung Quốc lại lấy gốc xuất phát từ đài thiên văn Pulkovo - Nga, theo hệ trắc địa Pulkovo 1942 Như vậy, có thể nói, hệ trắc địa được sử dụng xây dựng hải đồ tại Việt Nam chính là hệ trắc địa Pulkovo, Nga

Một số kích thước Ellipsoid đã được công nhận và sử dụng là:

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

PULKOVO

1942 Krassovsky 1940 -108 0.00480795 28 -130 -95

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

WGS - 84 = local + 

WGS - 84 = local + 

Trong hàng hải, chúng ta quan tâm chủ yếu tới lượng hiệu chỉnh  và , ít quan tâm tới độ cao h Các giá trị này được Molodensky tính toán và xây dựng thành công thức như sau:

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

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

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

: vĩ độ địa dư,

: kinh độ địa dư,

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

h = H + N,

H: độ cao của điểm đang xét so với bề mặt Geoid,

N: chênh lệch giữa mặt ellipsoid và mặt geoid,

,  được tính bằng giây ("),

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

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

tham chiếu,

f = 1 -

a

b ; e2 = 1 - 2

2

a

b = 2f - f2,

RM: bán kính cong kinh tuyến tại vĩ độ  ; RM =  

 2 2 3 / 2

2

sin1

1



e

e a





,

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

Áp dụng công thức này, với độ chính xác cho phép trong hàng hải, ta có thể sơ

bộ xác định sai lệch về kinh, vĩ độ của một điểm trong WGS - 84 và hệ trắc địa địa phương Ở đây, do ta xét việc máy thu GPS đặt trên tàu nên trong công thức

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

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

xác trong hệ trắc địa địa phương, với các kích thước ellipsoid (a, b, f, e) lấy từ bảng, ta

có thể tính được X, Y, Z theo phương pháp gần đúng dần

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

19 -2.54 -2.54 -2.54 -2.54 -2.54 -2.54 -2.54 -2.54 -2.54 -2.54 19.2 -2.52 -2.52 -2.52 -2.52 -2.52 -2.52 -2.52 -2.52 -2.52 -2.52 19.4 -2.50 -2.50 -2.50 -2.50 -2.50 -2.50 -2.50 -2.50 -2.50 -2.50 19.6 -2.48 -2.48 -2.48 -2.48 -2.48 -2.48 -2.48 -2.48 -2.48 -2.48 19.8 -2.46 -2.46 -2.46 -2.46 -2.46 -2.46 -2.46 -2.46 -2.46 -2.46

20 -2.44 -2.44 -2.44 -2.44 -2.44 -2.44 -2.44 -2.44 -2.44 -2.44 20.2 -2.42 -2.42 -2.42 -2.42 -2.42 -2.42 -2.42 -2.42 -2.42 -2.43 20.4 -2.40 -2.40 -2.40 -2.40 -2.40 -2.40 -2.40 -2.40 -2.41 -2.41 20.6 -2.38 -2.38 -2.38 -2.38 -2.38 -2.38 -2.38 -2.38 -2.39 -2.39 20.8 -2.36 -2.36 -2.36 -2.36 -2.36 -2.36 -2.36 -2.36 -2.37 -2.37

19 0.37 0.38 0.38 0.39 0.40 0.41 0.42 0.43 0.46 0.46 19.2 0.37 0.38 0.38 0.39 0.40 0.41 0.42 0.43 0.46 0.46 19.4 0.37 0.38 0.38 0.39 0.40 0.41 0.42 0.43 0.46 0.46 19.6 0.37 0.38 0.39 0.39 0.40 0.41 0.42 0.43 0.46 0.46 19.8 0.37 0.38 0.39 0.39 0.40 0.41 0.42 0.43 0.46 0.47

20 0.37 0.38 0.39 0.39 0.40 0.41 0.42 0.43 0.46 0.47 20.2 0.37 0.38 0.39 0.39 0.40 0.41 0.42 0.43 0.46 0.47 20.4 0.37 0.38 0.39 0.40 0.40 0.41 0.42 0.44 0.46 0.47 20.6 0.37 0.38 0.39 0.40 0.40 0.41 0.42 0.44 0.46 0.47 20.8 0.37 0.38 0.39 0.40 0.40 0.41 0.42 0.44 0.46 0.47

