Tài liệu Hàng hải cơ bản cho nghề cá

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG TRẦN ĐỨC LƯỢNG HÀNG HẢI CƠ BẢN CHO NGHỀ CÁ NHA TRANG 2020 LỜI NÓI ĐẦU Hàng hải cơ bản cho nghề cá nhằm mục đích cung cấp cho sinh viên ngành Khai thác thủy sản, Quản lý thủy sản Trường Đại học Nha Trang những kiến thức cơ bản nhất về Kỹ thuật hàng hải và ứng dụng trong hoạt động đánh bắt thủy sản trên biển: Tọa độ một điểm trên bề mặt Trái Đất, các khái niệm thường dùng trong hàng hải, hiểu biết và sử dụng các trang thiết bị như la bàn, hải đồ, tính toán thủy triều… cho mục đích hàng hải nói chung và đánh cá trên biển nói riêng. Các phương pháp hàng hải cơ bản như hàng hải đự đoán, xác định vị trí tàu dựa vào các mục tiêu nhìn thấy. Lập kế hoạch và giám sát hành trình của tàu trong suốt chuyến biển. Đảm bảo cho tàu thuyền hoạt động được an toàn và đạt hiệu quả kinh tế cao nhất, phòng tránh được các tai nạn rủi ro do thiên tai trên biển. Tài liệu có thể sử dụng tham khảo cho sinh viên, kỹ sư, cán bộ kỹ thuật và những người làm công tác nghiên cứu có liên quan đến biển như: Vận tải biển, thăm dò tài nguyên khoáng sản, nghiên cứu tài nguyên môi trường biển, quản lý khai thác và bảo vệ nguồn lợi sinh vật biển,… Tác giả xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Bộ môn Hàng hải và Viện Khoa học và Công nghệ khai thác thủy sản, Trường Đại học Nha Trang đã có những góp ý sâu sắc và cụ thể trong quá trình hoàn thành bài giảng này. Trong quá trình biên soạn, tác giả đã cố gắng trình bày ngắn gọn, tham khảo và cập nhật các kiến thức mới. Tuy nhiên do khả năng chuyên môn và thời gian có hạn nên tài liệu này không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp xây dựng của đồng nghiệp, bạn đọc để tài liệu được chỉnh sửa và hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Ý kiến đóng góp xin gửi về: Trần Đức Lượng Bộ môn Hàng hải Trường Đại học Nha Trang Email: [email protected] CHƯƠNG MỤC NỘI DUNG TRANG MỞ ĐẦU MỤC LỤC PHẦN I CHƯƠNG I CHƯỚNG II NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN TRÁI ĐẤT I.1 Hình dạng và kích thước Trái Đất I.2 Hệ tọa độ địa lý I.3 Hướng thẳng đứng, các loại vĩ độ I.4 Câu hỏi ôn tập CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG HÀNG HẢI II.1 Đơn vị đo chiều dài và tốc độ trong hàng hải II.2 Hiệu vĩ độ, hiệu kinh độ II.3 Độ cao trong hàng hải II.4 Chân trời nhìn thấy II.5 Tầm nhìn xa của ánh sáng và mục tiêu II.6 Các hệ thống phân chia phương hướng trên mặt phẳng chân trời II.7 Câu hỏi và bài tập 1 1 3 7 7 8 8 10 11 12 13 15 18 CHƯƠNG III PHƯƠNG HƯỚNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA TÀU III.1 Sơ lược về các thiết bị chỉ hướng trên tàu III.2 Từ trường Trái Đất III.3 Phương hướng chuyển động của tàu III.4 Xác định độ lệch riêng la bàn từ III.5 Khử độ lệch riêng la bàn từ III.6 Tính toán lập bảng độ lệch dư III.7 Câu hỏi và bài tập 20 20 24 28 32 36 40 42 CHƯƠNG IV XÁC ĐỊNH QUÃNG ĐƯỜNG TÀU ĐI ĐƯỢC TRÊN BIỂN IV.1 Tốc độ tàu biển IV.2 Các yếu tố ngoại cảnh làm thay đổi tốc độ tàu IV.3 Các thiết bị đo tốc độ và quãng đường IV.4 Xác định tốc độ tàu biển IV.5 Xác định quãng đường tàu đi được trên biển IV.6 Xác định số hiệu chỉnh máy tính đường IV.7 Câu hỏi và bài tập 44 44 45 46 47 49 50 51 PHẦN II CHƯƠNG V