Giáo trình đào tạo thuyền trưởng hạng ba môn Hàng hải và thiết bị hàng hải - Cục Đường thủy nội địa Việt Nam

Chia sẻ: Hoa La Hoa | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:50

Thêm vào BST

Báo xấu

174
lượt xem 33
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

"Giáo trình đào tạo thuyền trưởng hạng ba môn Hàng hải và thiết bị hàng hải" hay "Giáo trình hàng hải và thiết bị hàng hải" do Cục Đường thủy nội địa Việt Nam tổ chức biên soạn gồm 3 chương: Chương I: Địa văn - Chương II: Thiết bị hàng hải - Chương III: Thao tác hải đồ.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình đào tạo thuyền trưởng hạng ba môn Hàng hải và thiết bị hàng hải - Cục Đường thủy nội địa Việt Nam

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI CỤC ĐƯỜNG THỦY NỘI ĐỊA VIỆT NAM GIÁO TRÌNH ĐÀO TẠO THUYỀN TRƯỞNG HẠNG BA MÔN HÀNG HẢI VÀ THIẾT BỊ HÀNG HẢI 1
Năm 2014 LỜI GIỚI THIỆU Thực hiện chương trình đổi mới nâng cao chất lượng đào tạo thuyền viên, người lái phương tiện thủy nội địa quy định tại Thông tư số 57/2014/TT BGTVT ngày 24 tháng 10 năm 2014 của Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải. Để từng bước hoàn thiện giáo trình đào tạo thuyền viên, người lái phương tiện thủy nội địa, cập nhật những kiến thức và kỹ năng mới. Cục Đường thủy nội địa Việt Nam tổ chức biên soạn “Giáo trình hàng hải và thiết bị hàng hải”. Đây là tài liệu cần thiết cho cán bộ, giáo viên và học viên nghiên cứu, giảng dạy, học tập. Trong quá trình biên soạn không tránh khỏi những thiếu sót, Cục Đường thủy nội địa Việt Nam mong nhận được ý kiến đóng góp của Quý bạn đọc để hoàn thiện nội dung giáo trình đáp ứng đòi hỏi của thực tiễn đối với công tác đào tạo thuyền viên, người lái phương tiện thủy nội địa. CỤC ĐƯỜNG THỦY NỘI ĐỊA VIỆT NAM 2
Chương I ĐỊA VĂN Bài 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ QUẢ ĐẤT Trong khi xây dựng các bản đồ và các hải đồ, ta phải tính toán đến hình dáng và kích thước trái đất. Trái đất có hình dáng bề mặt rất phức tạp không thể đo chính xác được. Nhưng nói chung hình dáng của trái đất có dạng giống với hình elíp xoay gọi là Spheroid. Đó là hình mặt phẳng tiếp xúc với nó ở mọi điểm luôn vuông góc với đường dây rọi - Nó là một khối hình elíp quay quanh trục P NPS .Trong một vài ngành kỹ thuật cho phép sai số nhất định. Để giải quyết một số trường hợp trong các lĩnh vực như ngành hàng hải thì PN có thể coi nó giống như một hình cầu có bán kính không đổi .Ở đây nghiên cứu nó là một hình elíp với b các thông số sau: a - Bán trục lớn a - Bán trục nhỏ b PS - Độ dẹt = (ab) / a = 1b/ a Hình 1.1 Qua quá trình đo đạc a và b ngày càng hoàn thiện và chính xác. Nước ta và nhiều nước xã hội chủ nghĩa sử dụng kết quả đo đạc của giáo sư Viện sỹ Hàn lâm Liên Xô F.N.Crasopski đo năm 1940 đã được kiểm tra lại bằng sự khảo sát của vệ tinh nhân tạo a = 6.378.245 m b = 6.356.863 m = 1/ 298, 3 Như vậy nếu ta xây dựng một mô hình qủa đất có a = 1 m, b =0,997 m thì khi nhìn rất khó phân biệt được độ dẹt Các nước tư bản chủ nghĩa dùng các kết quả riêng do họ đo đạc 3
