Nawigacja morska

Mapa morska - odwzorowanie Merkatora

Nanoszenie pozycji, wyznaczanie kursów oraz odczytywanie odległości

9

Podstawowym źródłem informacji do dokładnego i bezpiecznego prowadzenia jachtu po morzu obok książek locji, spisów świateł itp. jest mapa morska, która zawiera szereg ważnych informacji potrzebnych nawigatorowi. Są to informacje o ukształtowaniu wybrzeża, dna morskiego, głębokościach, niebezpieczeństwach podwodnych np. wraki statków, portach, pływach i prądach, deklinacji magnetycznej, budowlach i innych obiektach nawigacyjnych na lądzie i wodzie jak latarnie morskie, latarniowce, stawy, pławy, o nakazanych trasach statków (ruty), o niebezpiecznych akwenach, łowiskach i wiele innych. Informacje te są zawsze przedstawiane za pomocą symboli, skrótów i znaków, które publikuje każdy wydawca map.
Na polskich jachtach do nawigacji używa się polskie i angielskie pomoce nawigacyjne. W/w symbole, znaki, skróty można znaleźć w angielskim wydaniu Admiralty Chart of Abbreviations.

W zależności od przeznaczenia mapy nawigacyjne dzieli się na mapy generalne, mapy drogowe, mapy brzegowe, mapy podejściowe oraz plany.

W odróżnieniu od globusa żadna mapa nie jest wiernym obrazem Ziemi, ponieważ tak naprawdę nie można przedstawić bez zniekształceń powierzchni kuli na płaszczyźnie. Najlepszym rozwiązaniem było by używanie w nawigacji globusa, ale jest to niemożliwe gdyż uzyskanie odpowiedniej dokładności wymagałoby globusów o monstrualnych rozmiarach.

Zniekształcenie powierzchni Ziemi na mapie (płaszczyźnie) zależy od sposobu odwzorowania, czyli tzw. rzutu. Mapa przeznaczona do prowadzenia nawigacji musi być wykonana w takim rzucie, który zapewnia przede wszystkim wierność kątów. Czyli kierunki wykreślane na mapie powinny odpowiadać kierunkom rzeczywistym, linie dróg statków powinny być na mapie liniami prostymi, również sposób mierzenia odległości powinien być łatwy. Warunek ten może być spełniony, jeżeli południki i równoleżniki będą się przecinać pod kątem prostym (układ zwany siatką mapy), czyli taki jak w rzeczywistości na powierzchni kuli ziemskiej. Jedynie mapa wykonana w rzucie Merkatora spełnia te wymagania.

Twórcą tego rzutu był holenderski kartograf Gerard Kremer (Mercator). Pierwsza taka mapa powstała ok. roku 1569. Rzut Merkatora nie jest dosłownie rzutem geometrycznym, powstaje on bowiem na drodze skomplikowanych obliczeń matematycznych.

Po wybraniu obszaru z globusa, który chcemy przedstawić na mapie, ograniczamy go równoleżnikami i południkami, tworząc w ten sposób siatkę mapy. Obszar ten rozcinamy wzdłuż południków i rozkładamy na płaszczyźnie (operacja podobna do obierania skórki pomarańczy). "Prostujemy" południki, czyli doprowadzamy do prostokątności siatki powstającej mapy. Jak widać następuje wówczas duże zniekształcenie powierzchni np. umowna wyspa w kształcie koła, leżąca bliżej bieguna północnego miałaby na tej mapie kształt spłaszczonej elipsy. Takie zniekształcenie powierzchni jest na mapie niedopuszczalne. Należy więc dokonać ostatniej czynności polegającej na takim "rozciągnięciu" równoleżników, aby zlikwidować zniekształcenia powierzchni. Czyli osiągnąć wymaganą wierność kątów. Łatwo zauważyć, że im dalej od równika, to "rozciągnięcie" równoleżników musi być większe. Powoduje to charakterystyczną cechę mapy Merkatora - zmieniającą się wraz z szerokością geograficzną podziałkę mapy. Widać to wyraźnie na rysunku - obszar 45° szerokości geograficznej jest dwukrotnie większy od tego samego obszaru położonego na równiku. Dlatego też odmierzając odległość np. 1 Mm czyli 1' na południku, rozchylenie cyrkla nawigacyjnego będzie wzrastało jeśli będziemy zbliżać się ku biegunom.

Nanoszenie pozycji

Chcąc nanieść pozycję na mapę lub odczytać współrzędne pozycji korzysta się z siatki geograficznej (południki i równoleżniki oznaczone w stopniach, minutach i sekundach). Określając szerokość geograficzną należy odmierzyć cyrklem nawigacyjnym odległość od pozycji do najbliższego równoleżnika, a następnie przenieść i odłożyć tę odległość od tego samego równoleżnika na bocznej prawej lub lewej ramce mapy. Długość geograficzną mierzy się podobnie z tą tylko różnicą, że odległość od pozycji mierzy się do najbliższego południka i odczytuje się na dolnej lub górnej ramce mapy.

Współrzędne przykładowej pozycji to: φ = 55° 08,9' N ; λ = 018° 56,9' E

Zwykle współrzędne odczytuje się z GPS-u i nanosi na mapę. Jest to rutynowa czynność i można się pomylić, co może się później okazać tragiczne w skutkach. Chciałbym w tym miejscu zacytować stare żeglarskie porzekadło:

Jeśli jesteś pewien pozycji swego jachtu, sprawdź ją powtórnie, a gdy przekonasz się, że była prawidłowa, sprawdź ją koniecznie po raz trzeci!