HẢI ĐỒ - THỦY TRIỀU SỬ DỤNG HẢI ĐỒ V.1 Khái niệm và công dụng của hải đồ V.2 Phân loại hải đồ V.3 Nội dung hải đồ V.4 Độ tin cậy của hải đồ V.5 Hải đồ Việt Nam V.6 Các bài toán tác nghiệp cơ bản trên hải đồ Mercator V.7 Chuẩn bị hải đồ đi biển – Bảo quản hải đồ V.8 Tu chỉnh hải đồ V.9 Câu hỏi ôn tập 52 52 52 54 56 57 71 75 76 80 CHƯƠNG VI TÍNH TOÁN THỦY TRIỀU TRONG HÀNG HẢI VI.1 Vai trò của thủy triều trong hàng hải VI.2 Các thuật ngữ và định nghĩa về thủy triều VI.3 Tính toán thủy triều theo bảng thủy triều Việt Nam 81 81 81 84 CHƯƠNG NỘI DUNG MỤC VI.4 Một số phương pháp tính toán khác VI.5 Câu hỏi ôn tập PHẦN III CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀNG HẢI CƠ BẢN BẰNG ĐỊA VĂN TRANG 87 89 90 CHƯƠNG VII HÀNG HẢI DỰ ĐOÁN VII.1 Khái niệm chung VII.2 Một số quy định khi tác nghiệp trên hải đồ VII.3 Đường đi và vị trí tàu khi không có ngoại cảnh tác dụng VII.4 Đường đi và vị trí tàu khi có gió tác dụng VII.5 Xác định độ dạt gió VII.6 Đường đi và vị trí tàu khi có dòng chảy tác dụng VII.7 Xác định góc dạt dòng chảy và tốc độ tàu VII.8 Đường đi và vị trí tàu khi có cả gió và dòng chảy tác dụng VII.9 Xác định góc dạt tổng hợp VII.10 Sai số vi trí dự đoán bằng phương pháp vẽ VII.11 Hàng hải dự đoán bằng cách tính VII.12 Câu hỏi và bài tập 90 90 91 92 94 97 98 100 102 104 107 110 116 CHƯƠNG VIII 119 XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ TÀU BẰNG QUAN SÁT MỤC TIÊU NHÌN THẤY VIII.1 Khái niệm chung VIII.2 Đường đẳng trị và đường vị trí VIII.3 Sự dịch chuyển của đường vị trí VIII.4 Quan trắc đo đạc các thông số hàng hải VIII.5 Các loại sai số trong quan sát xác định vị trí tàu VIII.6 Đánh giá sai số đo đạc VIII.7 Xác định vị trí tàu bằng hai góc kẹp ngang VIII.8 Xác định vị trí tàu bằng ba phương vị VIII.9 Xác định vị trí tàu bằng hai phương vị VIII.10 Xác định vị trí tàu bằng ba khoảng cách VIII.11 Xác định vị trí tàu bằng hai khoảng cách VIII.12 Xác định vị trí tàu bằng phương vị và khoảng cách VIII.13 Xác định vị trí tàu bằng phương vị và góc kẹp ngang VIII.14 Xác định vị trí tàu bằng khoảng cách và góc kẹp ngang VIII.15 Câu hỏi ôn tập TÀI LIỆU THAM KHẢO 119 120 124 128 132 133 136 138 140 141 142 143 144 144 145 Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương I PHẦN I. NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN CHƯƠNG I TRÁI ĐẤT I.1. HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƯỚC TRÁI ĐẤT Trái Đất là một hành tinh thuộc Thái dương hệ (Hệ Mặt Trời), hình dạng và kích thước của nó đã được nghiên cứu từ thời xa xưa. Suốt một thời gian dài của lịch sử người ta cho rằng bề mặt Trái Đất là phẳng, mặc dù từ thời thượng cổ người ta đã biết những bằng chứng về bề mặt cong của Trái Đất. Vào khoảng giữa thế kỷ XVII hình dạng và kích thước Trái Đất mới được xác định một cách chắc chắn. Các công trình nghiên cứu tiếp theo từ thế kỷ XVII đến thế kỷ XX ở các phần khác nhau của Trái Đất cho thấy rằng nó cũng không hoàn toàn là hình cầu. Hiện nay có những quan niệm về hình dạng và kích thước Trái Đất như sau: Trái Đất vật lý: Trái Đất có hình dạng rất phức tạp không giống bất kỳ một vật thể hình học nào đã biết. Bề mặt của nó không bằng phẳng, không cong đều mà rất lồi lõm, có tổng diện tích khoảng 510.083.000 Km2. Nhìn từ ngoài vũ trụ, Trái Đất như một quả cầu nước. Lục địa, đất liền chỉ như những hòn đảo nhỏ chiếm khoảng 29% diện tích bề mặt, trong đó có khoảng 1% lục địa quanh năm bị băng tuyết bao phủ, độ cao trung bình so với mặt nước biển khoảng 870m, chỗ cao nhất khoảng trên 8000m. Còn đại dương chiếm tới 71% diện tích bề mặt với độ sâu trung bình so với mặt nước biển khoảng 3800m, chỗ sâu nhất khoảng trên 11.000m. Trái Đất với bề mặt tự nhiên như vậy được gọi là Trái Đất vật lý, hình I-1a. Trái Đất Geoid: Trái Đất vật lý có hình dạng vô cùng phức tạp, tuy nhiên nếu so sánh sự chênh lệch độ cao và độ sâu với kích thước Trái Đất thì sự lồi lõm trên bề mặt không đáng kể. Từ đó nảy sinh khái niệm “Mặt nước gốc” (MNG) của Trái Đất. Người ta quy ước lấy bề mặt đại dương yên tĩnh kéo dài xuyên qua lục địa tạo thành một mặt cong khép kín làm Mặt nước gốc của Trái Đất. Hình dạng Trái Đất được tạo bởi MNG khép kín đó gọi là Trái Đất Geoid (hay còn gọi là Trái Đất bình quân), hình I-1b. Đặc điểm của Trái Đất Geoid là tại mọi điểm phương của đường pháp tuyến luôn trùng với phương dây dọi (phương của trọng lực) và tổng bình phương khoảng cách từ mặt Geoid đến mặt đất là nhỏ nhất, tức bề mặt của nó gần với bề mặt vật lý (bề mặt thật) của Trái Đất. Tuy nhiên, do sự phân bố vật chất không đồng đều của cấu tạo vỏ c.Ellipsoid Thiên đỉnh a.Vật lý PN b.Geoid b a Hướng dây dọi PS Hình I-1 TĐL Hình I-2 1 Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương I Trái Đất, nên ngay cả ở trạng thái yên tĩnh Geoid cũng có một hình dạng rất phức tạp, không thể biểu diễn nó bằng một quy luật toán học nhất định. Mỗi quốc gia đều quy ước chọn riêng một MNG và lấy cao độ của nó bằng 0 còn gọi là mặt chuẩn “số 0 lục địa”. Ở nước ta quy định lấy giá trị mực nước biển trung bình quan trắc trong nhiều năm ở trạm nghiệm triều Hòn Dấu - Đồ Sơn - Hải Phòng làm mặt chuẩn “số 0 lục địa” cho cả nước. Mọi điểm trên lục địa được xác định độ cao so với MNG này và được coi là trong cùng hệ thống độ cao. Trái Đất Ellipsoid: Để tiện cho việc sử dụng và tính toán cần có một mặt quy ước được xác định theo một quy luật toán học nhất định và gần với bề mặt thật của Trái Đất. Bề mặt quy ước đó được xác định như sau: Lấy một hình Ellip có bán trục lớn a bằng bán kính Trái Đất ở xích đạo, bán trục nhỏ b bằng bán kính Trái Đất ở hai cực, cho Ellip quay quanh bán trục nhỏ b thu được một mặt Ellipsoid, hình I-2. Mặt Ellipsoid được định vị sao cho trục quay của nó trùng với trục quay của Trái Đất, tâm của nó trùng với tâm trọng lực (tâm vật chất) của Trái Đất. Kết quả có một bề mặt quy ước được xác định bằng toán học và gần với bề mặt thật của Trái Đất. Trái Đất như vậy được gọi là Trái Đất Ellipsoid, hình I-1c. Các thông số đặc trưng của Trái Đất Ellipsoid là: - Bán trục lớn a (Equatorial radius). - Bán trục nhỏ b (Polar radius). - Độ dẹt  (Ellipticity):  ab a -Độ lệch tâm e (Eccentricity): e  a 2  b2 a2 (1.1) (1.2) Nếu các thông số của Ellipsoid được xác định hợp lý thì khoảng cách giữa mặt Geoid và Ellipsoid sẽ không vượt quá 150m. Việc xác định các giá trị đó đòi hỏi phải tiến hành đo đạc trên toàn bộ bề mặt Trái Đất, đó là một nhiệm vụ rất khó khăn và phức tạp, do đó mỗi nước lại sử dụng Ellip tham khảo riêng của nước mình, có