Trong hàng hải với độ chính xác cho phép, nên coi trái đất là hình cầu với bán kính R = 6.371.110 m = 6.371, 110 km Hay: R =3.437,8 Hải lý Bài 2: XÁC ĐỊNH PHƯƠNG HƯỚNG TRÊN MẶT BIỂN 2.1 Đường và mặt phẳng cơ bản của người đo Đứng ở bất kỳ điểm nào trên bề mặt trái đất người đo đều có những đường và mặt phẳng nhất định để làm cơ sở xác định phương hướng. Người ta đưa ra khái niệm về các đường thẳng và mặt phẳng cơ bản sau: 1/Đường chân trời thật. Là giao tuyến giữa mặt phẳng chân trời thật và bầu trời tưởng tượng 2/Mặt phẳng nằm ngang: (H) Mặt phẳng vuông góc với đường dây dọi gọi là mặt phẳng nằm ngang. Khi mặt phẳng H tiếp xúc với bề mặt đất thì h=0) Hình 2.1 Nếu mặt phẳng nằm ngang đi qua mắt người quan sát thì gọi là mặt phẳng chân trời thật 3/Mặt phẳng thẳng đứng: Một người đứng trên mặt đất sẽ có một hướng dây dọi. Mặt phẳng chứa đường dây dọi đó gọi là mặt phẳng thẳng đứng (V) 4/ Mặt phẳng kinh tuyến: Là mặt phẳng có chứa trục trái đất. Nếu mặt phẳng đi qua người quan sát thì gọi là mặt phẳng kinh tuyến người quan sát. 5/ Bắc Nam và đường Bắc Nam: Mặt phẳng kinh tuyến cắt mặt phẳng chân trời thật bởi một đường thẳng gọi là đường NS 6/ Mặt phẳng Đông Tây và đường Đông Tây: 4
Mặt phẳng thẳng đứng vuông góc với mặt phẳng kinh tuyến người quan sát gọi là mặt phẳng Đông Tây (R) 7/ Giao tuyến giữa mặt phẳng kinh tuyến người quan sát và mặt phẳng chân trời thật là đường Bắc Nam. Đường thẳng nằm trên mặt phẳng chân trời thật và vuông góc với đường N S là đường Đông Tây 2.2 Cách chia phương hướng Để xác định phương hướng trên bề mặt đất hay cụ thể là trên mặt phẳng chân trời thật người ta đã đưa ra các hệ thống phân chia khác nhau, trong đó có các điểm chính và hướng chính làm mốc Để thuận tiện, người ta chọn hướng NS làm hướng cơ bản. Nó chỉ gặp khó khăn khi người quan sát đứng ở cực, lúc đó hướng chính là vô định Có các hệ thống như sau: 1. Hệ nguyên vòng: - Điểm mốc được chọn là điểm N - Giới hạn tính góc: Tính từ điểm N, từ 00 3600 theo chiều kim đồng hồ. - Các điểm chính trên mặt phẳng chân trời thật là điểm E(có giá trị bằng 90 ), điểm S (giá trị góc 1800); điểm W (giá trị góc là 2700); điểm N (3600 hay 0 00) 2. Hệ ¼ vòng,. Là nguyên vòng chia ra thành 4 phần - Điểm mốc là điểm N và điểm S - Giới hạn tính góc. Tính từ điểm N hoặc điểm S về hai phía E, W tính từ 00 900 Thứ tự các góc phần tư + Góc phần tư thứ nhất: từ điểm N đến điểm E + Góc phần tư thứ hai: từ điểm N đến điểm W + Góc phần tư thứ ba: từ điểm S đến điểm E + Góc phần tư thứ tư: từ điểm S đến điểm W S 3. Cách chia điểm Ca: Hình 2.2 Là phương pháp phân chia phương hướng đầu tiên, theo phương pháp này vòng tròn được chia ra làm 32 phần bằng nhau mỗi phần gọi là một ca có trị số bằng: 1 ca = 3600/ 32 = 11015’ 4 ca chính. N, S, E, W và 4 ca phụ (NE, NW, SE, SW) 5
Còn lại là các ca trung gian NE: Đông Bắc SE: Đông Nam NNW N NNE SW: Tây Nam NW NE NW: Tây Bắc ENE NEN: Đông Đông Bắc WNW ESE: Đông Đông Nam W E SSE: Nam Đông Nam ESE SSW: Nam Tây Nam WSW WSW: Tây Tây Nam SE WNW: Tây Tây Bắc SW Hình 2.3 NNW: Bắc Tây Bắc SSW S SSE Bài 3: HẢI ĐỒ 3.1 Định nghĩa Hải đồ là một loại bản đồ địa hình ở trên biển cho ta biết tất cả mọi tình hình bố cục ở trên mặt biển, dưới đáy biển (độ sâu), các chướng ngại vật, tình hình bờ biển (địa hình ), các hình dạng đường biển, hình dáng, độ cao của đảo, núi… Ngoài ra hải đồ cho ta biết các bố trí về các thiết bị phụ trợ Hàng hải, vị trí và đặc điểm của chúng. Hải đồ được sử dụng để xác định vị trí tàu, vạch hướng đi