Nhận xét: ảnh hưởng của độ cao anten tới chênh lệch về tọa độ là rất nhỏ (dưới

0.001"), hoàn toàn có thể bỏ qua Đánh giá chung cho toàn khu vực:

Tuy nhiên, đây hoàn toàn chỉ là các tính toán mang tính lý thuyết Để có số liệu chỉnh xác cần có sự khảo sát với các thiết bị chuyên dụng (như DGPS) Thực tế làm việc và theo dõi tại khu vực cửa vào Vịnh Hạ Long và khu vực Long Châu cho thấy rằng, vị trí xác định thường có sự sai khác lớn, đặc biệt là giá trị kinh độ, sai số 

thường lên tới trên 2 liên (12") Vì vậy cần nhanh chóng khảo sát và hiệu chỉnh các

số liệu của hải đồ để có sự hiệu chỉnh hợp lý, đảm bảo an toàn hàng hải

1.5 ĐƠN VỊ ĐO THƯỜNG SỬ DỤNG TRONG HÀNG HẢI

1.5.1 Chiều dài của cung kinh tuyến

a) Chiều dài 1 phút cung kinh tuyến

Chiều dài của 1 phút cung kinh tuyến dS được

tính theo công thức:

1sin)sin1

(

)1(1

2 2 2

)sin1

1(

2 2

)1(

!2

))(

())(

()(

)

) ( 2

0 0

0 0



n

x x x f x

x x f x x x f x f

x

f

n n

, với x0 = 0 ta có:

!

)0(

!2

)0()

0()0()(

) ( 2

x f x f f

x f

n n

(1.28) Thay vào ta được:

!

)1) (

2)(

1(

!3

)2)(

1(

!2

)1(1

)

(

3 2

n

X n X

X X

sin128

315sin

16

35sin

8

15)sin)(

2/3(

128

315sin

16

35sin

8

15)sin(2

31)

Thay vào biểu thức tính dS ta được:

1 phút cung kinh tuyến =

)sin

8

15sin

2

31)(

1(1

sin

8

15sin

2

3)(sin8

15sin

2

31(1

(1sin)sin

2

31(1

a

31

(1sin

2 2

e

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

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

Vậy chiều dài của 1 phút cung kinh tuyến phụ thuộc vào vĩ độ  Giá trị này đạt

min tại xích đạo (1843m) và max tại cực (1861,6m)

Năm 1928, một hội nghị quốc tế đã thống nhất lấy 1 phút cung kinh tuyến bằng

1 Nautical Mile = 1852m (tại  = 29)

b) Chiều dài cung kinh tuyến

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

1

2 2 2 2

)sin1

(

1)

1(

a Md S

16

35sin

8

15sin

2

31()1

2cos1(2

2sin8

32sin64

1516

5sin

6 6

2

1

)6sin192

14sin64

32sin64

1516

5(1635

)4sin32

12sin4

18

3(8

15)2sin4

12

(2

3)1(

6

4 2

e a

S

2

1

6sin3072

354

sin)4

3(25615

2sin)128

154

1(8

3)256

564

34

11(

6 6

4

6 4

2 6

4 2

e

e e

e e

e e

a S

)4sin4

(sin)

2sin2

(sin)

(

1 2

6

1 2

4 1 2

2 1 2 0

A a S

(1.34) Trong đó:

34

1

e e

128

154

1(8

e e

4

3(256

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

Bỏ qua các vô cùng bé bậc cao ( 6

e …), ta có công thức:

2 1

4sin256

152

sin32

364

32sin8

34

Công thức này được tính toán với trái đất là hình Spheroid và có thể tính bằng

mét, NM hay bất cứ đơn vị nào khác tuỳ thuộc vào đơn vị sử dụng cho a

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

a) Liên (Cable): 1cable = 1/10NM

b) Sải (fathom): 1fathom= 6ft = 1.8288m

c) Mã (yard): 1yard = 3ft = 0.9144m

d) Foot: 1 foot = 0.3048m

e) Inch: 1 inch = 0.0254m

f) Knot: 1 knot = 1NM/h

1.6 HIỆU KINH ĐỘ, HIỆU VĨ ĐỘ

Trong hàng hải, khi hành trình trên biển tàu luôn thay đổi vị trí nên ta phải xem xét xem tọa độ của con tàu khi chạy từ điểm xuất phát tới điểm đích thay đổi như thế nào Giả sử tàu chạy từ điểm A(1,1) đến điểm B(2,2) như hình 1.9