kích thước được xác định dựa trên những kết quả đo đạc trên lãnh thổ nước đó hoặc kết hợp đo trên lãnh thổ của các nước lân cận. Như vậy mỗi nước hoặc mỗi khu vực có một Ellipsoid tham khảo có kích thước nhất định và được định vị sao cho nó gần trùng nhất với mặt Geoid trên lãnh thổ nước Hình I-3 hoặc khu vực đó, hình I-3. Các số liệu trắc địa đo trên mặt đất được tính chuyển lên mặt Ellipsoid tham khảo rồi sau đó mới được tính chuyển lên mặt phẳng. Hiện nay, trên thế giới có đến hàng trăm Ellipsoid tham khảo, bảng I-1 giới thiệu một số Ellip được sử dụng phổ biến. Ở nước ta, trước 1975 miền Bắc sử dụng Ellip Krasovsky, miền Nam sử dụng Ellip Clark (trước 1955) và Ellip Everest (sau 1955). Từ 1975 đến 2000 cả nước thống nhất sử dụng Ellip Krasovsky. Từ 12/8/2000 trở đi Chính phủ đã có quyết định chuyển TĐL 2 Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương I sang sử dụng Ellip WGS-84 cho mọi hoạt động trắc địa và đo vẽ bản đồ trong Hệ tọa độ quốc gia VN-2000. Tên Ellipsoid Airy Astronomical Union Bessel Clark Everest International Krasovsky WGS – 72 WGS – 84 Bảng I-1: Một số Ellipsoid Trái Đất Năm Nước sử dụng a (m) b (m) tính 1844 Anh 6.377.563 6.356.257 1968 Quốc tế 6.378.160 6.356.775 1841 Đức, Nhật… 6.377.397 6.356.079 1880 Pháp,Nam phi. 6.378.249 6.356.515 1830 Ấn độ… 6.377.276 6.356.075 1924 Quốc tế. 6.378.388 6.356.912 1940 Nga, … 6.378.245 6.356.863 1972 Quốc tế. 6.378.135 6.356.750 1984 Quốc tế 6.378.137 6.356.752  1:299,33 1:298,25 1:299.15 1:243,47 1:300,80 1:297,00 1:298,30 1:298,26 1:298,26 Trên thế giới, xu hướng hiện nay là sử dụng các Ellipsoid của hệ thống Trắc địa thế giới WGS – 84 (World Geodetic System). Chẳng hạn trong các hệ thống định vị bằng vệ tinh GPS, WGS – 84 được sử dụng để tính toán, dự đoán và thông báo về lịch vệ tinh (từ 1987). Trái Đất hình cầu: Khi giải các bài toán hàng hải không đòi hỏi độ chính xác cao, Trái Đất được quan niệm là hình cầu có cùng khối lượng với Trái Đất Ellipsoid. Bán kính Trái Đất R được xác định dựa vào quan hệ: 4 4 R 3  a 2 b 3 3 (1.3) Nếu thay các thông số của Ellip Krasovsky vào (I.3) thu được R = 6371,1 Km. I.2. HỆ TỌA ĐỘ ĐỊA LÝ Các điểm trên mặt đất được xác định bằng tọa độ, là các đại lượng đặc trưng cho vị trí của các điểm so với điểm gốc, đường gốc hay mặt gốc của một hệ tọa độ đã chọn. Trong hàng hải sử dụng rộng rãi nhất là hệ tọa độ địa lý. Hệ tọa độ địa lý được quy định chung và thống nhất cho toàn bộ Trái Đất, trong PN PN A φ λ N M PS Hình I-4 TĐL PS Hình I-5 3 Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương I hệ tọa độ địa lý trục tọa độ là xích đạo và kinh tuyến gốc (kinh tuyến số 0), tọa độ của một điểm chính là vị trí của vĩ tuyến và kinh tuyến đi qua điểm đó được thể hiện bằng vĩ độ và kinh độ. Hệ tọa độ địa lý được xây dựng như sau, hình I-4 và hình I-5: Trái Đất có trục quay PNPS đi qua hai cực địa lý là cực Bắc (PN) và cực Nam (PS), các mặt phẳng chứa trục quay của Trái Đất gọi là các mặt phẳng Kinh tuyến. Giao tuyến của mặt phẳng kinh tuyến với bề mặt Trái Đất là một đường cong, mỗi nửa đường cong giao tuyến kéo dài từ cực Bắc đến cực Nam của Trái Đất được gọi là một kinh tuyến (Meridian). Có thể dựng được vô số mặt phẳng như thế nên có vô số kinh tuyến, do đó để định vị