và dự kiến các phương pháp hàng hải trong thời gian tới. Trên cơ sở những nguyên tắc và phương pháp toán học, người ta tính toán và thiết lập mối quan hệ ràng buộc chặt chẽ giữa tọa độ địa lý của các điểm trên bề mặt trái đất với hình chiếu của chúng trên mặt phẳng. Các yếu tố toán học của hải đồ bao gồm: phép chiếu hải đồ, tỷ xích hải đồ, mạng kinh vĩ... 3.2 Phân loại phép chiếu hải đồ Khác với việc sử dụng địa cầu mô tả hình dạng của bề mặt trái đất, bản đồ (hải đồ) chỉ thỏa mãn được một điều kiện nhất định: Đẳng giác hay đẳng tích hoặc không thỏa mãn cả hai điều kiện này. Song nếu bỏ qua những sai sót cho phép thì ta có thể vẽ được một phần trái đất lên bản đồ mà thỏa mãn được cả hai điều kiện đẳng giác và đẳng tích. 3.2.1 Phân loại theo đặc điểm sai sót (theo qui luật biến dạng) a) Phép chiếu đẳng giác: Là các phép chiếu thể hiện giá trị của góc không có sai số. Phép chiếu này cho phép nhận được hình dáng đúng đắn của đối tượng trên mặt chiếu nhưng kích thước thì thay đổi. 6
b) Phép chiếu đẳng diện: cho phép thể hiện hải đồ với giá trị diện tích của các đối tượng được thể hiện một cách chính xác nhưng hình dáng của chúng bị thay đổi c) Phép chiếu tự do: Không đẳng diện, không đẳng giác. d) Phép chiếu đẳng cự (đẳng khoảng cách): Là một trong những phép chiếu tự do. Phép chiếu này thể hiện khoảng cách theo những hướng chính không thay đổi và bằng tỷ lệ chính Không có phép chiếu nào vừa đẳng diện vừa đẳng giác, sai số về góc càng nhỏ thì sai số diện tích càng lớn và ngược lại 3.2.2 Phân loại theo cách dựng a) Phép chiếu phương vị Phép chiếu phương vị có hai loại: Phối cảnh và không phối cảnh + Phép chiếu phương vị phối cảnh Khi ta cho mặt phẳng chiếu tiếp xúc với địa cầu và vuông góc với đường tia chiếu (PnO), ta có hình chiếu của các vĩ tuyến là các vòng tròn đồng tâm còn các đường kinh tuyến là những đường thẳng hội tụ tại điểm tiếp xúc. Tâm chiếu O có thể nằm bất kỳ: Hình 3.1 + Phép chiếu phương vị không phối cảnh Người ta không dùng phép chiếu để thể hiện các đường kinh, vĩ tuyến mà tùy thuộc vào điều kiện cần thỏa mãn mà qui định cách vẽ riêng. Ví dụ người ta vẽ hình cầu của trái đất b) Phép chiếu hình nón Ta chọn một mặt nón tiếp xúc với hình cầu còn trục hình nón thì trùng với trục quay của khối cầu. Ta sẽ chiếu các đường kinh vĩ tuyến lên mặt nón rồi trải dài ra trên mặt phẳng 7
Các đường vĩ tuyến lúc này là những cung tròn đồng tâm có bán kính phụ thuộc vào vĩ độ. Các đường kinh tuyến là những đường thẳng, góc giữa các đường kinh tuyến sẽ là δ= C.λ ( C là hệ số tỉ lệ) - Nếu trục hình nón vuông góc với trục quay của địa cầu ta có phép chiếu ngang - Nếu 0
Hải đồ là một phương tiện không thể thiếu dùng để hàng hải nhưng mức độ tin cậy của chúng thì lại khác nhau. Để đánh giá mức độ tin cậy của một hải đồ cần phải xem xét tới các yếu tố sau: - Thời gian xuất bản và tu chỉnh hải đồ: Những hải đồ mà thời gian xuất bản càng gần thời gian sử dụng hoặc đã được tu chỉnh mới nhất thì có độ tin cậy càng lớn. Số liệu ngày tháng, năm xuất bản được ghi ở góc bên trái phía dưới hải đồ - Tỉ lệ hải đồ: Hải đồ có tỉ lệ càng lớn thì càng thể hiện được chi tiết và độ chính xác càng cao - Giá trị độ sâu ghi trên hải đồ: Nếu độ sau được ghi một cách liên tục, mật độ dày đặc thì chứng tỏ đáy biển đã được