1.6.1 Hiệu vĩ độ

Hiệu vĩ độ giữa 2 điểm trên bề mặt trái đất là

số đo của cung kinh tuyến giới hạn bởi 2 vĩ tuyến đi qua 2 điểm đó

H =  = 2 - 1

H biến thiên từ 0 đến 180 và mang tên Bắc hay Nam tuỳ thuộc vào tàu chạy về phía Bắc hay Nam bán cầu Nếu tàu chạy về phía Bắc thì H

mang tên N hoặc mang dấu (+), ngược lại tàu chạy

về phía Nam thì H mang tên S hoặc mang dấu (-)

1.6.2 Hiệu kinh độ

Hiệu kinh độ giữa 2 điểm trên bề mặt trái đất là số đo của cung nhỏ trên xích

đạo giới hạn bởi 2 kinh tuyến đi qua 2 điểm đó: H = 2 - 1

H biến thiên từ 0 đến 180 và mang tên E hay W tuỳ thuộc vào tàu chạy về phía E hay W bán cầu Nếu tàu chạy về phía E thì H mang tên E hoặc mang dấu (+), ngược lại tàu chạy về phía W thì H mang tên W hoặc mang dấu (-)

1.7 TẦM NHÌN XA TRÊN BIỂN

1.7.1 Khái niệm tầm nhìn xa

a) Mặt phẳng chân trời thật

Mặt phẳng chân trời thật là mặt phẳng đi

qua mắt người quan sát và vuông góc với phương

dây dọi, trên hình 1.10 mặt phẳng chân trời thật là

mặt phẳng HH

Giả sử người quan sát đứng ở A, mắt ở vị trí

A1 có độ cao mắt so với mặt đất là A1A = e, gọi là

độ cao mắt người quan sát

b) Chân trời nhìn thấy

Trong điều kiện lý tưởng, người quan sát

nhìn thấy bề mặt trái đất theo phương A1x tiếp tuyến với trái đất tại điểm F Do trái đất

được bao quanh bởi một bầu khí quyển có mật độ không khí giảm dần theo độ cao nên tia sáng đi từ mắt người quan sát bị khúc xạ làm cho bị cong đi Vậy tia sáng từ B đến mắt người quan sát bị cong theo cung A1B như hình vẽ Nếu người quan sát quay một

vòng thì điểm B vạch nên một cung tròn BB’ gọi là chân trời nhìn thấy

Như vậy, người quan sát nhìn thấy điểm B theo phương tiếp tuyến với đường cong A1B Trong phạm vi không lớn lắm ta coi cung A1B là cung tròn tâm ở O’ bán kính R1 Đây chính là hiện tượng khúc xạ mặt đất, thông thường nó làm tăng khoảng

cách chân trời nhìn thấy (B xa hơn F) Gọi k là hệ số khúc xạ mặt đất ta có:

k = R/R1

Hệ số khúc xạ mặt đất luôn thay đổi phụ thuộc vào vùng chạy tàu, khí áp, nhiệt

độ và độ cao mắt người quan sát Người ta lấy giá trị trung bình k = 0.16

Khoảng cách A1B gọi là tầm nhìn xa chân trời nhìn thấy Tuy nhiên độ dài cung

AB và A1B gần bằng nhau nên ta coi tầm nhìn xa chân trời nhìn thấy D = AB

1.7.2 Phân loại tầm nhìn xa

Trong thực tế tầm nhìn xa được phân thành những loại khác nhau như sau

a) Tầm nhìn xa địa lý

Tầm nhìn xa địa lý là khoảng cách xa nhất có thể quan sát được mục tiêu hay hải

đăng với các điều kiện tầm nhìn lý tưởng

)(

03,

trong đó e là độ cao mắt người quan sát, H là độ cao mục tiêu Hệ số 2,03 là hệ số ảnh

hưởng của môi trường khí quyển, một số tài liệu láy hệ số náy là 2,08

b) Tầm nhìn xa quang học

Tầm nhìn xa quang học là khoảng cách xa nhất mà người quan sát có thể nhìn

thấy một nguồn sáng nào đó vào thời điểm cụ thể, và xác định trong điều kiện khí tượng của thời điểm đó Theo công thức Allard :