được vị trí của các kinh tuyến trên mặt đất phải chọn một kinh tuyến làm kinh tuyến gốc. Hội nghị Quốc tế ở thủ đô Washington (Hoa kỳ) năm 1884 đã quyết định lựa chọn kinh tuyến đi qua đài thiên văn Greenwich, gần thủ đô London (Anh) làm Kinh tuyến gốc (Prime Meridian) còn gọi là Kinh tuyến số 0. Mặt phẳng kinh tuyến gốc chia Trái Đất làm hai phần, nếu một người đứng trên kinh tuyến gốc, mắt nhìn về phía cực Bắc thì phần bên phải gọi là Đông bán cầu, phần bên trái gọi là Tây bán cầu. Mặt phẳng vuông góc với trục quay của Trái Đất và cắt mặt đất gọi là mặt phẳng vĩ tuyến, giao tuyến của mặt phẳng vĩ tuyến với mặt đất là những đường tròn gọi là vĩ tuyến (Parallel). Mặt phẳng vĩ tuyến đi qua tâm Trái Đất gọi là mặt phẳng xích đạo, giao tuyến của mặt phẳng xích đạo với mặt đất gọi là đường xích đạo (Equator). Mặt phẳng xích đạo chia Trái Đất làm hai phần, phần phía trên có chứa cực Bắc địa lý PN gọi là Bắc bán cầu, phần phía dưới có chứa cực Nam địa lý PS gọi là Nam bán cầu, vị trí các vĩ tuyến được định vị dựa vào mặt phẳng xích đạo. Qua một điểm A bất kỳ trên bề mặt Trái Đất ta có thể dựng được một kinh tuyến và một vĩ tuyến, vị trí của kinh tuyến và vĩ tuyến qua A chính là tọa độ địa lý (vĩ độ và kinh độ) của điểm A, hình I-5. Vĩ độ (Latitude), ký hiệu  (Lat): Là góc tạo bởi đường thẳng đứng đi qua điểm A với mặt phẳng xích đạo. Vĩ độ được tính từ mặt phẳng xích đạo đến hai cực Bắc và Nam, tùy thuộc vị trí của điểm cần xác định tọa độ thuộc bán cầu nào. Điểm A nằm ở bán cầu Bắc sẽ có vĩ độ Bắc, ký hiệu là N và trong tính toán sẽ lấy dấu dương (+). Điểm A nằm ở bán cầu Nam sẽ có vĩ độ Nam, ký hiệu là S và trong tính toán sẽ lấy dấu âm (–). Vĩ độ có giá trị bằng 00 tại các điểm trên đường xích đạo đến 900 ở hai cực Bắc và Nam. Kinh độ (Longitude), ký hiệu  (Long): Là góc nhị diện giữa mặt phẳng kinh tuyến gốc PNMPS và mặt phẳng kinh tuyến PNNPS qua điểm A, cũng chính là độ lớn tính bằng đơn vị góc của đoạn cung nhỏ xích đạo MN nằm chắn giữa kinh tuyến gốc và kinh tuyến qua điểm A. Kinh độ có giá trị từ 00 ở kinh tuyến gốc đến 1800 về hai phía Đông và Tây. Điểm A nằm ở Đông bán cầu sẽ có kinh độ Đông, ký hiệu là E và trong tính toán sẽ lấy dấu dương (+). Điểm A nằm ở Tây bán cầu sẽ có kinh độ Tây, ký hiệu là W trong tính toán sẽ lấy dấu âm (−). Tóm lại: Tọa độ địa lý của một điểm trên bề mặt Trái Đất được xác định bằng hai giá trị là vĩ độ  và kinh độ  và kèm theo tên của nó, theo thông lệ khi đề cập đến tọa độ địa lý của một điểm thể hiện giá trị vĩ độ trước, giá trị kinh độ sau. Ví dụ: Vũng Tàu có tọa độ: (10020/ N; 107004/ E). Đà Nẵng có tọa độ: (16007/ N; 108013/ E). TĐL 4 Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương I Hệ tọa độ địa lý khá đơn giản nên nó được sử dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế kỹ thuật nói chung và trong ngành Hàng hải nói riêng để thể hiện vị trí tàu, vị trí các mục tiêu, ngư trường, bãi cá.v.v…Tuy nhiên do hệ tọa độ địa lý được tính theo đơn vị góc nên khi giải quyết các bài toán trong Trắc địa, trong kỹ thuật định vị bằng vệ tinh.v.v… không thuận lợi. Do đó bên cạnh hệ tọa độ địa lý, người ta còn sử dụng một số hệ tọa độ khác dùng đơn vị dài để giúp giải quyết các bài toán được thuận lợi hơn, sau đó mới chuyển