Наблюдатель, находясь в море, может увидеть тот или иной ориентир лишь в том случае, если его глаз окажется выше траектории или, в предельном случае, на самой траектории луча, идущего от вершины ориентира касательно к поверхности Земли (смотрите рисунок). Очевидно, что упомянутый предельный случай будет соответствовать моменту, когда ориентир открывается приближающемуся к нему наблюдателю или скрывается, когда наблюдатель удаляется от ориентира. Расстояние по поверхности Земли между наблюдателем (точка С), глаз которого находится в точке С1 и объектом наблюдения В с вершиной в точке В1 соответствующее моменту открытия или скрытия этого объекта, называется дальностью видимости ориентира.
На рисунке видно, что дальность видимости ориентира В складывается из дальности видимого горизонта ВА с высоты ориентира h и дальности видимого горизонта АС с высоты глаза наблюдателя е, т. е.
Дп = дуга ВС = дуга ВА + дуга АС
Дп = 2,08v h + 2,08v e = 2,08 (v h + v e) (18)
Дальность видимости, рассчитанная по формуле (18), называется географической дальностью видимости предмета. Ее можно рассчитать, сложив выбранные из упомянутой выше табл. 22-а МТ раздельно дальности видимого горизонта для каждой из заданных высот h u e
По табл. 22-а находим Дh=25 миль, Дe =8,3 мили.
Следовательно,
Дп = 25,0 +8,3 = 33,3 мили.
Табл. 22-в, помещенная в МТ, дает возможность непосредственно получить полную дальность видимости ориентира по его высоте и высоте глаза наблюдателя. Табл. 22-в рассчитана по формуле (18).
Эту таблицу вы можете увидеть здесь.
На морских картах и в навигационных пособиях показывается дальность видимости Д„ ориентиров для постоянной высоты глаза наблюдателя, равной 5 м. Дальность же открытия и скрытия предметов в море для наблюдателя, высота глаза которого не равна- 5 м, не будет соответствовать дальности видимости Дк, показанной на карте. В таких случаях дальность видимости ориентиров, показанную на карте или в пособиях, необходимо исправлять поправкой за разность высоты глаза наблюдателя и высоты, равной 5 м. Эта поправка может быть рассчитана исходя из следующих соображений:
Дп = Дh + Де,
Дк = Дh + Д5,
Дh = Дк - Д5 ,
где Д5 -- дальность видимого горизонта для высоты глаза наблюдателя, равной 5 м.
Подставим из последнего равенства значение Дh в первое:
Дп = Дк - Д5 + Де
Дп = Дк + (Де - Д5) = Дк + ^ Дк (19)
Разность (Де -- Д5) = ^ Дк и является искомой поправкой к дальности видимости ориентира (огня), указанной на карте, за разность высоты глаза наблюдателя и высоты, равной 5 м.
Для удобства на походе можно рекомендовать штурману иметь на мостике поправки, заранее рассчитанные для различных уровней глаза наблюдателя, находящегося на различных надстройках корабля (палуба, ходовой мостик, сигнальный мостик, места установки пелорусов гирокомпаса и т. п.).
Пример 2. На карте у маяка показана дальность видимости Дк = 18 миль, Рассчитать дальность видимости Дп этого маяка с высоты глаза 12 м и высоту маяка h.
По табл. 22-а МТ находим Д5 = 4,7 мили, Де = 7,2 мили.
Рассчитываем ^ Дк = 7,2 -- 4,7=+2,5 мили. Следовательно, дальность видимости маяка с е = 12 м будет равна Дп = 18+2,5= =20,5 мили.
По формуле Дк = Дh + Д5 определим
Дh = 18 -- 4,7=13,3 мили.
По табл. 22-а МТ обратным входом находим h = 41 м.
Все изложенное о дальности видимости предметов в море относится к дневному времени, когда прозрачность атмосферы соответствует среднему ее состоянию. Во время переходов штурман должен учитывать возможные отклонения состояния атмосферы от средних условий, накапливать опыт оценки условий видимости, с тем чтобы научиться предвидеть возможные изменения в дальности видимости предметов в море.
В ночное время дальность видимости маячных огней определяется оптической дальностью видимости. Оптическая дальность видимости огня зависит от силы источника света, от свойств оптической системы маяка, прозрачности атмосферы и от высоты установки огня. Оптическая дальность видимости может быть больше или меньше дневной видимости одного и того же маяка или огня; эта дальность определяется экспериментальным путем из многократных наблюдений. Оптическая дальность видимости маяков и огней подбирается для ясной погоды. Обычно светооптические системы подбирают так, чтобы оптическая и дневная географическая дальности видимости были одинаковыми. Если эти дальности отличаются одна от другой, то на карте указывается меньшая из них.
Дальность видимости горизонта и дальность видимости предметов для реальной атмосферы можно определить опытным путем с помощью радиолокационной станции или по обсервациям.
Вопрос №10.
Дальность видимого горизонта. Дальность видимости предмета...