khảo sát kỹ càng và càng tin cậy. Hải đồ có những khoảng trống không được ghi độ sâu hoặc có những đường đẳng sâu chưa đầy đủ và như vậy chưa đáng tin cậy - Hình thể và chất đáy của biển: Hình thể đáy biển biết được qua độ sâu ghi trên hải đồ, nếu hình thể đáy biển biến thiên đều đặn chứng tỏ đáy biển không phức tạp, không có những biến thiên đột ngột của đáy như san hô, núi lửa ngầm...Ngoài ta chất đáy cho ta biết tính chất phức tạp hay thuần túy của nó 5 Những chú ý khi sử dụng hải đồ - Phải sử dụng hải đồ có tỉ lệ xích lớn và được lập theo những số liệu mới nhất gần với thời gian sử dụng - Nếu trên hải đồ có những khoảng trống không ghi độ sâu thì ta coi khu vực đó chưa được khảo sát và có thể nguy hiểm. Nếu xung quanh đó có độ sâu nhỏ thi không hàng hải vào khu vực đó - Khu vực có độ sâu thay đổi lớn thì chứng tỏ địa hình đáy biển phức tạp cần hàng hải một cách cẩn thận, hoặc khu vực mà san hô đang phát triển thì không nên dẫn tàu đi qua - Phải đọc kỹ các khuyến cáo, ghi chú ghi trên hải đồ trước khi sử dụng - Cần chuẩn bị và tu chỉnh tốt hải đồ trước khi sử dụng 9
Bài 4: DỰ ĐOÁN ĐƯỜNG TÀU CHẠY VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ TÀU 4.1 Dự đoán đường tàu chạy bằng cách vẽ (thao tác) Để dẫn tàu an toàn phải dự đoán trước được hướng và quãng đường tàu chạy dựa trên cơ sở phân tích tổng hợp tình hình khí tượng thủy văn, phao tiêu, luồng lạch, nhiệm vụ chuyến đi… Trong phương pháp dự đoán bằng cách vẽ, người ta thường xuyên kiểm tra đường đi của tàu bằng các vị trí xác định. Toàn bộ công tác vẽ họa trên hải đồ, thống kê và kiểm tra sự chuyển động của con tàu gọi là thao tác hải đồ. 4.1.1 Thao tác sơ bộ Bất cứ con tàu nào trước mỗi chuyến đi đều phải thao tác sơ bộ. trước khi thao tác sơ bộ phải nghiêm cứu kỹ các chỉ dẫn hàng hải, như hàng hải chỉ nam, danh mục phao tiêu, đèn biển, tình hình khí tượng thủy văn, tu chỉnh hải đồ theo những thông báo hàng hải mới nhất có trong tay. Việc thao tác sơ bộ được tiến hành trên tổng đồ. Khi thao tác phải: - Nghiên cứu tuyến đường sắp tới - Chọn đường đi tối ưu, an toàn - Thao tác hướng HT và quãng đường tàu chạy - Đảm bảo diện tích cần thiết cho phép tàu đi chệch ra khỏi đường đi dự tính do các nguyên nhân khác nhau - Ghi rõ các điểm chuyển hướng, đánh dấu các mục tiêu quan trọng dùng để chuyển hướng - Dự tính thời gian chuyến đi để tính các khoản dự trù khác - Kiểm tra hải đồ, sách tham khảo Khi buộc tàu phải chạy qua những vùng nguy hiểm, cần tính toán sao cho tàu chạy vào ban ngày 4.1.2 Thao tác sơ bộ Việc thao tác chính thức được tiến hành trên hải đồ dẫn đường có tỷ lệ xích lớn. Trước khi thao tác phải chuẩn bị đầy đủ các dụng cụ. Việc thao tác phải: - Thao tác trên hải đồ đã được hiệu chỉnh và có tỉ lệ xích lớn nhất - Thao tác liên tục trong suốt thời gian từ cảng xuất phát đến cảng đích - Thao tác chu đáo cẩn thận, chú ý tới khả năng tàu có thể chệch khỏi hướng đi - Thao tác liên tục từ điểm này tới điểm khác, không bỏ lỡ dịp kiểm tra 10