2)1852

T I E

d





trong đó,

E= giới hạn nhìn thất của mắt người quan sát,

I= cường độ hiệu dụng của nguồn sang,

T= hệ số truyền trong khí quyển,

d=khoảng cách từ nguồn sang đến người quan sát

c) Tầm nhìn xa hình học

Tầm nhìn xa hình học là tầm nhìn xa quang học xác định khi tàm nhìn xa khí tượng là 10 hải lý, tương đương với hệ số truyền trong khí quyển T=0,74

d) Tầm nhìn xa khí tƣợng

Tầm nhìn xa khí tượng là khoảng cách trong khí quyển có thể truyền dẫn được

95% cường độ ánh sáng của chùm sáng song song phát đi từ một nguồn sáng màu có nhiệt độ 2700º K

T d V

log

05.0log



(1.36) Hoặc,

V d

05.0



trong đó,

V= tầm nhìn xa khí tượng (hải lý)

d= khoảng cách (hải lý)

T= hệ số truyền trong khí quyển

Thông thường công thức 1.36 được đơn giản hóa như sau:

V

05.0



hoặc

05.0



V T

e) Tầm nhìn xa chân trời nhìn thấy

Tầm nhìn xa chân trời nhìn thấy là khoảng cách xa nhất mà tại đó độ tương phản

của mục tiêu trên nền khí quyển bị môi trường khí quyển làm suy giảm đến mức giới hạn mà người quan sát có thể nhìn thấy mục tiêu

1.7.3 Tầm nhìn xa địa lý của mục tiêu

a) Tầm nhìn xa chân trời nhìn thấy, công thức

Trên hình 1.10, xét tam giác AA1B ta có:

D

c

e

r c

B A

B A A AA

A B

A ˆ sin ˆ sin(2 ) sin(90 2)sin

0

1 1 1

2

)2sin(

1)290sin( 0

r c

e D

D e

r c

2

21

Ta lại có: c = D/R, 2r = D/R 1, thay vào (1.38) ta có:

)1(

2)1(

2)

(

22

1 1

1

1

k D eR R

R D

eR R

R D

R R e R

D R D

e D

)1(21

!

)1) (

1(

!2

)1(1

x x

)()2

3)(

2

1())(

2

1(1)1(

2 2

208,

 (1.43)

Trong đó e tính bằng mét còn D tính bằng Hải lý(NM)

Nếu e tính bằng feet ta có: D1,145 e

b) Độ nghiêng chân trời

Độ nghiêng chân trời d là góc hợp bởi chân trời thật và phương nhìn thấy chân

trời nhìn thấy Vì tia sáng từ chân trời nhìn thấy đến điểm A1 (mắt người quan sát)

luôn cong lên trên (do áp suất khí quyển giảm theo độ cao) nên độ nghiêng chân trời d

luôn mang dấu (-)

Từ tam giác A1O’O ta có: c=d+2r, hay

1 1

k D RR

R R D R

D R

c) Tầm nhìn xa địa lý của mục tiêu, công thức

Tầm nhìn xa mục tiêu khi nó vượt lên đường chân trời bằng tầm nhìn xa chân

trời cộng với một lượng D 2 = 2,08 H Vậy ta có:

)(

08,208

,208

,

D    , nếu e và H tính bằng mét (1.45)

)(

145,1145

,1145

,

D    , nếu e và H tính bằng feet (1.46)

1.7.4 Tầm nhìn xa thực tế của hải đăng, cách xác định

Trên các hải đồ đi biển tầm nhìn xa của các phao tiêu, hải đăng thường được ghi sẵn Ở các hải đồ trước năm 1971, đó là tầm nhìn xa ứng với độ cao mắt người quan sát là 5m hay 15feet

Vậy tầm nhìn xa thực tế của đèn biển là:

HD

D m m

e

D2,08( ( ) 5( ) (1.47)

HD

D ft ft

Hình 1.11: Minh họa tầm nhìn xa của hải đăng

Hình 1.12: Ví dụ về tầm nhìn xa thực tế của hải đăng đối với

người quan sát trên biển

Chương 2

XÁC ĐỊNH PHƯƠNG HƯỚNG TRÊN BIỂN

2.1 NGUYÊN TẮC XÁC ĐỊNH PHƯƠNG HƯỚNG TRÊN BIỂN

2.1.1 Mặt phẳng chân trời thật

Mặt phẳng chân trời thật tại điểm A là mặt phẳng

vuông góc với đường dây dọi của điểm A (Z là thiên đỉnh của người quan sát)