kết quả sang hệ tọa độ địa lý. Bên cạnh hệ tọa độ địa lý còn có các hệ tọa độ khác được ứng dụng như: Hệ tọa độ địa tâm: Để thể hiện vị trí của một điểm trên bề mặt Trái Đất, còn có thể sử dụng hệ tọa độ địa tâm Oxyz (Earth Centered Earth Fixed), còn gọi là Hệ tọa độ vuông góc không gian. Hệ tọa độ địa tâm được xây dựng như sau: Gốc tọa độ trùng với tâm Trái Đất, trục Oz trùng với trục Trái Đất có chiều dương hướng về phía cực Bắc (PN), trục Ox là giao tuyến của mặt phẳng Kinh tuyến gốc với mặt phẳng xích đạo có chiều dương hướng từ tâm về phía kinh tuyến gốc, trục Oy nằm trong mặt phẳng xích đạo và vuông góc với Ox có chiều dương hướng về phía Đông bán cầu, hình I-6. z PN Z F Rdt φ/ O X Y y λ x PS Hình I-6 Ellip kinh tuyến qua điểm F bất kỳ có phương trình như sau: x 2  y2 z2  2 1 a2 b (1.4) Tọa độ của điểm F được biểu diễn như sau F(X,Y,Z), trong đó: X  R dt cos  / cos   / Y  R dt cos  sin   / Z  R dt sin  (1.5) Trong đó: / là vĩ độ địa tâm; Rdt là mô đun véc tơ bán kính địa tâm. R dt  a(1   sin 2 ) (1.6) *Trong Hệ thống Trắc địa Thế giới (WGS-84), các giá trị tọa độ địa tâm được xác định như sau: X  N  h  cos  cos   Y  N  h  cos  sin  Z  N 1  e 2  h sin     TĐL   (1.7) 5 Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Trong đó: Chương I φ, λ, h: Lần lượt là vĩ độ, kinh độ và độ cao của một điểm F bất kỳ so với mặt Ellipsoid. N: Bán kính cong của thiết diện pháp tuyến tại F e: Độ lệch tâm của Trái Đất Ellipsoid * Trong Hệ tọa độ Quốc gia VN-2000 giá trị tọa độ địa tâm (X/, Y/, Z/) được xác định theo công thức: X /  X 0  k X  0 Y   0 Z  / Y  Y0  k 0 X  Y   0 Z  / Z  Z 0  k   0 X   0 Y  Z Trong đó: (1.8) k: là tỷ lệ biến dạng chiều dài của hệ WGS – 84 Quốc tế so với Hệ VN-2000; (ω0, ψ0, ε0) là góc quay Ơ-le của trục tọa độ Hệ WGS – 84 Quốc tế so với Hệ VN-2000; ΔX0, ΔY0, ΔZ0 là tọa độ tâm của Hệ trong Hệ VN-2000. Trong các ngành như Trắc địa, Đồ bản, Thiên văn, Vũ trụ.v.v…Hệ tọa độ địa tâm được sử dụng rộng rãi để xây dựng bản đồ, đo đạc, xác định vị trí trên mặt đất, vị trí thiên thể, vị trí vệ tinh… Chẳng hạn trong hệ thống định vị bằng vệ tinh GPS, tọa độ vệ tinh là XS,YS,ZS. tọa độ người sử dụng (vị trí tàu) là XU,YU,ZU, được thể hiện và tính toán trong hệ tọa độ địa tâm, sau đó máy tính mới chuyển kết quả sang hệ tọa độ địa lý để hiện thị lên màn hình. y Hệ tọa độ vuông góc: Trong một số trường hợp khi mặt cắt kinh tuyến đã biết, thì vị trí của các điểm trên đó có thể xác định bằng hệ tọa độ vuông góc rất thuận tiện. Hệ tọa độ vuông góc Oxy có tâm trùng với tâm Trái Đất, trục Ox là giao tuyến của mặt phẳng kinh tuyến đã biết với mặt phẳng xích đạo, trục Oy trùng với trục Trái Đất, hình I-7. Vị trí của điểm F bất kỳ trên kinh tuyến được xác định bởi hai giá trị x và y; F(x,y). F/ ds x = r dy dx dφ O φ F y x O1 D Hình I-7 Phương trình Ellip kinh tuyến qua F là: x 2 y2  1 a 2 b2 xr y a cos  1  e 2 sin 2  a (1  e 2 ) sin  1  e 2 sin 2  (1.9) (1.10) (1.11) Hệ tọa độ vuông góc được ứng dụng nhiều trong trắc địa và xây dựng bản đồ. TĐL 6 Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương I I.3. HƯỚNG THẲNG ĐỨNG, CÁC LOẠI VĨ ĐỘ Hướng thẳng đứng là cơ sở để giải quyết nhiều bài toán hàng hải quan trọng, vì vậy hướng này cần được xác định và sử PN dụng một cách