bằng vị trí xác định - Cẩn thận, sạch sẽ Khi thao tác hướng thật phải ghi HL, ΔL. Bên cạnh mỗi điểm dự đoán hay xác định phải ghi giờ quan trắc và chỉ số tốc độ kế. giờ quan trắc ghi ở tử số với độ chính xác tới 1 phút, chỉ số quãng đường trên tốc độ kế ghi ở mẫu số với độ chính xác tới 0,1 vạch chia, vạch phân số kẻ song song với vĩ tuyến. nếu có ảnh hưởng của yếu tố bên ngoài như gió, dòng, ngoài HT phải thao tác hướng thực tế của tàu. Các vị trí xác định phải ghi đúng ký hiệu qui định. Khi chạy biển ít nhất 1 giờ phải xác định vị trí một lần. khi hành trình qua luồng hẹp hay các khu vực nguy hiểm phải xác định vị trí liên tục 3 đến 5 phút 1 lần Toàn bộ công tác thao tác hải đồ chỉ được xóa khi có lệnh của thuyền trưởng 4.2 Phương pháp xác định vị trí tàu 4.2.1 Xác định vị trí tàu bằng hai phương vị 4.2.1.1 Cơ sở lý thuyết Trong khi tàu hành trình, nếu trên tàu quan sát được bằng mắt thường được 2 mục tiêu có ghi trên hải đồ và có la bàn với số hiệu chỉnh chính xác. Ta dùng la bàn tiến hành đo đồng thời hai phương vị tới hai mục tiêu thì vị trí tàu là giao của hai đường phương vị PT. Chọn mục tiêu gần tàu sao cho θ = 300 1500 4.2.1.2 Thứ tự tiến hành Đo PLA và PLB ghi T/TK, mục tiêu gần mũi lái đo trước, chính ngang đo sau. Hiệu chỉnh ΔL được PT, trên hải đồ ta thao tác PTAN, PTBN, giao của chúng cho ta vị trí tàu. Nếu thời gian quan trắc lớn hơn 1 phút, tốc độ tàu lớn hơn 12kts ta phải qui về cùng một thời điểm. PLA1 và PLB ghi T/TK; đo PLA2; PLAN Tính PLA = (PLA1 + PLA2 ). PLBN Chọn sao cho Δt1 = Δt2 Hình 4.1 4.2.1.3 Nhận xét và đánh giá Ưu điểm : Đây là phương pháp đơn giản, nhanh chóng được áp dụng nhiều trong thực tế. Nhược điểm: Không kiểm tra được sai số nhầm lẫn của vị trí tàu F vì không có mục tiêu thứ 3 để kiểm tra. 11
4.2.2 Xác định vị trí tàu bằng ba phương vị 4.2.2.1 Cơ sở lý thuyết Trong khi tàu hành trình, nếu trên tàu quan sát được ba mục tiêu có ghi trên hải đồ. Dùng la bàn đo 3 phương vị đến ba mục tiêu. Nếu cạnh của tam giác sai số nhỏ hơn 5mm trên hải đồ có tỉ xích 1:200.000 ta có thể lấy tâm của tam giác sai số làm vị trí tàu. Nếu không ta phải khử tam giác sai số. 4.2.2.2 Thứ tự tiến hành Để nâng cao độ chính xác chọn mục tiêu thuận tiện cho việc đo phương vị và chọn sao cho 300
Hình 4.2 4.2.2.4 Nhận xét và đánh giá Phương pháp này cho phép kiểm tra độ chính xác của sai số la bàn Khi xác định vị trí tàu bằng 2 đường vị trí thì việc đánh giá độ chính xác của vị trí xác định hết sức khó khăn. Nếu ta dùng 3 đường vị trí có thêm đường vị trí thứ 3 để kiểm tra. 4.3 Xác định vị trí tàu bằng hai khoảng cách 4.3.1 Cơ sở phương pháp Trong khi tàu hành trình, nếu trên tàu quan sát được hai mục tiêu có ghi rõ trên hải đồ và thuận tiện cho việc đo khoảng cách. Từ tàu sử dụng radar đo khoảng cách tới 2 mục tiêu trên ta sẽ xác định được hai đường đẳng trị là hai cung tròn có tâm là hai mục tiêu và bán kính lần lượt là khoảng cách đo được tới hai mục tiêu đó. Thao tác 2 cung tròn đó lên hải đồ. Giao điểm của hai cung tròn này là gần vị trí dự đoán là vị trí tàu xác định. 4.3.2 Thứ tự tiến hành Khi đã xác định được hai mục tiêu A, B dùng để xác định vị trí tàu. Nhanh chóng sử dụng radar đo khoảng cách tới hai mục tiêu theo nguyên tắc mục tiêu nào biến thiên chậm đo trước, mục tiêu nào biến thiên nhanh đo sau. Giả sử đo khoảng cách mục tiêu A ta được DA A Giả sử đo khoảng cách mục tiêu B B ta được DB DB DA 4.3.3 Thao tác Trên hải đồ lấy A, B làm tâm lần HT lượt quay các cung tròn có bán kính F 13 Hình 4.3
