Szkoła Żeglarstwa Szekla

Podstawy nawigacji

Autor: Wojciech Damsz

Metody nawigacji

Nawigacja morska jest dziedziną wiedzy żeglarskiej, która umożliwia bezpieczne prowadzenie jachtu. Wymaga to określenia pozycji statku i wyznaczenia kursu. Istnieje kilka metod nawigacji.

  • Nawigacja pilotowa – polega na określeniu pozycji jachtu i wyznaczaniu drogi na podstawie mijanych znaków nawigacyjnych, jest ona najprostsza.
  • Nawigacja terestryczna – pozycję statku określamy na podstawie namiarów na obiekty lądowe.
  • Nawigacja radarowa – polega na wyznaczeniu położenia jednostki na podstawie obserwacji obiektów nawigacyjnych i zarysów nabrzeży na ekranie radaru.
  • Nawigacja astronomiczna – naszą pozycje określamy za pomocą obserwacji ciał niebieskich.
  • Nawigacja radiowa – pozycję określamy na podstawie radio namiarów, obecnie rzadko stosowana.
  • Nawigacja satelitarna – polega na automatycznym określaniu pozycji wykorzystując sztuczne satelity nawigacyjne; obecnie mamy kilka systemów: GALILEO, DRIOS, GLONASS, GNSS, Beido i oczywiście GPS.
  • Nawigacja zliczeniowa – pozycję wyznaczamy na podstawie pomiarów: przebytej drogi, czasu i kierunku; na dłuższych dystansach jest zupełnie nieskuteczna, ze względu na duży błąd pomiarowy pokładowych urządzeń.
  • Nawigacja inercyjna – jest zaawansowaną formą nawigacji zliczeniowej, nawigujemy mierząc akcelerometrami kierunek, wartość i czas przyspieszeń. Stosowana na jednostkach wojskowych. Technologia ta jest obecnie na tak wysokim poziomie, że jednostki w nią wyposażone nie muszą korzystać z innych pomiarów, np.: GPS.

Podstawowe pojęcia geograficzne

Żeby móc prowadzić nawigację i określać położenie punktów na powierzchni ziemi, stosuje się kilka zasad i uproszczeń. Po pierwsze za kształt kuli ziemskiej przyjmujemy geoidę obrotową. Geoida to teoretyczna powierzchnia, bardziej zbliżona do faktycznego kształtu powierzchni ziemi niż kula, ale nie uwzględniająca wszystkich nierówności ziemi. Ziemia wykonuje w ciągu doby obrót wokół osi ziemskiej, która wyznacza na ziemi dwa bieguny geograficzne zwane: północnym i południowym. Planeta Ziemia posiada silnie spolaryzowane pole magnetyczne, bieguny tego pola leżą blisko biegunów geograficznych jednak nie są z nimi tożsame, ich położenie jest zmienne.

Żeby umożliwić identyfikację punktów na kuli ziemskiej, stosuje się siatkę geograficzną. Tworzy ona układ współrzędnych, powstałych przez przecięcie Ziemi płaszczyznami pionowymi – mają one wspólną prostą, którą jest oś ziemska, oraz poziomymi równoległymi do siebie lecz prostopadłymi do pionowych.

Południki są śladami przecięć płaszczyzn pionowych; biegną od bieguna północnego do południowego. Południk zerowy przechodzi przez Greenwich (obecnie w granicach Londynu) i dzieli Ziemię na dwie półkule: wschodnią i zachodnią.

Równoleżniki są śladami przecięć płaszczyzn poziomych, prostopadłych do jej osi. Równik jest najdłuższym równoleżnikiem – przechodzi on przez środek kuli ziemskiej. Dzieli kulę ziemską na dwie półkule: północną i południową.

Przecięcie się południka zerowego z równoleżnikiem stanowi początek układu współrzędnych, dzięki niemu jesteśmy w stanie określić nasze położenie za pomocą dwóch współrzędnych.

Długość geograficzna dowolnego punktu na ziemi to kąt zawarty między płaszczyzną południka zerowego, a płaszczyzną zawierającą dany punkt. Oznaczamy ją symbolem greckiej litery lambda λ, jest miarą kątową więc zwyczajowo jest wyrażana w mierze kątowej (stopnie, minuty, sekundy), jednak zdarzają się inne przedstawienia (dla ułatwienia obliczeń w nawigacji można używać: stopni, minut i części dziesiętnych minut; tą samą wartość można przestawić za pomocą stopni części tysięcznych stopni). Długość geograficzna jest zawsze liczona od południka zerowego na wschód i zachód (od 0do 180o). Na przykład długość geograficzna Giżycka to λ=21° 45′ 32″ E, λ=21° 45,53′ E, λ=21.757516 E.

Szerokość geograficzna dowolnego punktu na ziemi to kąt zawarty między płaszczyzną równika, a promieniem przechodzącym przez środek ziemi i dany punkt. Oznaczamy ją symbolem greckiej litery fi φ, jednostka jest identyczna jak w przypadku długości geograficznej. Szerokość mierzymy na północ i południe od płaszczyzny równoleżnika (od 0do 90o). Szerokość geograficzna Giżycka to: φ=54° 2′ 24″ N, φ=54° 2,40′ N lub φ=54,046753°N.

Stosowane jednostki i mapy

W nawigacji stosuje się inne jednostki niż w używanym w Europie układzie SI, zmiana jest podyktowana wygodą i łatwiejszym przeliczaniem ich na stopnie. Jednostką długości jest mila morska [Mm] i jest równa jednej minucie kątowej koła wielkiego, czyli południka. Jej wielkość jest wyliczona z parametrów geometrycznych ziemi, nie przyjęta a priori, 1Mm, jedna dziesiąta mili to kabel [kbl].

Prędkość wyrażamy w węzłach [w] (z angielskiego knot [kn]), 1w , czyli prędkość jednego węzła osiągamy płynąc jedną milę morską na godzinę.

Mapy morskie są bardzo charakterystyczne – posiadają odwzorowanie wiernokątne, pozwalające na dokładne przestawienie siatki geograficznej, uniemożliwiają dokładne przedstawienie powierzchni i odległości.

Najczęściej stosowanym odwzorowaniem kartograficznym jest odwzorowanie Merkatora, mapa powstaje poprzez kalkulacje matematyczną. Powstała mapa charakteryzuje wierne odwzorowanie kątów przez prostokątny układ południków i równoleżników oraz łatwy pomiar odległości. Siatka geograficzna na tej mapie składa się z identycznych prostokątów, a równoleżniki mają tą samą długość. Łatwo się domyślić, że prowadzi to do zniekształceń powierzchni. Bliskie rzeczywistości są obszary okołorównikowe. Czym szerokość geograficzna jest większa tym bardziej narasta zniekształcenie. Obszary okołobiegunowe są praktycznie nieczytelne i nawigacja w nich jest nie wykonalna. Wtedy stosowane jest odwzorowanie gnomiczne. Mapa Gnomiczna jest wynikiem rzutu powierzchni kuli ziemskiej na płaszczyznę styczną do niej w miejscu bieguna. Na takim przestawieniu południki są prostymi, a równoleżnikami kołami lub innymi krzywymi. Stosuje się ją wyłącznie do przestawienia obszarów około biegunowych.

Kursy, deklinacja i dewiacja

Kierunek północny to linia biegnąca wzdłuż południka od naszej pozycji do bieguna północnego. Kierunek, jest to prosta między położeniem naszej jednostki, a punktem odniesienia np. latarnią morską.

Kierunek ten określamy za pomocą kąta mierzonego zawsze w prawo (zgodnie z ruchem wskazówek zegara) od kierunku północnego do kierunku, który chcemy określić.