hợp lí trong tính toán hàng hải. Tưởng rằng xác định hướng thẳng đứng là một bài toán đơn giản bằng sử dụng con lắc tự do nhưng thực tế không hoàn toàn như / vậy, sự đặc biệt của hình dạng Trái Đất, sự φ O φ Q E quay của nó và sự phân bố trường lực đã làm cho bài toán này phức tạp hơn nhiều. Nếu cho rằng hướng thẳng đứng đi qua tâm của Trái Đất tức là trùng với véc tơ bán kính địa tâm thì hướng thẳng đứng ấy gọi là hướng PS thẳng đứng địa tâm, góc giữa hướng thẳng đứng địa tâm với mặt phẳng xích đạo được Hình I-8 gọi là vĩ độ địa tâm, ký hiệu / (Hình I-8). Đo hướng thẳng đứng địa tâm là một bài toán phức tạp, hiện nay chưa có thiết bị nào có thể đo được. Trong thực tiễn để xác định hướng thẳng đứng người ta sử dụng dây dọi, hướng của dây dọi vuông góc với mặt Geoid và thường không đi qua tâm của Trái Đất, góc giữa hướng dây dọi và mặt phẳng xích đạo chính là vĩ độ địa lí . Hướng của dây dọi biểu thị hướng của véc tơ gia tốc trọng trường, gia tốc đó là tổng của gia tốc hút và gia tốc hướng tâm do Trái Đất tự quay quanh trục của nó. Mối liên hệ giữa vĩ độ địa lý và vĩ độ địa tâm được thể hiện qua biểu thức: 1 dR dt αsin2 / γ  tg(    )   R dt d 1  sin 2/ / Tính gần đúng:      /  11,6 sin 2 (1.12) (1.13) Trong đó γ (reduction) là biến thiên giữa vĩ độ địa lý và vĩ độ địa tâm, giá trị 11,6 là chênh lệch trung bình của bán kính Trái Đất ở cực và ở xích đạo tính bằng hải lý. Ở vĩ độ 450,  đạt giá trị cực đại là 11,57 còn ở xích đạo và ở cực  = 0. 1.7. CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Các dạng bề mặt và kích thước cơ bản của Trái Đất? 2. Các đường và mặt cơ bản trong hệ tọa độ địa lý? 3. Tọa độ địa lý của một điểm, ứng dụng? 4. Hệ toạ địa tâm, ứng dụng? 5. Hệ tọa độ vuông góc, ứng dụng? 6. Các bán kính cong chính của Trái Đất, tính toán chiều dài cung kinh tuyến, vĩ tuyến? 7. Các khái niệm về hướng thẳng đứng, vĩ độ? TĐL 7 Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương II CHƯƠNG II CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG HÀNG HẢI II.1. ĐƠN VỊ ĐO CHIỀU DÀI VÀ TỐC ĐỘ TRONG HÀNG HẢI II.1.1. Đơn vị đo chiều dài Trong hàng hải, tọa độ vị trí tàu được thể hiện bằng tọa độ địa lý có đơn vị góc. Tuy nhiên khi cần xác định quãng đường tàu đi được, khoảng cách từ tàu tới mục tiêu, khi thể hiện tốc độ tàu chuyển động,v.v…, phải sử dụng đơn vị dài. Việc sử dụng các đơn vị dài trong hệ thống SI (Km, m…), gặp khó khăn trong việc thể hiện sự liên y hệ giữa tọa độ vị trí tàu (đơn vị góc) với các yếu tố chuyển động khác của tàu như F/ quãng đường, tốc độ tàu (đơn vị dài), gây x = r dy dsF ra sự phức tạp khi tính toán tọa độ vị trí dx tàu và khi giải các bài toán hàng hải có dφ y φ O G liên quan tới việc đo góc, khoảng cách x góc trên bề mặt Trái Đất. Vì vậy để giải O1 quyết những phức tạp nói trên người ta D đã xây dựng một đơn vị đo khoảng cách vừa thể hiện được theo đơn vị dài, vừa có sự liên hệ trực tiếp với đơn vị góc đó là Hải lý (Nautical Mile), Hải lý là chiều Hình II-1 dài của 1/ cung kinh tuyến trên Trái Đất ellipsoid. Trên hình II-1, nếu gọi Q là chiều dài cung kinh tuyến từ xích đạo đến điểm F có vĩ độ  bất kỳ (Q bằng cung FG) thì:  S   0  a 1  e2 d 3 w 0 Q   ds   Md   0 (2.1) Trong đó M = 01F là bán kính cong của thiết diện kinh