Географическая дальность видимости горизонта
Пусть высота глаза наблюдателя, находящегося в точке А" над уровнем моря, равна е (рис. 1.15). поверхности Земли в виде сферы радиусом R
Лучи зрения, идущие к А" и касательные к поверхности воды по всем направлениям, образуют малый круг КК", который называется линией теоретически видимого горизонта .
Вследствие различной плотности атмосферы по высоте луч света распространяется не прямолинейно, а по некоторой кривой А"В , которая может быть аппроксимирована окружностью радиусом ρ .
Явление искривления зрительного луча в атмосфере Земли называется земной рефракцией и обычно увеличивает дальность теоретически видимого горизонта. наблюдатель видит не КК", а линию BB", являющуюся малым кругом, по которой поверхность воды касается небосвода Это видимый горизонт наблюдателя .
Коэффициент земной рефракции рассчитывают по формуле. Его среднее значение:
Угол рефракции r определяется, как показано на рисунке, углом между хордой и касательной к окружности радиуса ρ .
Сферический радиус А"В называется географической или геометрической дальностью видимого горизонта Де . Эта дальность видимости не учитывает прозрачность атмосферы, т. е. считается, что атмосфера идеальна с коэффициентом прозрачности т = 1.
Проведем через точку А" плоскость истинного горизонта Н, тогда вертикальный угол d между Н и касательной к зрительному лучу А"В будет называться наклонением горизонта
В Мореходных таблицах МТ-75 есть табл. 22 «Дальность видимого горизонта», рассчитанная по формуле (1.19).
Географическая дальность видимости предметов
Географическая дальность видимости предметов в море Дп , как следует из предыдущего параграфа, будет зависеть от величины е - высоты глаза наблюдателя, величины h - высоты предмета и от коэффициента рефракции х .
Величина Дп определяется наибольшим расстоянием, на котором наблюдатель увидит его вершину над линией горизонта. В профессиональной терминологии существует понятие дальности, а также моментов «открытая» и «закрытия» навигационного ориентира, например маяка или судна. Расчет такой дальности позволяет штурману иметь дополнительную информацию о приближенном месте судна относительно ориентира.
где Дh - дальность видимости горизонта с высоты предмета
На морских навигационных картах географическая дальность видимости навигационных ориентиров дается для высоты глаза наблюдателя е = 5 м и обозначается как Дк - дальность видимости, указанная на карте. В соответствии с (1.22) она вычисляется так:
Соответственно, если е отличается от 5 м, то для расчета Дп к дальности видимости на карте необходима поправка, которая может быть вычислена следующим образом:
Несомненно, что Дп зависит от физиологических особенностей глаза наблюдателя, от остроты зрения, выраженной в разрешающей способности у .
Разрешающая способность по углу - это наименьший угол, на котором два предмета различаются глазом как раздельные, т. е. в нашей задаче - это способность различить предмет и линию горизонта.
Рассмотрим рис. 1.18. Запишем формальное равенство
В силу действия разрешающей способности у предмет будет виден лишь при условии, что его угловые размеры будут не меньше у , т. е. он будет иметь высоту над линией горизонта не менее СС" . Очевидно, что у должна уменьшать дальность, рассчитываемую по формулам (1.22). Тогда
Отрезок СС" фактически уменьшает высоту объекта А.
Полагая, что в ∆А"СС" углы С и С" близки к 90°, находим
Если мы хотим получить Дп y в милях, а СС" в метрах, то формулу для расчета дальности видимости предмета, с учетом разрешающей способности человеческого глаза, надо привести к виду
Влияние гидрометеорологических факторов на дальность видимости горизонта, предметов и огней
Дальность видимости может трактоваться как априорная дальность без учета текущей прозрачности атмосферы, а также контрастности объекта и фона.
Оптической дальности видимости - это дальность видимости, зависящая от способности человеческого глаза различать предмет по яркости на некотором фоне, или, как говорят, различать определенный контраст.
Дневная оптическая дальность видимости зависит от контраста между наблюдаемым объектом и фоном местности . Дневная оптическая дальность видимости представляет собой наибольшее расстояние, на котором видимый контраст между объектом и фоном становится равным пороговой контрастности.
Ночная оптическая дальность видимости это максимальная дальность видимости огня в данное время, определяемая силой света и текущей метеорологической видимостью.
Контраст К можно определить так:
Где Вф - яркость фона; Вп - яркость предмета.
Минимальная величина К называется порогом контрастной чувствительности глаза и равна в среднем 0,02 для дневных условий и предметов, имеющих угловые размеры около 0,5°.
Часть светового потока огней маяков поглощается частицами, содержащимися в воздухе, поэтому происходит ослабление силы света. Это характеризуется коэффициентом прозрачности атмосферы
где I 0 - сила света источника; /1 - сила света на некотором расстоянии от источника, принимаемого за единицу.
К
оэффициент
прозрачности атмосферы всегда меньше
единицы, а значит, географическая
дальность
- это тот теоретический максимум,
которого в реальных условиях дальность
видимости не достигает, за исключением
аномальных случаев.
Оценка прозрачности атмосферы в баллах может производиться по шкале видимости из табл. 51 МТ-75 в зависимости от состояния атмосферы: дождь, туман, снег, дымка и т. д.
Таким образом, возникает понятие метеорологической дальности видимости , которая зависит от прозрачности атмосферы.
Номинальной дальностью видимости огня называют оптическую дальность видимости при метеорологической дальности видимости 10 миль (ד = 0,74).
Термин рекомендован Международной ассоциацией маячных служб (МАМС) и применяется за рубежом. На отечественных картах и в руководствах для плавания указывают стандартную дальность видимости (если она меньше географической).
Стандартная дальность видимости - это оптическая дальность при метеорологической видимости 13,5 мили (ד= 0,80).
В навигационных пособиях «Огни», «Огня и знаки» имеются таблица дальности видимости горизонта, номограмма видимости предметов и номограмма оптической дальности видимости. В номограмму можно войти по силе света в канделах, по номинальной (стандартной) дальности и по метеорологической видимости, в результате чего получить оптическую дальность видимости огня (рис. 1.19).
Судоводитель должен экспериментально накапливать информацию о дальностях открытия конкретных огней и знаков в районе плавания в различных метеоусловиях.
Наблюдаемая в море линия, по которой море как бы соединяется с небосводом, называется видимым горизонтом наблюдателя.
Если глаз наблюдателя находится на высоте е М над уровнем моря (т. А рис. 2.13), то луч зрения идущий по касательной к земной поверхности, определяет на земной поверхности малый круг аа , радиуса D .
Рис. 2.13. Дальность видимости горизонта
Это было бы верно, если бы Землю не окружала атмосфера.
Если принять Землю за шар и исключить влияние атмосферы то, из прямоугольного треугольника ОАа следует: ОА=R+e
Так как величина чрезвычайно мала (для е = 50м при R = 6371км – 0,000004 ), то окончательно имеем:
Под действием земной рефракции, в результате преломления зрительного луча в атмосфере, наблюдатель видит горизонт дальше (по кругу вв ).
(2.7)
где х – коэффициент земной рефракции (» 0,16).
Если принять дальность видимого горизонта D e в милях, а высоту глаза наблюдателя над уровнем моря (е М ) в метрах и подставить значение радиуса Земли (R =3437,7 мили = 6371 км ), то окончательно получим формулу для расчета дальности видимого горизонта
(2.8)
Например:1) е = 4 м D е = 4,16 мили; 2) е = 9 м D е = 6,24 мили;
3) е = 16 м D е = 8,32 мили; 4) е = 25 м D е = 10,4 мили.
По формуле (2.8) составлена таблица № 22 «МТ-75» (с. 248) и таблица № 2.1 «МТ-2000» (с. 255) по (е М ) от 0,25 м ¸ 5100 м . (см. табл. 2.2)
Географическая дальность видимого горизонта (из табл. 2.2. «МТ-75» или 2.1. «МТ-2000»)
Таблица 2.2.
| е, М | D е, мили | е, М | D е, мили | е, М | D е, мили | е, М | D е, мили |
| 1,0 | 2,1 | 21,0 | 9,5 | 41,0 | 13,3 | 72,0 | 17,7 |
| 2,0 | 2,9 | 22,0 | 9,8 | 42,0 | 13,5 | 74,0 | 17,9 |
| 3,0 | 3,6 | 23,0 | 10,0 | 43,0 | 13,6 | 76,0 | 18,1 |
| 4,0 | 4,2 | 24,0 | 10,2 | 44,0 | 13,8 | 78,0 | 18,4 |
| 5,0 | 4,7 | 25,0 | 10,4 | 45,0 | 14,0 | 80,0 | 18,6 |
| 6,0 | 5,1 | 26,0 | 10,6 | 46,0 | 14,1 | 82,0 | 18,8 |
| 7,0 | 5,5 | 27,0 | 10,8 | 47,0 | 14,3 | 84,0 | 19,1 |
| 8,0 | 5,9 | 28,0 | 11,0 | 48,0 | 14,4 | 86,0 | 19,3 |
| 9,0 | 6,2 | 29,0 | 11,2 | 49,0 | 14,6 | 88,0 | 19,5 |
| 10,0 | 6,6 | 30,0 | 11,4 | 50,0 | 14,7 | 90,0 | 19,7 |
| 11,0 | 6,9 | 31,0 | 11,6 | 52,0 | 15,0 | 92,0 | 20,0 |
| 12,0 | 7,2 | 32,0 | 11,8 | 54,0 | 15,3 | 94,0 | 20,2 |
| 13,0 | 7,5 | 33,0 | 12,0 | 56,0 | 15,6 | 96,0 | 20,4 |
| 14,0 | 7,8 | 34,0 | 12,1 | 58,0 | 15,8 | 98,0 | 20,6 |
| 15,0 | 8,1 | 35,0 | 12,3 | 60,0 | 16,1 | 100,0 | 20,8 |
| 16,0 | 8,3 | 36,0 | 12,5 | 62,0 | 16,4 | 110,0 | 21,8 |
| 17,0 | 8,6 | 37,0 | 12,7 | 64,0 | 16,6 | 120,0 | 22,8 |
| 18,0 | 8,8 | 38,0 | 12,8 | 66,0 | 16,9 | 130,0 | 23,7 |
| 19,0 | 9,1 | 39,0 | 13,0 | 68,0 | 17,1 | 140,0 | 24,6 |
| 20,0 | 9,3 | 40,0 | 13,2 | 70,0 | 17,4 | 150,0 | 25,5 |
Дальность видимости ориентиров в море
Если наблюдатель, высота глаза которого находится на высоте е М над уровнем моря (т. А рис. 2.14), наблюдает линию горизонта (т. В ) на расстоянии D е(миль) , то, по аналогии, и с ориентира (т. Б ), высота которого над уровнем моря h M , видимый горизонт (т. В ) наблюдается на расстоянии D h(миль) .