2.1.2 Xác định bốn hướng chính

Mặt phẳng kinh tuyến là

mặt phẳng chứa trục trái đất

đi qua vị trí của người quan sát (A) Mặt phẳng kinh tuyến cắt bề mặt trái đất bằng một vòng tròn lớn gọi là vòng tròn kinh tuyến Nửa vòng tròn kinh tuyến tính từ cực Bắc (N) đến cực Nam (S) đi qua

vị trí người quan sát gọi là kinh tuyến người quan sát Mặt phẳng kinh tuyến cắt mặt phẳng chân trời thật bởi một đường thẳng gọi là đường Bắc-Nam (NS)

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

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

Đường NS và EW chia mặt phẳng chân trời thật thành bốn phần: Đông Bắc (NE), Đông Nam (SE), Tây Nam (SW), Tây Bắc (NW), trong đó đường NS là đường

cơ bản để xác định phương hướng trên biển

2.1.3 Xác định phương hướng trên biển

E

E

W S

N

z

H×nh 2.1

Để xác định phương hướng trên biển người ta dùng các thiết bị chỉ hướng như la bàn từ, la bàn con quay, la bàn vệ tinh Các la bàn này luôn cho biết hướng Bắc để căn

cứ vào đó người sử dụng xác định hướng đi và phương vị trên mặt biển Trị số của phương hướng xác định theo la bàn được tính bằng góc hợp bởi hướng Bắc la bàn và phương hướng cần xác định Các loại hướng đi và phương vị sẽ được định nghĩa cụ thể ở phần sau

2.2 CÁC HỆ THỐNG PHÂN CHIA CHÂN TRỜI

2.2.1 Hệ “Ca” (points)

Trước đây hệ này được sử dụng rộng rãi trong hàng hải, hiện nay ít dùng, nó được dùng để xác định hướng gió, dòng chảy Hệ thống này được chia thành 32 ca mỗi ca bằng 11,25 gồm:

- 4 Ca chính N, E, S, W

- 4 Ca phụ NE, SE, SW, NW

- Còn lại là các Ca trung gian

Hệ thống được phân chia theo bảng dưới đây:

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

ENE Đông Đông Bắc WSW Tây Tây Nam

ESE Đông Đông Nam WNW Tây Tây Bắc

SSE Nam Đông Nam NNW Bắc Tây Bắc

Hình 2.2

2.2.2 Hệ phương vị nguyên vòng

Xuất phát từ điểm N về phía E có độ lớn biến thiên từ 0360

2.2.3 Hệ phương vị bán vòng

Xuất phát từ điểm N hoặc S về phía E hoặc W có độ lớn biến thiên từ 0180

có mang tên, chữ thứ nhất trùng tên với vĩ độ , chữ thứ hai trùng tên với phía mục tiêu

P1

P2

P3 Ph-¬ng vÞ b¸n vßng

P1

P2

P3 Ph-¬ng vÞ 1/4 vßng

H×nh 2.3: C¸c hÖ ph-¬ng vÞ

2.3 ĐỊA TỪ TRƯỜNG – ĐỘ LỆCH LA BÀN TỪ

2.3.1 Khái niệm địa từ trường

Trái đất được xem như một thanh nam châm khổng lồ có cực S địa từ ở vịnh Guston (Canada) gần cực N địa lý, cực N địa từ ở vịnh Victoria (Nam cực) gần cực S địa lý Các cực địa từ không cố định và luôn thay đổi

Hình 2.4: Từ trường trái đất

2.3.2 Độ lệch địa từ

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

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 được xác định bằng hoa địa từ gần tàu nhất:

Ví dụ: Mag 42 E increasing annually 0 / 2 1990

Khảo sát năm 1990; d = + 42, tăng hàng năm 0 /

2

Mag 34 W decrease annually

1 / 1978

Khảo sát năm 1978; d= -34, giảm hàng năm 1 /

Mag 01 E, stationary, 1988 Khảo sát năm 1988, d=+01, hàng năm không thay đổi

Lưu 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

Nếu ta có một kim nam châm treo

tự do thì nó sẽ ổn định theo phương của

đường sức từ H ( H

là thành phần nằm ngang của từ lực địa trường T

, Z

là thành phần thẳng đứng trùng với phương dây dọi) T

hợp với chân trời

một góc i gọi là góc chúi của nam châm

hay góc chìm địa từ

i T

H  cos (2.1)

Thành phần H gọi là sức chỉ Bắc của nam châm, có tác dụng biến nam

Hình 2.5: Deviation table

châm thành la bàn

2.3.3 Độ lệch riêng la bàn từ

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

Nếu kim la bàn lệch về phía:

E: độ lệch riêng  > 0

W: độ lệch riêng  < 0

Giá trị  không phụ thuộc vào vị trí của tầu mà phụ thuộc vào hướng chạy tầu và loại tầu Ở trên tàu người ta lập sẵn bảng độ lệch riêng la bàn từ theo từng hướng đi ở hai dạng: bảng và đường cong (hình 2.5, 2.6)

2.4 HƯỚNG ĐI, PHƯƠNG VỊ VÀ GÓC MẠN

2.4.1 Hướng đi

a) Hướng đi thật

Hướng đi thật của tàu là góc nhị diện hợp

bởi phần mũi của mặt phẳng trục dọc tàu và

phần N của mặt phẳng kinh tuyến thật, tính từ

mặt phẳng kinh tuyến thật theo chiều kim đồng

hồ có độ lớn từ 0º 360º

b) Hướng đi la bàn

Hướng đi la bàn là góc nhị diện bởi phần

N mặt phẳng kinh tuyến la bàn và phần mũi mặt

phẳng trục dọc tàu

2.4.2 Phương vị

a) Phương vị thật

Phương vị thật của một mục tiêu là góc nhị diện hợp bởi phần N mặt phẳng kinh

tuyến thật của ngưòi quan sát và mặt phẳng thẳng đứng đi qua ngưòi quan sát và mục tiêu được tính theo 3 hệ thống phân chia phương hướng

b) Phương vị la bàn

Phương vị la bàn của một mục tiêu là góc nhị diện hợp bởi phần N mặt phẳng

kinh tuyến la bàn và mặt phẳng thẳng đứng đi qua người quan sát và mục tiêu

2.4.3 Góc mạn tới mục tiêu

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

mặt phẳng thẳng đứng chứa vị trí người quan sát và mục tiêu có độ lớn từ 0º 180º tính từ phần mũi tàu về phía bên phải hoặc về phía bên trái tới mục tiêu, mang tên phải hoặc trái:

G = 90º mục tiêu chính ngang,

G = 45º mục tiêu vát,

G = 135º mục tiêu chếch

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

Từ hình 2.7 ta dễ dàng nhận thấy mối liên hệ giữa HT, HL, PT, PL, G:

PT = PL+L

2.5 CHẬP TIÊU HÀNG HẢI

2.5.1 Lý luận về chập tiêu

a) Khái niệm

Hình 2.8 Khái niệm chập tiêu (a) và vị trí quan

sát so với đường tim chập: (b) bên trái; (c) chính giữa ; (d) bên phải

Chập tiêu hàng hải được tạo bởi hai mục tiêu nhằm mục đích tạo nên một đường

có phương chính xác và tin cậy phục vụ cho hàng hải Hai mục tiêu đó có thể là mục tiêu tự nhiên hay mục tiêu nhân tạo dễ nhận dạng và xác định được trên hải đồ Đường thẳng nối hai mục tiêu đó được xác định chính xác về phương và có thể được thể hiện luôn trên hải đồ (đặc biệt là các chập tiêu nhân tạo)

b) Độ nhạy của chập tiêu

Hình 2.9: Minh họa độ nhạy của chập tiêu

Giả sử ta có 2 tiêu A, B hình thành một chập Đường AB kéo dài được gọi là đường trục hay là đường tim của chập tiêu Nếu tàu nằm tại D sẽ nhìn thấy A và B

(a)

(b)

chập lại làm một, giả sử tàu di chuyển trên đường DC vuông góc với AB Khi di chuyển ta vẫn thấy tiêu B đè lên trên A cho tới khi B tách khỏi A tại điểm C Vậy C là điểm ta bắt đầu nhìn thấy chập AB rời nhau, nối C với A và B ta được góc  ( = 1' theo kinh nghiệm) Cự ly DC =  gọi là độ nhạy của chập tiêu,  càng nhỏ độ nhạy càng cao

Xét độ nhạy của chập ta có công thức:

)(D d D

d D

d

D d D

 (2.4) Vậy muốn tăng độ nhậy của chập tiêu ta có 2 cách:

- Tăng khoảng cách d giữa 2 tiêu

- Giảm cự ly D, khi có nhiều chập ta chọn chập nào càng gần càng tốt

Với các khoảng cách D khác nhau,  khác nhau thì có điểm C khác nhau Quỹ tích của C là đường cong bậc 2