tương ứng DA, DB. Giao điểm của hai cung tròn vừa vẽ ở gần vị trí dự đoán là vị trí tàu xác định. Nếu Δt lớn ta phải qui về cùng một thời điểm. 4.4 Xác định vị trí tàu bằng ba khoảng cách 4.4.1/ Cơ sở phương pháp Trong khi tàu hành trình, nếu trên tàu quan sát được ba mục tiêu có ghi rõ trên hải đồ và thuận lợi cho việc đo khoảng cách bằng radar. Từ tàu sử dụng radar đo nhanh khoảng cách tới 3 mục tiêu trên ta sẽ xác định được 3 đường đẳng trị là 3 cung tròn có tâm là 3 mục tiêu và bán kính lần lượt là khoảng cách đo được tới 3 mục tiêu đó. Thao tác 3 cung tròn đó lên hải đồ. Giao điểm của 3 cung tròn đó ở gần vị trí dự đoán là vị trí tàu xác định. 4.4.2 Thứ tự tiến hành Khi đã xác định được 3 mục tiêu A, B, C dùng để xác định vị trí tàu. Sử dụng Radar nhanh chóng đo khoảng cách tới các mục tiêu đó: mục tiêu gần chính ngang đo trước, mục tiêu gần mũi lái đo sau. 4.4.3 Thao tác Trên hải đồ lấy A, B, C làm tâm lần lượt quay các cung tròn có bán kính tương ứng DA, DB, DC. Theo lý thuyết 3 cung tròn sẽ giao nhau tại một điểm ở gần vị trí dự đoán và đó chính là vị trí tàu xác định. Nhưng do có sai số do đo thực tế 3 cung tròn trên sẽ giao nhau tạo thành một tam A B giác gọi là tam giác sai số. Nếu cạnh của DB Hình 4.4 tam giác đó
4.5 Xác định vị trí tàu bằng một phương vị và một khoảng cách đồng thời đến một mục tiêu. 4.5.1 Cơ sở phương pháp Trong khi tàu hành trình, nếu trên tàu quan sát được một mục tiêu có ghi rõ trên hải đồ, thuận tiện cho việc đo phương vị và khoảng cách tới mục tiêu. Ta tiến hành đo đồng thời khoảng cách và phương vị tới mục tiêu đó ta sẽ xác định được 2 đường đẳng trị đường phương vị và đường tròn khoảng cách. Giao của hai đường đẳng trị cho ta vị trí tàu xác định. Phương pháp này đơn giản nhanh chóng và tương đối chính xác và được sử dụng rộng rãi trong hàng hải. Ngoài ra khi ở khu vực hàng hải có hai mục tiêu, một mục tiêu thuận lợi cho việc đo phương vị (mục tiêu A), một mục tiêu thuận lợi cho việc đo khoảng cách (mục tiêu B) ta cũng có thể sử dụng phương pháp này. Ta đồng thời đo phương vị tới mục tiêu A và đo khoảng cách tới mục tiêu B. 4.5.2 Thứ tự tiến hành Vào thời điểm xác định vị trí của mục tiêu đồng thời đo khoảng cách và phương vị tới mục tiêu A (trường hợp một mục tiêu) hay đồng thời đo khoảng cách tới mục tiêu B và phương vị mục tiêu A (trường hợp hai mục tiêu). Để đo phương vị ta có thể dùng la bàn hoặc radar nhưng để nâng cao độ chính xác của vị trí xác định nên sử dụng la bàn để đo phương vị tới mục tiêu vì sai số trong việc đo phương vị bằng la bàn nhỏ hơn nhiều so với phương vị bằng radar. Để đo khoảng cách ta dùng radar, 4.5.3 Thao tác A DA F HT PTNA Hình 4.5 Đo phương vị tới A được PLA, hiệu chỉnh độ lệch la bàn ΔL ta được PTA Đo khoảng cách tới A được DA Từ A kẻ PTNA và vẽ cung tròn DA giao của hai đường cho ta vị trí tàu F vào thời điểm T/TK 15
16