Рис. 2.14. Дальность видимости ориентиров в море
Из рис. 2.14 очевидно, что дальность видимости предмета (ориентира), имеющего высоту над уровнем моря h M , с высоты глаза наблюдателя над уровнем моря е М будет выражаться формулой:
Формула (2.9) решается с помощью таблицы 22 «МТ-75» с. 248 или таблицы 2.3 «МТ-2000» (с. 256).
Например: е = 4 м, h = 30 м, D П = ?
Решение: для е = 4 м ® D е = 4,2 мили;
для h = 30 м® D h = 11,4 мили.
D П = D е + D h = 4,2 + 11,4 = 15,6 мили.
Рис. 2.15. Номограмма 2.4. «МТ-2000»
Формулу (2.9) можно решать и с помощью Приложения 6 к «МТ-75» или номограммы 2.4 «МТ-2000» (с. 257) ® рис. 2.15.
Например: е = 8 м, h = 30 м, D П = ?
Решение: Значения е = 8 м (правая шкала) и h = 30 м (левая шкала) соединяем прямой линией. Точка пересечения этой линии со средней шкалой (D П ) и даст нам искомую величину 17,3 миль. (см. табл. 2.3).
Географическая дальность видимости предметов (из табл. 2.3. «МТ-2000»)
Таблица 2.3.
| Высота предмета h (метры) | Высота глаза наблюдателя над уровнем моря, е, (метры) | Высота предмета h (метры) | |||||||||||||
| МИЛИ | |||||||||||||||
| 5,9 | 6,5 | 7,1 | 7,6 | 8,0 | 8,4 | 8,8 | 9,2 | 9,5 | 9,8 | 10,1 | 10,4 | 10,7 | 11,0 | ||
| 6,5 | 7,2 | 7,8 | 8,3 | 8,7 | 9,1 | 9,5 | 9,8 | 10,2 | 10,5 | 10,8 | 11,1 | 11,4 | 11,7 | ||
| 7,1 | 7,8 | 8,3 | 8,8 | 9,3 | 9,7 | 10,0 | 10,4 | 10,7 | 11,1 | 11,4 | 11,7 | 11,9 | 12,2 | ||
| 7,6 | 8,3 | 8,8 | 9,3 | 9,7 | 10,2 | 10,5 | 10,9 | 11,2 | 11,5 | 11,9 | 12,2 | 12,4 | 12,7 | ||
| 8,0 | 8,7 | 9,3 | 9,7 | 10,2 | 10,6 | 11,0 | 11,3 | 11,7 | 12,0 | 12,3 | 12,6 | 12,9 | 13,2 | ||
| 8,4 | 9,1 | 9,7 | 10,2 | 10,6 | 11,0 | 11,4 | 11,7 | 12,1 | 12,4 | 12,7 | 13,0 | 13,3 | 13,6 | ||
| 8,8 | 9,5 | 10,0 | 10,5 | 11,0 | 11,4 | 11,8 | 12,1 | 12,5 | 12,8 | 13,1 | 13,4 | 13,7 | 13,9 | ||
| 9,2 | 9,8 | 10,4 | 10,9 | 11,3 | 11,7 | 12,1 | 12,5 | 12,8 | 13,1 | 13,4 | 13,7 | 14,0 | 14,3 | ||
| 9,5 | 10,2 | 10,7 | 11,2 | 11,7 | 12,1 | 12,5 | 12,8 | 13,2 | 13,5 | 13,8 | 14,1 | 14,4 | 14,6 | ||
| 10,1 | 10,8 | 11,4 | 11,9 | 12,3 | 12,7 | 13,1 | 13,4 | 13,8 | 14,1 | 14,4 | 14,7 | 15,0 | 15,3 | ||
| 10,7 | 11,4 | 11,9 | 12,4 | 12,9 | 13,3 | 13,7 | 14,0 | 14,4 | 14,7 | 15,0 | 15,3 | 15,6 | 15,8 | ||
| 11,3 | 11,9 | 12,5 | 13,0 | 13,4 | 13,8 | 14,2 | 14,6 | 14,9 | 15,2 | 15,5 | 15,8 | 16,1 | 16,4 | ||
| 11,8 | 12,4 | 13,0 | 13,5 | 13,9 | 14,3 | 14,7 | 15,1 | 15,4 | 15,7 | 16,0 | 16,3 | 16,6 | 16,9 | ||
| 12,2 | 12,9 | 13,5 | 14,0 | 14,4 | 14,8 | 15,2 | 15,5 | 15,9 | 16,2 | 16,5 | 16,8 | 17,1 | 17,4 | ||
| 13,3 | 14,0 | 14,6 | 15,1 | 15,5 | 15,9 | 16,3 | 16,6 | 17,0 | 17,3 | 17,6 | 17,9 | 18,2 | 18,5 | ||