2.5.2 Ứng dụng của chập tiêu

Trong thực tiễn hàng hải, chập tiêu được sử dụng gồm hai loại, chập tiêu nhân tạo và chập tiêu tự nhiên Chập tiêu được xây dựng có đường tim chập xác định tin cậy, tùy theo vị trí của nó mà được ứng dụng làm chập tiêu dẫn đường, chập tiêu chuyển hướng, xác định vị trí hoặc sử dụng trong trường thử tàu để xác định độ lệch la bàn, tốc độ tàu v.v… Các ứng dụng cụ thể của chập tiêu sẽ được giới thiệu trong các phần sau

2.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ LỆCH LA BÀN

2.6.1 Bản chất của việc xác định độ lệch la bàn

Bản chất của việc xác định độ lệch la bàn là so sánh phương vị la bàn đo được tới một mục tiêu trên một hướng đi với phương vị thật của mục tiêu đó mà ta đã biết trước

L mỗi một ca đi biển 4 tiếng phải xác định một lần, nếu tàu thay đổi hướng đi thì sau khi đổi hướng phải xác định L

2.6.2 Phương pháp dùng chập tiêu

Đây là phương pháp chính xác nhất để xác định L Giả sử ta có chập AB, nối

AB đo phương vị thật của AB trên hải đồ (hình 2.10) Dẫn tàu qua chập, khi A trùng với B đo phương vị tới chập được PL ta có:

 L = PT - PL Nếu không có chập tiêu nhân tạo, ta có thể sử dụng chập tiêu tự nhiên, có thể là hai mép của hai hòn đảo Nếu chỉ có một mục tiêu trong khu vực chạy tàu, khi cần phải xác định L ta cho tàu quay trở, ở 8 hướng chính ta đo phương vị tới mục tiêu rồi tính phương vị thật theo phương pháp gần đúng:

PT=1/8  PLiLưu ý rằng đây chỉ là phương pháp gần đúng

độ chính xác không cao Để đảm bảo độ chính xác của phương pháp, yêu cầu sai số phải 0o2

Giả sử bán kính quay trở của tàu là r, khoảng cách từ tàu đến mục tiêu là D, sai

r

o o

20

357.3573

L = (PTN  180o) - PL

Ta có thể thả xuồng rồi cho người xuống xuồng thay cho người trên bờ Để xác định  trên các hướng khác nhau, ta có thể quay tàu quanh xuồng

2.6.5 Phương pháp so sánh với la bàn con quay

Tiến hành điều động tàu trên 8 hướng, khi tàu ổn định trên từng hướng đọc chỉ

số HLcq, HLT

HT = HLcq + Lcq

 = HT – HLT – d

Ngoài ra ta có thể xác định L bằng phương pháp thiên văn

2.6.6 Phương pháp thiên văn

Để xác định độ lệch riêng la bàn từ bằng phương pháp thiên văn, ta đo phương

vị la bàn của một thiên thể và so sánh với phương vị tính toán của thiên thể đó vào thời điểm quan sát Sau khi hiệu chỉnh với độ lệch địa từ ta thu được độ lệch riêng la bàn từ

Chương 3

XÁC ĐỊNH QUÃNG ĐƯỜNG TÀU CHẠY TRÊN BIỂN

3.1 TỐC ĐỘ TÀU

3.1.1 Khái niệm và phân loại

Tốc độ tàu là quãng đường tàu chạy được trong một đơn vị thời gian Trong hàng hải đơn vị đo tốc độ thường là hải lý/giờ (knots) Tùy thuộc vào hệ tọa độ tính toán và mục đích sử dụng mà tốc độ tàu được phân loại khác nhau

a) Phân loại theo cách đo

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

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

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

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

kỹ thuật của tàu

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

kế khác chỉ đo được tốc độ tương đối

Khi mặt nước chuyển động ta có:

n

V V

b) Phân loại theo mục đích sử dụng

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

đặc điểm, tính năng của tàu ở điều kiện không có ngoại cảnh tác động

Tốc độ khai thác là tốc độ tàu được tính bằng tổng thời gian tàu chạy trong

chuyến đi chia cho tổng thời gian chạy tàu đó

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

3.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ tàu

Tốc độ chuyển động của tàu phụ thuộc vào nhiều yếu tố: sức đẩy chân vịt, hình dáng vỏ tàu, kết cấu chân vịt, tình trạng hà bám vỏ tàu Theo kinh nghiệm, sau 6 tháng kể từ khi xuống đà, tàu chạy ở khu vực vĩ độ trung bình, do hà bám vỏ tàu, tốc