Bài 5: HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS 5.1 Cấu tạo của hệ thống định vị toàn cầu Hệ thống định vị toàn cầu bao gồm 3 khâu: - Khâu vệ tinh. - Khâu điều khiển. - Khâu sử dụng. 5.1.1 Khâu vệ tinh: Gồm 28 vệ tinh quay xung quanh trái đất hai lần trong ngày trong quỹ đạo rất chính xác. Hình 5.1 Phần vũ trụ sẽ bảo đảm cho bất kỳ vị trí nào trên quả đất đều có thể quan sát được 4 vệ tinh ở góc trên 15 độ (nếu góc ở ngưỡng 10 độ thì có thể quan sát được 10 vệ tinh và ở góc ngưỡng 5 độ có thể quan sát được 12 vệ tinh. Nhiệm vụ chủ yếu của các vệ tinh. ¡ Ghi nhận và lưu trữ các thông tin được truyền đi từ khâu điều khiển. ¡ Xử lý dữ liệu có chọn lọc trên vệ tinh. ¡ Duy trì chính xác cao của thời gian bằng các đồng hồ nguyên tử ¡ Chuyển tiếp thông tin đến người sử dụng. ¡ Thay đổi quỹ đạo bay của vệ tinh theo sự điều khiển từ mặt đất 5.1.2. Khâu điều khiển Gồm một trạm điều khiển chính, 5 trạm thu số liệu, 3 trạm truyền số liệu Công nghệ xử lý gồm: Tính lịch thiên văn, tính và hiệu chỉnh đồng hồ, hiệu chỉnh quỹ  Bộ phận điều khiển trên mặt đất mô tả trên hình vẽ, các trạm giám sát không cần người trông coi, chịu sự kiểm soát của trạm điều khiển chính, có nhiệm vụ thu thập thông tin từ vệ tinh, liên tục kiểm soát vị trí vệ tinh, cập nhật thời gian và cung cấp lịch sao cho vệ tinh dùng để đảm bảo sự đồng bộ thời gian với thời gian chuẩn và vị trí trên trái đất. các dữ liệu này được truyền về trạm điều khiển chính 17
Hình 5.2 Trạm điều khiển chính tiếp nhận, xử lý các thông tin, sai số dữ liệu…từ các trạm giám sát truyền về và cập nhật, biên tập các bản tin đạo hàng, cung cấp thời gian chuẩn, tính toán các thông số vệ tinh, đưa ra các lệnh điều khiển… rồi truyền chúng đến các trạm dẫn động, định giờ phát đến các vệ tinh GPS 5.1.3. Khâu sử dụng gồm Khi ta di chuyển hay dừng tại chỗ, máy thu GPS nhận tín hiệu từ vệ tinh rồi tính tóan định vị. Kết quả tính được là tọa độ hiển thị trên màn hình bộ ghi số liệu. Bộ ghi số liệu là máy cầm tay, có phần mềm thu thập số liệu. Bộ ghi số liệu có thể ghi vị trí hoặc gắn thông tin thuộc tính với vị trí. Máy tính, phần mềm xử lý số liệu: Hệ thống GPS có kèm theo phần mềm xử lý số liệu. Sau khi thu thập số liệu ở thực địa, phần mềm chuyển số liệu vị trí và thông tin thuộc tính sang máy tính (PC), sau đó phần mềm sẽ nâng cao độ chính xác (bằng kỹ thuật phân sai). Phần mềm xử lý số liệu GPS còn có chức năng biên tập hoặc vẽ. Phần mềm này cũng hỗ trợ thu thập các yếu tố địa lý và thông tin thuộc tính cho GPS hoặc các cơ sở dữ liệu khác. 5.2 Nguyên lý xác định vị trí bằng GPS Để giải thích một cách đơn giản, theo như hình 22.04, đầu tiên giả sử đã biết vị trí của hai vệ tính trong không gian, cả hai vệ tinh và máy thu của người sử dụng đều trang bị các đồng hồ đồng bộ với nhau. Khi vệ tinh phát ra một tín hiệu vào thời điểm được ghi lại trên đồng hồ người sử dụng và người sử 18 Hình 5.3
dụng thu nhận được tín hiệu đó sau 1 giây, thời lượng sóng truyền lan từ vệ tinh đến người sử dụng là c.t (trong đó c là tốc độ sóng radio trong không gian bằng 300.000 km/s). Vị trí của người quan sát nằm trên một quả cầu tưởng tượng có bán kính R = c.t. Vị trí người quan sát vừa nằm trên quả cầu tưởng tượng vừa nằm trên trái đất, cho nên vị trí đó chắc chắn nằm trên đường giao nhau của mặt quả cầu và mặt trái đất, đó là đường vị trí thứ nhất A. Cùng cách như vậy, đồng thời đo khoảng cách đến một vệ tinh khác ta có đường vị trí thứ hai B. hai điểm P là vị trí của người quan sát. Hai đường vị trí này cắt nhau tại hai điểm, trong đó điểm P là vị trí của người quan sát. Hai điểm đó thường cách nhau rất xa nên không thể nhầm lẫn được Để thực hiện việc đo khoảng cách, có 3 vấn đề cần giải quyết: 1. Xác định mối quan hệ giữa đồng hồ máy thu GPS của người dùng với đồng hồ trên vệ tinh 2. phương pháp đo thời gian với độ chính xác cao, sai số thời gian 107s tương với sai số đo khoảng cách là cxt = 3x108x107 = 30 mét 3. thông báo cho người sử dụng thời gian chính xác mà vệ tinh phát tín hiệu 5.3 Độ chính xác của hệ thống GPS - Sai số do hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh không chính xác Khoảng cách tính toán từ vệ tinh đến máy thu phụ thuộc vào khoảng thời gian truyền tín hiệu ∆T mà máy thu đo được. Mặt khác khoảng thời gian ∆T lại phụ thuộc rất lớn vào đồng hồ của vệ tinh và của máy thu GPS. Trên mỗi vệ tinh người ta trang bị đồng hồ nguyên tử có độ chính xác rất cao, nó có sai số không quá 2.10 3 s trong 1 ngày. Tuy nhiên đồng hồ nguyên tử vệ tinh lại lệch so với giờ chuẩn 10 3 s và tuy độ lệch này luôn được hiệu chỉnh, song số hiệu chỉnh này vẫn có sai số ảnh hưởng đến độ chính xác của vị trí tàu. Sai số này khoảng 15m - Sai số do lập lịch vệ tinh không chính xác Trên cơ sở quan sát vệ tinh, khâu điều khiển dự đoán, tính toán quỹ đạo, vị trí của vệ tinh trong tương lai để cung cấp cho máy thu tính toán xác định vị trí. Tuy nhiên, quỹ đạo của vệ tinh lại chịu ảnh hưởng của lực hấp dẫn của nhiều thành phần như: trái đất, mặt trời và các thiên thể…có độ lớn khó tính toán trước được nên việc lập lịch vệ tinh dễ có sai số. Tất cả các nguyên nhân này gây sai số đối với vị trí xác định khoảng 8.4m - Sai số do tầng khí quyển Khi sóng truyền từ vệ tinh xuống mặt đất phải xuyên qua lớp khí quyển bao quanh nên nó làm cho sóng truyền thay đổi tốc độ và bị khúc xạ đặc biệt là khi xuyên qua tầng ion. Sai số do tầng ion tác động lên vị trí xác định vào 19
khoảng 2030m vào ban ngày và 36m vào ban đêm, sai số này không thể hiệu chỉnh và khử hết nên nó vẫn tồn tại khoảng 2m - Sai số lựa chọn Với mục đích bảo mật, sai số này khoảng 39 m. đối với máy thu GPS thì sai số này được biết trước và loại trừ được - Sai số do nhiễu máy thu, do phản xạ, do người quan sát di chuyển Tổng hợp sai số này khoảng 6m - Độ suy giảm mức chính xác sai số DOP Đặc tính hình học của vệ tinh được thể hiện bằng thông số DOP, thông số đặc tính hình học này biểu thị độ chính xác của vị trí tàu. Về mặt hình học, có thể coi như nếu các vệ tinh càng phân bố rộng trên không gian thì độ chính xác càng tăng, giống như trường hợp góc kẹp giữa các đường vị trí càng gần 900 trong hàng hải địa văn thì độ chính xác càng cao Tổng hợp trung bình các loại sai số trên được thống kê theo bảng sau: Nguyên nhân gây sai số Sai số Sai số do đồng hồ vệ tinh 15m Sai số tầng ion và độ trễ ở tầng khí 5.5m quyển Sai số do phản xạ 6m Sai số do đồng hồ máy thu 3m Sai số lựa chọn SA 30m Sai số do lịch vệ tinh khơng chính xác 8.4m Cc sai số khác 20m CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1 Câu 1: Trình bày những khái niệm cơ bản về quả đất? Câu 2: Trình bày các phép chiếu trên hải đồ? Câu 3: Trình bày các sai số trong hệ thống GPS? Câu 4: Trình bày cách xác định vị trí tàu bằng 2 đường khoảng cách? Câu 5: Trình bày cách xác định vị trí tàu bằng 3 đường khoảng cách? Câu 5: Trình bày cách xác định vị trí tàu bằng 2 phương vị? Câu 6: Trình bày cách xác định vị trí tàu bằng 3 phương vị? Câu 7: Trình bày cách xác định vị trí tàu bằng 1 phương vị và 1 khoảng cách? 20