Wyznaczanie kursów

W nawigacji morskiej kierunek (kurs) wykreśla się na mapie jako linię prostą przechodzącą przez dwa punkty. Ów kierunek określany jest za pomocą kąta zawartego między kierunkiem północnym a kierunkiem danej linii. Kursy i namiary wykreśla się za pomocą trójkąta nawigacyjnego. Dla ułatwienia należy go kłaść na mapę zawsze kątem prostym w dół, do siebie. Odczyt jest zawsze od strony kąta prostego. Na prawo od południka to kursy od 0 do 180° (na trójkącie skala zewnętrzna - zielona), na lewo od południka to kursy od 180° do 360° (na trójkącie skala wewnętrzna - czerwona).

Przykładowo gdy chcemy od punktu "A" wyznaczyć kurs 335° lub 155° , należy przyłożyć trójkąt nawigacyjny do najbliższego południka tak by przeszedł on przez środek przeciwprostokątnej (zaznaczony punkt, czerwona kreska na ekierce) i żądany kierunek na skali, w tym wypadku 155° lub 335°. Przeciwprostokątna tak ułożonego trójkąta wskazuje pożądany kierunek. Następnie należy przy pomocy linijki przesunąć równolegle trójkąt, tak by przeciwprostokątna przeszła przez punkt "A".

Odczytywanie odległości

Chcąc odczytać odległość między dwoma punktami, należy przenieść tą odległość cyrklem nawigacyjnym na boczną, lewą lub prawą ramkę mapy i na tej samej szerokości geograficznej odczytać ilość minut, czyli mil morskich.

Na rysunku są dwie mierzone odległości które wynoszą 1,1 Mm. Należy pamiętać, że odległość, przebytą drogę mierzymy tylko na bocznych ramkach mapy, odmierzając zawsze na tej samej wysokości gdzie akurat jest odmierzana odległość.

Odczytywanie odległości z wykorzystaniem skali długości geograficznej

Nie zawsze możemy odczytywać odległość na mapie sposobem opisanym powyżej. W niektórych wypadkach (występujących bardzo sporadycznie), nie możemy posługiwać się skalą szerokości do odczytania odległości, ze względu na popełnienie przy odczycie dużego błędu. Ma to miejsce, gdy nawigację prowadzimy na mapie generalnej, na dodatek w dużych szerokościach, gdzie skala szerokości bardzo szybko rośnie (zwiększa się wartość liniowa każdej kolejnej minuty szerokości). Nawigator nie powinien być bezradny. W tym wypadku wykorzysta skalę długości geograficznej.

Popatrzmy na powyższy rysunek. Wartości liniowe szerokości szybko rosną. Zakładamy, że jedna jednostka liniowa szerokości na szkicu to (10'), czyli 10 Mm.

• Odczytujemy odległość między pozycjami A i B. Szerokości φ_A i φ_B rzutujemy na skalę szerokości.
• Odczytujemy rφ między tymi pozycjami. W naszym przypadku to około 70'0 (70 minut). Ten odczyt można też przedstawić jako (1°10'0).
• Przez pozycję A rysujemy południk, aż do przecięcia się ze skalą długościową. Otrzymujemy punkt C. Uwaga: taki południk rysujemy przez pozycję o mniejszej szerokości, może to być pozycja B.
• Od punktu C odmierzamy odcinek równy liczbie minut (lub stopni i minut), który jest równy rφ, i otrzymujemy punkt D, czyli, że odcinek CD posiada tyle minut długościowych ile minut szerokościowych posiada rφ.
• Odcinek CD odmierzamy na południku przechodzącym przez pozycję C poczynając od pozycji A w górę. I otrzymujemy punkt D'.
• Przez punkt D'przeprowadzamy równoleżnik, aż do przecięcia się z naszym kursem, czyli linią AB i otrzymamy punkt E.
• Odcinek AE (czerwona linia na szkicu w dolnej części odcinka AB) odmierzona na skali długości (gruba czerwona linia na szkicu, na skali długości, oznaczona d(Mm) odczytana w minutach długościowych da nam odległość w milach morskich.

Popatrzmy jeszcze raz na rysunek. Różowa pionowa linia A'B' to nasza odległość, czyli odcinek AB. Ta odległość równa jest około 75Mm. Natomiast obliczona na skali długości (gruba czerwona linia), to 80Mm. Jak widzimy mamy tutaj różnicę około 5Mm. Różnice takie mogą być dosyć duże i to tym warto pamiętać.

Jak, w takim razie obliczyć odległość w wypadku, gdy mamy do czynienia z kursami kardynalnymi:

• Południkowym, czyli KDd = 000° lub 180°. W tym wypadku d = rφ.
• Równoleżnikowym, czyli KDd = 090° lub 270°. W tym wypadku d = a = rλ cosφ (obie pozycie mają tą samą φ).

Uwaga: proszę pamiętać, że mamy tutaj do czynienia ze szkicem, na oryginalnej mapie, wyliczenia i rysunek, z pewnością będą wyglądać zupełnie inaczej.

---