| 14,3 | 15,0 | 15,6 | 16,0 | 16,5 | 16,9 | 17,3 | 17,6 | 18,0 | 18,3 | 18,6 | 18,9 | 19,2 | 19,4 | ||
| 15,2 | 15,9 | 16,5 | 17,0 | 17,4 | 17,8 | 18,2 | 18,5 | 18,9 | 19,2 | 19,5 | 19,8 | 20,1 | 20,4 | ||
| 16,1 | 16,8 | 17,3 | 17,8 | 18,2 | 18,7 | 19,0 | 19,4 | 19,7 | 20,1 | 20,4 | 20,7 | 20,9 | 21,2 | ||
| 16,9 | 17,6 | 18,1 | 18,6 | 19,0 | 19,5 | 19,8 | 20,2 | 20,5 | 20,9 | 21,2 | 21,5 | 21,7 | 22,0 | ||
| 17,6 | 18,3 | 18,9 | 19,4 | 19,8 | 20,2 | 20,6 | 20,9 | 21,3 | 21,6 | 21,9 | 22,2 | 22,5 | 22,8 | ||
| 19,1 | 19,7 | 20,3 | 20,8 | 21,2 | 21,6 | 22,0 | 22,4 | 22,7 | 23,0 | 23,3 | 23,6 | 23,9 | 24,2 | ||
| 20,3 | 21,0 | 21,6 | 22,1 | 22,5 | 22,9 | 23,3 | 23,6 | 24,0 | 24,3 | 24,6 | 24,9 | 25,2 | 25,5 | ||
| 21,5 | 22,2 | 22,8 | 23,3 | 23,7 | 24,1 | 24,5 | 24,8 | 25,2 | 25,5 | 25,8 | 26,1 | 26,4 | 26,7 | ||
| 22,7 | 23,3 | 23,9 | 24,4 | 24,8 | 25,2 | 25,6 | 26,0 | 26,3 | 26,6 | 26,9 | 27,2 | 27,5 | 27,8 | ||
| 23,7 | 24,4 | 25,0 | 25,5 | 25,9 | 26,3 | 26,7 | 27,0 | 27,4 | 27,7 | 28,0 | 28,3 | 28,6 | 28,9 |
Рис. 4 Основные линии и плоскости наблюдателя
Для ориентирования в море принята система условных линий и плоскостей наблюдателя. На рис. 4 изображен земной шар, на поверхности которого в точке М располагается наблюдатель. Его глаз находится в точке А . Буквой е обозначена высота глаза наблюдателя над уровнем моря. Линия ZMn, проведенная через место наблюдателя и центр земного шара, называется отвесной или вертикальной линией. Все плоскости, проведенные через эту линию, называются вертикальными , а перпендикулярные ей - горизонтальными . Горизонтальная плоскость НН / , проходящая через глаз наблюдателя, называется плоскостью истинного горизонта . Вертикальная плоскость VV / , проходящая через место наблюдателя М и земную ось, называется плоскостью истинного меридиана. В пересечении этой плоскости с поверхностью Земли образуется большой круг РnQPsQ / , называемый истинным меридианом наблюдателя . Прямая, полученная от пересечения плоскости истинного горизонта с плоскостью истинного меридиана, называется линией истинного меридиана или полуденной линией N-S. Этой линией определяется направление на северную и южную точки горизонта. Вертикальная плоскость FF / , перпендикулярная плоскости истинного меридиана, называется плоскостью первого вертикала . В пересечении с плоскостью истинного горизонта она образует линию Е-W, перпендикулярную линии N-S и определяющую направления на восточную и западную точки горизонта. Линии N-S и Е-W делят плоскость истинного горизонта на четверти: NE, SE, SW и NW.