độ giảm 5  10% Ở vùng nhiệt đới, ảnh hưởng của hà bám còn lớn hơn

Ngoài ra sóng, gió, độ sâu dưới ky tàu cũng ảnh hưởng tới tốc độ, độ sâu lớn thì ảnh hưởng nhỏ

3.1.3 Phương pháp đo tốc độ tàu trên biển

Để đo tốc độ tàu trên biển người ta sử dụng tốc độ kế Tùy thuộc vào nguyên lý cấu tạo mà có nhiều tốc độ kế khác nhau : tốc độ kế chân vịt, tốc độ kế điện từ trường, tốc độ kế Doppler,… Chi tiết về nguyên lý cấu tạo của các loại tốc độ kế được cung cấp trong giáo trình Máy móc điện hàng hải

3.2 PHƯƠNG PHÁP ĐỊA VĂN XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ TÀU

3.2.1 Sự cần thiết của việc xác định tốc độ tàu

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

3.2.2 Các phương pháp địa văn xác định tốc độ tàu

Kết hợp với các thiết bị đo tốc độ trên tàu người ta có thể áp dụng các phương pháp địa văn để xác định, kiểm tra tốc độ tàu Nguyên lý cơ bản của phương pháp là xác định quãng đường tàu chạy được giữa hai thời điểm sử dụng các mục tiêu đia văn

và dùng đồng hồ tính thời gian giữa hai thời điểm đó rồi tính ra tốc độ tàu Phương pháp này chỉ cho ta biết được tốc độ tuyệt đối của tàu

Trong thực tế ta có thể dùng những phương pháp sau: dùng vị trí xác định, dùng chập tiêu (hoặc kết hợp chập tiêu với mục tiêu khác), dùng radar, dùng phương pháp thả phao, dùng công thức thực nghiệm Nguyên lý và cách tiến hành các phương pháp này sẽ được trình bày cụ thể trong mục 3.6 (xác định quán tính tàu)

3.3 XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ TÀU TRONG TRƯỜNG THỬ

3.3.1 Yêu cầu cơ bản của trường thử

a) Khái niệm và yêu cầu cơ bản của trường thử

Trên bờ biển người ta đặt hai chập tiêu I và II Cự ly S giữa hai đường tim chập

là cự ly thật thể hiện tốc độ thật Vùng biển dùng để làm trường đo phải đáp ứng được yêu cầu sau:

- Sóng gió nhỏ, sóng không lớn hơn cấp 2, gió không lớn hơn cấp 3

- Độ sâu phải đủ để không làm ảnh hưởng đến tốc độ tàu h  6T (h: độ sâu, T:

mớn nước)

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

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

b) Cự ly tối thiểu để thiết kế trường thử

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

2

t

S t t S

V   

 (3.2)

2

t V t S S

t    

 (3.3)

t

t V t S S

.

tV

S V t

t V S

V V

tV V

tV S

S V V

Đặt V = v; t = t, ta có:

V

V S

n

V V

V  



 0

Muốn tính được tốc độ của tàu V0 ta cho tàu chạy 2 lượt đi và về Ở lượt đi giả

sử không có dòng chảy, hết thời gian t1 tàu nằm tại G Tốc độ tàu V0 Sau đó tàu bị

dòng chảy đẩy với tốc độ Vn trong khoảng thời gian t1 đến điểm B

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

S = V0t1 + Vnt1 cosqn (3.7)

Ở lượt về tàu chạy theo hướng HT + 180º Nếu không có dòng chảy tàu chạy trên HT + 180º trong khoảng thời gian t2 đến điểm D Sau đó tàu bị trôi đến điểm G’ Tại G’ ta quan sát thấy chập II trùng nhau

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

S  o

, thay vào (3.10) ta được:

1

2 1 2 2 1

1

1 2

2

)(

t

t V St t V t

t V S t t V

2

2 1 2

) (

t

t t S

, hay

2

)(v1 v2

V o 

1 1

t

S

2 2

512.1510.2

)5121510

(



c) Trường hợp dòng chảy thay đổi tốc độ (Vn có gia tốc)

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

xuống HT

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

k là hình chiếu của gia tốc dòng chảy xuống HT

t

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

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