Kurs jest to kierunek określony przez kąt między linią kierunkiem północnym a diametralną jachtu. Kursy określamy w kątach od 0o do 360o . Narzędziem do ich wyznaczania jest kompas magnetyczny. Namagnesowana igła kompasu wskazuje magnetyczny biegun północny, lecz wskazanie jest zanieczyszczone przez stalowe elementy w otoczeniu urządzenia, takie jak okucia, maszt czy silnik. Sprawia to, że wartość zmierzona przez kompas różni się od wartości rzeczywistej. Nasz kompas wskazuje: kurs kompasowy (KK) – kąt między kierunkiem północy wskazywanym przez kompas, a diametralną jachtu.

By znać kurs magnetyczny (KM) trzeba uwzględnić zakłócenia magnetyczne wywoływane przez jednostkę i jej elementy, tą poprawkę nazywamy dewiacją (δ). Dewiacja to wartość stała dla danej jednostki, lecz zależna od jej danego kursu kompasowego. Może być dodatnia lub ujemna, jednak tego namiaru dalej nie możemy przenieść na mapę. Musimy uwzględnić różnicę położeń biegunów: magnetycznego i geograficznego. Różnica ta jest nazywana deklinacją (d), wartość tą odczytujemy z mapy. Jest stała dla danego obszaru lecz zmienia się w czasie. Co roku tą wartość modyfikuje się o części stopnia. Po dodaniu poprawki deklinacyjnej do kursu magnetycznego, wreszcie otrzymujemy kurs rzeczywisty KR = KM + d. Sumę dewiacji i deklinacji nazywamy poprawką całkowitą cp = d + δ.

Zależności między kursami wyglądają następująco:

KR = KM + d = KK + d + δ = KK + cp

Mimo wielu obliczeń mamy tylko kurs, po którym chcielibyśmy żeby żeglował nasz jacht. W rzeczywistości nasz jacht nie płynie idealnie przed siebie tylko trochę bokiem. Ta różnica to dryf, zależy od naszej jednostki i warunków atmosferycznych. Nazywamy ją poprawką na dryf (pw) i po dodaniu do kursu rzeczywistego otrzymujemy kurs drogi po wodzie KDw = KR + pw.

Nawigacja terestryczna

Podstawowym elementem nawigacji terestrycznej jest określanie położenia jednostki za pomocą charakterystycznych punktów na brzegu np.: kominów, latarni morskich, wysokich budynków. Prostym sposobem jest określenie położenia za pomocą dwóch jednoczesnych pomiarów. By określić nasze położenie należy dokonać namiaru na dwa charakterystyczne punkty na brzegu zaznaczone na mapie. Następnie dokonać odpowiednich obliczeń i dołożyć namiary rzeczywiste na ma-pie. Miejsce przecięcia się prostych namiarów jest położeniem naszej jednostki.

Nawigacja satelitarna

Obecnie głównym narzędziem nawigacyjnym wśród żeglarzy jest system nawigacji satelitarnej GPS (global positioning system). Za nim zaufacie mu bezgranicznie warto dowiedzieć się jak on działa. Głównym elementem jest system 21 satelitów. Wysyłają one sygnał składający się z dwóch części. Pierwsza to informacje: identyfikator satelity, jej położenie, położenie innych satelitów i poprawka dla zegarów kwarcowych odbiornika. Druga dotyczy specjalnego sygnału pozwalającego na określenie odległości od nadajnika. Żeby nasz odbiornik mógł prawidłowo określić pozycję, zbiera sygnał z 5-9 satelitów niezasłoniętych i będących na odpowiedniej wysokości nad widnokręgiem. Do obliczeń wybierane są cztery i jest to minimalna liczba pozwalająca na określenie pozycji. Trzy z czterech sygnałów służą do jednoznacznego określenia pozycji naszej jednostki, natomiast czwarty jest wykorzystywany do oceny błędu i weryfikacji obliczeń. Urządzenia precyzyjne na jednostkach wojskowych czy takie używane przez geodetów korzystają z rozszerzonej wersji systemu DGPS, do określenia pozycji wykorzystywana jest poprawka wysyłana przez stacje naziemne, urządzenia te przy długotrwałym pomiarze osiągają dokładność do części setnych milimetra. Obecnie nie istnieje coś takiego jak zakłócenie sztuczne sygnału czy jego kodowanie. Zakłócenia naturalne powstają w skutek jonizacji powietrza, jednak nowe urządzenia są w stanie niwelować ten błąd. Głównym źródłem błędu jest korzystanie z niewłaściwych map, niezgodnych z systemem GPS. Sygnał satelitów jest skalibrowany na geoidzie WGS 84, jednak większość map jest sporządzona na innych geoidach. Stare mapy na geoidzie Krasowskiego, gdzie błąd może sięgać nawet do 1,5 mili morskiej! Według niektórych źródeł 90% map admiralicji angielskiej wymaga powtórnego przeliczenia.