Рис.5. Дальность видимости горизонта
В открытом море наблюдатель видит вокруг судна водную поверхность, ограниченную малым кругом СС1 (рис. 5). Этот круг называется видимым горизонтом. Расстояние De от места судна М до линии видимого горизонта СС 1 называется дальностью видимого горизонта . Теоретическая дальность видимого горизонта Dt (отрезок AB) всегда меньше его действительной дальности De. Это объясняется тем, что из-за различной плотности слоев атмосферы по высоте луч света распространяется в ней не прямолинейно, а по кривой АС. В результате наблюдатель может видеть дополнительно некоторую часть водной поверхности, расположенную за линией теоретического видимого горизонта и ограниченную малым кругом СС 1 . Этот круг и является линией видимого горизонта наблюдателя. Явление преломления световых лучей в атмосфере называется земной рефракцией. Рефракция зависит от атмосферного давления, температуры и влажности воздуха. В одном и том же месте Земли рефракция может меняться даже на протяжении одних суток. Поэтому при расчетах берут среднее значение рефракции. Формула для определения дальности видимого горизонта:
В результате рефракции наблюдатель видит линию горизонта в направлении АС / (рис. 5), касательном к дуге АС. Эта линия приподнята на угол r над прямым лучом АВ. Угол r также называется земной рефракцией. Угол d между плоскостью истинного горизонта НН / и направлением на видимый горизонт называется наклонением видимого горизонта .
ДАЛЬНОСТЬ ВИДИМОСТИ ПРЕДМЕТОВ И ОГНЕЙ. Дальность видимого горизонта позволяет судить о видимости предметов, находящихся на уровне воды. Если предмет имеет определенную высоту h над уровнем моря, то наблюдатель может обнаружить его на расстоянии:
На морских картах и в навигационных пособиях приводится заранее вычисленная дальность видимости огней маяков Dk с высоты глаза наблюдателя 5 м. С такой высоты De равна 4,7 мили. При е , отличной от 5 м, следует вносить поправку. Её величина равна:
Тогда дальность видимости маяка Dn равна:
Дальность видимости предметов, расчитанная по данной формуле, называется геометрической, или географической. Вычисленные результаты соответствуют некоторому среднему состоянию атмосферы в дневное время суток. При мгле, дожде, снегопаде или туманной погоде видимость предметов, естественно, сокращается. Наоборот, при определенном состоянии атмосферы рефракция может быть очень большой, вследствие чего дальность видимости предметов оказывается значительно больше рассчитанной.
Дальность видимого горизонта. Таблица 22 МТ-75:
Таблица вычислена по формуле:
Де = 2.0809 ,
Входя в табл. 22 MT-75 с высотой предмета h над уровнем моря, получают дальность видимости этого предмета с уровня моря. Если к полученной дальности прибавить дальность видимого горизонта, найденную в той же таблице по высоте глаза наблюдателя е над уровнем моря, то сумма этих дальностей составит дальность видимости предмета, без учета прозрачности атмосферы.
Для получения дальности радиолокационного горизонта Дp принято выбранную из табл. 22 дальность видимого горизонта увеличивать на 15%, тогда Дp=2.3930 . Эта формула справедлива для стандартных условий атмосферы: давление 760 мм, температура +15°C, градиент температуры - 0.0065 градуса на метр, относительная влажность, постоянная с высотой, 60%. Любое отклонение от принятого стандартного состояния атмосферы обусловит частичное изменение дальности радиолокационного горизонта. Кроме того, эта дальность, т. е. расстояние, с которого могут быть видны отраженные сигналы на экране радиолокатора, в значительной степени зависит от индивидуальных особенностей радиолокатора и отражающих свойств объекта. По этим причинам пользоваться коэффициентом 1.15 и данными табл. 22 следует с осторожностью.
Сумма дальностей радиолокационного горизонта антенны Лд и наблюдаемого объекта высотой А представит собой максимальное расстояние, с которого может вернуться отраженный сигнал.
Пример 1.
Определить дальность обнаружения маяка высотой h=42 м
от уровня моря с высоты глаза наблюдателя е=15.5 м.
Решение. Из табл. 22 выбирают:
для h = 42 м
..... . Дh
= 13.5 мили;
для е
= 15.5 м
. . . . . . Де
= 8.2 мили,
следовательно, дальность обнаружения маяка
Дп = Дh+Дe = 21.7 мили.
Дальность видимости предмета можно определить также по номограмме, помещенной на вкладыше (приложение 6). MT-75
Пример 2.
Найти радиолокационную дальность объекта высотой h=122 м,
если действующая высота радиолокационной антенны Hд= 18.3 м
над уровнем моря.
Решение. Из табл. 22 выбирают дальности видимости объекта и антенны с уровня моря соответственно 23.0 и 8.9 мили. Суммируя эти дальности и умножая их на коэффициент 1.15, получают, что объект при стандартных условиях атмосферы, вероятно, будет обнаружен с расстояния 36.7 мили.
Географическая дальность видимости предметов в море Д п определяется наибольшим расстоянием, на котором наблюдатель увидит его вершину над линией горизонта, т.е. зависит только от геометрических факторов, связывающих высоту глаза наблюдателя е и высоту ориентира h при коэффициенте рефракции c (рис.1.42):
где Д е и Д h - соответственно дальности видимого горизонта с высоты глаза наблюдателя и высоты предмета. Т.о. дальность видимости предмета, рассчитанная по высоте глаза наблюдателя и высоте предмета называется географической или геометрической дальностью видимости.
Расчёт географической дальности видимости предмета может производиться по табл. 2.3 МТ – 2000 по аргументам e и h или по табл. 2.1 МТ – 2000 суммированием результатов, полученных двукратным входом в таблицу по аргументам е и h. Можно также получить Д п по номограмме Струйского, которая приведена в МТ – 2000 под номером 2.4, а также в каждой книге “Огни” и “Огни и знаки” (рис.1.43).
На морских навигационных картах и в навигационных пособиях географическая дальность видимости ориентиров даётся для постоянной высоты глаза наблюдателя е = 5 м и обозначается как Д к - дальность видимости указанная на карте.
Подставив значение е = 5 м в формулу (1.126), получим:
Для определения Д п надо к Д к ввести поправку DД, величина которой и знак определяются формулой:
Если фактическая высота глаза больше 5 м, то DД имеет знак “+”, если меньше - знак “-“. Таким образом:
. (1.129)
Величина Д п зависит также и от остроты зрения, которая выражается в разрешающей способности глаза по углу, т.е. определяется и наименьшим углом, на котором предмет и линия горизонта различаются раздельно (рис.1.44).
В соответствии с формулой (1.126)
Но из-за разрешающей способности глаза g наблюдатель увидит предмет только тогда, когда его угловые размеры будут не меньше g, т.е. когда он будет виден над линией горизонта не менее чем на Dh, которая из элементарного DА¢СС¢ при углах С и С¢ близких к 90° будет Dh = Д п × g¢.
Чтобы получить Д п g в милях при Dh в метрах:
где Д п g - географическая дальность видимости предмета с учётом разрешающей способности глаза.
Практическими наблюдениями определено, что при открытии маяка g =2¢, а при скрытии g =1,5¢.
Пример . Найти географическую дальность видимости маяка высотой h=39 м, если высота глаза наблюдателя е=9 м, без учёта и с учётом разрешающей способности глаза g =1,5¢.
Влияние гидрометеорологических факторов на дальность видимости огней
На дальность видимости ориентиров кроме геометрических факторов (е и h) влияет также контрастность, позволяющая выделить ориентир на окружающем фоне.
Дальность видимости ориентиров днём, учитывающая также контрастность, называется дневной оптической дальностью видимости.
Для обеспечения безопасного судовождения в ночных условиях используются специальные средства навигационного оборудования, имеющие светооптические приборы: маяки, светящиеся навигационные знаки и навигационные огни.
Морской маяк - это специальное капитальное сооружение с дальностью видимости белого или приведённых к нему цветных огней не менее 10 миль.
Светящийся морской навигационный знак - капитальное сооружение, имеющее светооптический аппарат с дальностью видимости белого или приведённых к нему цветных огней менее 10 миль.
Морской навигационный огонь - световой прибор, установленный на естественных объектах или сооружениях неспециальной постройки. Такие СНО часто действуют автоматически.
В тёмное время суток дальность видимости огней маяков и светящихся навигационных знаков зависит не только от высоты глаза наблюдателя и высоты светящегося СНО, но и от силы источника света, цвета огня, конструкции светооптического аппарата, а также и от прозрачности атмосферы.
Дальность видимости, учитывающая все эти факторы, называется ночной оптической дальностью видимости, т.е. это максимальная дальность видимости огня в данное время при данной метеорологической дальности видимости.
Метеорологическая дальность видимости зависит от прозрачности атмосферы. Часть светового потока огней светящих СНО поглощается частицами, содержащимися в воздухе, поэтому происходит ослабление силы света, характеризующееся коэффициентом прозрачности атмосферы t :
где I 0 - сила света источника; I 1 - сила света на некотором расстоянии от источника, принимаемого за единицу (1 км, 1 миля).
Коэффициент прозрачности атмосферы всегда меньше единицы, поэтому географическая дальность видимости обычно больше реальной, за исключением аномальных случаев.
Прозрачность атмосферы в баллах оценивается по шкале видимости таблицы 5.20 МТ – 2000 в зависимости от состояния атмосферы: дождь, туман, снег, дымка и т.д.
Так как оптическая дальность видимости огней изменяется в значительных пределах в зависимости от прозрачности атмосферы, Международная ассоциация маячных служб (МАМС) рекомендовала использовать термин “номинальная дальность видимости”.
Номинальной дальностью видимости огня называется оптическая дальность видимости при, метеорологической дальности видимости 10 миль, что соответствует коэффициенту прозрачности атмосферы t = 0,74. Номинальная дальность видимости указывается в навигационных пособиях многих зарубежных стран. На отечественных картах и в руководствах для плавания указывается стандартная дальность видимости (если она меньше географической дальности видимости).
Стандартной дальностью видимости огня называется оптическая дальность видимости при метеорологической дальности видимости 13,5 миль, что соответствует коэффициенту прозрачности атмосферы t = 0,8.