Nabieżniki

Ważnym elementem żeglugi morskiej, a dokładniej nawigacji podczas wejść do portów jest umiejętność korzystania z nabieżników. Nabieżnik to urządzenie nawigacyjne składające się z dwóch masztów. Stojących w osi podejściowej toru wodnego, dalszy maszt musi być wyższy od bliższego. Urządzenie działa identycznie jak muszka i szczerbinka w karabinie. Jeśli znaki są w jednej linii z diametralną naszego jachtu to znaczy, że nasz kurs idealnie pokrywa się z osią podejścia. Jeśli jednak nie pokrywają się to płyniemy obok osi lub wypływamy z toru podejściowego. Zasadą postępowania w takiej sytuacji jest płynięcie zawsze w stronę niższej z wież – wtedy wrócimy na właściwy tor.

Podsumowanie

Mimo korzystania z najnowszych urządzeń i wszelkiej pokładowej elektroniki, nie możemy nigdy wypłynąć na morze nie posiadając zestawu papierowych map i locji (opisem akwenu, linii brzegowej, portów itp.). Mimo, że wydają się wam niepraktyczne i przestarzałe są bardziej niezawodne niż urządzenia elektroniczne. Informacja zawarta na mapie jest trwalsza niż ta w pamięci urządzania i nie może być przypadkowo zniszczona przez nasz błąd. Dobra praktyka żeglarska i zdrowy rozsądek nakazuje nanoszenie naszej pozycji i kursu na mapę co najmniej raz na godzinę. W przypadku awarii elektroniki zawsze mamy punkt wyjścia i możemy bezpiecznie kontynuować żeglugę. Warto prowadzić też dziennik jachtowy jest on uzupełnieniem informacji zaznaczanych na mapie, pozwala inwentaryzować nasz rejs, notować najważniejsze zdarzenia i obserwacje, jest podstawą do wydania opinii po rejsie (zliczenie przebytych mil i godzin żeglugi), a także źródłem informacji dla Izby Morskiej w razie wypadku lub innych zdarzeń morskich. Nie zarzucajcie umiejętności nawigacji innej niż ta z użyciem GPS, żeglarze znają wiele przypadków „nawigacji telefonicznej” gdzie ich znajomi po awarii elektroniki dzwonili na ląd (dobrze że zasięg GMS sięga kilku mil) z prośbą o pomoc w powrocie do portu.

Testy żeglarskie
Baza przykładowych pytań testowych na egzaminy żeglarskie i motorowodne. Tryb nauki i symulacja egzaminu. Wszystko bezpłatnie do Twojej dyspozycji online.
Szkolenia, rejsy, Obozy Żeglarskie i motorowodne

Oferta obozów żeglarskich, szkoleń, rejsów dla dorosłych, dzieci i młodzieży na Mazurach i Bałtyku. Szkolenia prowadzone przez naszą kadrę instruktorów. Szekla to: flota 40 jachtów, 100 najlepszych na rynku Instruktorów Żeglarstwa, ponad 30 terminów rocznie, ponad 6000 zdanych egzaminów. Nagroda Główna Polskiego Związku Żeglarskiego - Kryształowy Żagiel 2018 w kategorii "Edukator Żeglarstwa".

Przejdź do góry strony