В навигационных пособиях “Огни”, “Огни и знаки” кроме таблицы дальности видимого горизонта и номограммы дальности видимости предметов есть и номограмма оптической дальности видимости огней (рис.1.45). Эта же номограмма приведена в МТ – 2000 под номером 2.5.
Аргументами для входа в номограмму являются сила света, или номинальная, или стандартная дальности видимости, (полученные из навигационных пособий), и метеорологическая дальность видимости, (полученная из метеорологического прогноза). По этим аргументам из номограммы получают оптическую дальность видимости.
При проектировании маяков и огней стремятся, чтобы оптическая дальность видимости была бы равна географической дальности видимости при ясной погоде. Однако, для многих огней оптическая дальность видимости меньше географической. Если эти дальности не равны, то на картах и в руководствах для плавания указывается меньшая из них.
Для практических расчётов ожидаемой дальности видимости огня днём надо по высотам глаза наблюдателя и ориентира рассчитать Д п по формуле (1.126). Ночью : а) если оптическая дальность видимости больше географической, надо взять поправку за высоту глаза наблюдателя и рассчитать географическую дальность видимости по формулам (1.128) и (1.129). Принять меньшую из оптической и географической, рассчитанной по этим формулам; б) если оптическая дальность видимости меньше географической - принять оптическую дальность.
Если на карте у огня или маяка Д к < 2,1 h + 4,7 , то поправку DД вводить не нужно, т.к. эта дальность видимости оптическая меньшая географической дальности видимости.
Пример . Высота глаза наблюдателя e = 11 м, дальность видимости огня, указанная на карте Д к =16 миль. Номинальная дальность видимости маяка из навигационного пособия “Огни” 14 миль. Метеорологическая дальность видимости 17 миль. На каком расстоянии можно ожидать открытия огня маяка?
По номограмме Допт » 19,5 мили.
По е = 11м ® Д е = 6,9 мили
Д 5 = 4,7 мили
DД =+2,2 мили
Д к = 16,0 мили
Д п = 18,2 мили
Ответ: можно ожидать открытия огня с расстояния 18,2 мили.
Морские карты. Картографические проекции. Поперечная равноугольная цилиндрическая проекция Гаусса и её использование в судовождении. Перспективные проекции: стереографическая, гномоническая.
Карта – уменьшенное искажённое изображение сферической поверхности Земли на плоскости, при условии, что искажения закономерны.
План – не искажённое за счёт малости изображаемого участка изображение земной поверхности на плоскости.
Картографическая сетка – совокупность линий, изображающих на карте меридианы и параллели.
Картографическая проекция – математически обоснованный способ изображения меридианов и параллелей.
Географическая карта - построенное в данной проекции условное изображение всей земной поверхности или её части.
Карты бывают различными по назначению и масштабу, например: планисферы – изображающие всю Землю или полушарие, генеральные или общие – изображающие отдельные страны, океаны и моря, частные – изображающие меньшие пространства, топографические – изображающие подробности поверхности суши, орографические – карты рельефа, геологичекие – залегание пластов и т.д.
Морские карты – специальные географические карты, предназначенные в основном для обеспечения судовождения. В общей классификации географических карт они отнесены к техническим. Особое место среди морских карт занимают МНК, служащие для прокладки курса судна и определения его места в море. В судовой коллекции также могут быть вспомогательные и справочные карты.
Классификация картографических проекций.
По характеру искажений все картографические проекции делят на:
- Равноугольные или конформные – проекции, в которых фигуры на картах подобны соответствующим фигурам на поверхности Земли, но их площади не пропорциональны. Углы между объектами на местности соответствуют таковым на карте.
- Равновеликие или эквивалентные – у которых сохранена пропорциональность площадей фигур, но при этом искажаются углы между объектами.
- Равнопромежуточные – сохраняющие длину по одному из главных направлений эллипса искажений, т.е., например, круг на местности на карте изображается в виде эллипса, у которого одна из полуосей равна радиусу такого круга.
- Произвольные – все остальные, не обладающие вышеуказанными свойствами, но подчиняющиеся иным условиям.
По способу построения проекции делят на:
|
, ортографические – когда точка зрения удалена в бесконечность, внешние – точка зрения находится на конечном расстоянии далее противоположного полюса сферы, центральные или гномонические – когда точка зрения находится в центре сферы. Перспективные проекции – не конформны и не эквивалентны. Измерение расстояний на картах, построенных в таких проекциях затруднено, зато дуга большого круга изображается прямой линией, что удобно при прокладке радиопеленгов, а также - курсов при плавании по ДБК. Примеры. В этой проекции могут строиться также карты приполярных областей.
В зависимости от точки касания картинной плоскости гномонические проекции делятся на: нормальные или полярные – касание на одном из полюсов поперечные или экваториальные – касание – на экваторе 
горизонтальные или косые – касание в любой точке между полюсом и экватором (меридианы на карте в такой проекции представляют собой расходящиеся от полюса лучи, а параллели – эллипсы, гиперболы или параболы. 