tuyến tại điểm F M   a 1  e2  w3  a 1  e2 1  e 2  sin  2  3 2 (2.2) - Nếu vĩ độ biến thiên 1/ thì chiều dài 1/ cung kinh tuyến q sẽ là: q  Marc1  Trong đó: arc1/   a 1  e2 1  e 2  sin  2  3 2 arc1 (2.3) 2 1  360  60 3438 Phân tích công thức (2.3) thành chuỗi và bỏ qua các vô cùng bé có bậc lớn hơn 2 thu được: 3  a (1  e 2 )(1  e 2 sin 2 )arc1/ 2 TĐL 8 Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương II 3    a 1  e 2  e 2 (1  cos 2)arc1/ 4   Thay các giá trị của a và e theo số liệu của Krasovsky vào biểu thức q: q  1.852,25  9,31cos 2 (2.4) Từ công thức (2.4) dễ thấy rằng 1/ cung kinh tuyến có chiều dài không cố định mà thay đổi theo vĩ độ, thay các giá trị vĩ độ khác nhau vào (2.4) thu được chiều dài một phút cung kinh tuyến như bảng II-1. Bảng II-1: Chiều dài một phút cung kinh tuyến ở các vĩ độ khác nhau  q(mét)  q(mét)  q(mét)  q(mét)  q(mét) 00 1842,9 200 1845,1 400 1850,6 600 1856,9 800 1861,0 100 1843,5 300 1847,6 500 1853,8 700 1859,4 900 1861,6 Rõ ràng trên mỗi vĩ độ, độ dài một phút cung kinh tuyến sẽ khác nhau, mặc dù sự thay đổi này không lớn. Tuy nhiên, sử dụng đơn vị độ dài là một đại lượng thay đổi sẽ gây khó khăn khi giải một số bài toán hàng hải hoặc khi chế tạo dụng cụ đo.v.v… do đó phải chọn ra một giá trị làm tiêu chuẩn. Năm 1928, hội nghị thủy văn Quốc tế họp ở Monaco đã quyết định chọn giá trị 1852m tương ứng với chiều dài một phút cung kinh tuyến ở vĩ độ 44018/ tính theo công thức (2.4), hay bằng giá trị trung bình của chiều dài một phút cung kinh tuyến ở các vĩ độ khác nhau làm hải lý tiêu chuẩn (gọi tắt là hải lý chuẩn), giá trị này chỉ sai lệch so với chiều dài 1/ cung kinh tuyến ở xích đạo và ở cực là 0,5%. Vậy: 1 Hải lý = 1852 m Hiện nay hầu hết các nước trên thế giới đều sử dụng đơn vị hải lý chuẩn trong đó có Việt nam. Tuy nhiên tùy thuộc vào điều kiện địa lý và tập quán, một số nước vẫn dùng các đơn vị hải lý khác, chẳng hạn: Anh, Nhật: 1 hải lý = 1853,18 mét = 6080 feet Ý, Hà Lan: 1 hải lý = 1851,85 mét Bồ Đào Nha: 1 hải lý = 1850,00 mét. Hải lý là đơn vị đo độ dài cơ bản và được sử dụng phổ biến nhất trong hàng hải, hải lý thể hiện quãng đường tàu đi được, khoảng cách từ tàu tới mục tiêu, dùng để tính tốc độ tàu, v.v… và dễ dàng liên hệ với đơn vị góc. Ngoài ra để phản ánh hết các thông số khác có liên quan đến chuyển động của tàu còn sử dụng một số đơn vị khác như: Liên (Cable): đơn vị dài tính bằng 1/10 Hải lý, thường dùng để thể hiện khoảng cách từ tàu tới mục tiêu ở cự ly ngắn, 1 liên = 185,2m = 608 feet Trong quân sự còn dùng đơn vị pháo liên: 1 pháo liên = 182,88m = 600 feet. Foot (f): 1f = 0,3048 m, được sử dụng để thể hiện độ cao mục tiêu, độ sâu vùng biển trên các hải đồ Anh xuất bản. Yard: 1yard = 3 f = 0,9144 m. Thường được dùng để đo khoảng cách ngắn, thể hiện các tính năng hàng hải của tàu. TĐL 9 Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương II Fathom: 1 fathom = 6 f = 1,83 m. Thể hiện độ sâu trên các bản đồ cổ của Anh. Km: 1Km = 0,54 hải lý thường sử dụng để thông tin về tầm nhìn xa trong các bản tin dự báo thời tiết. Mét (m): 1m = 3,281f, thường sử dụng để thông tin về độ sâu vùng biển, độ cao mục tiêu, tháp đèn, v.v… II.1.2. Đơn vị đo tốc độ Hải lý/giờ: Là đơn vị đo tốc độ chính trên tàu biển. Hải lý/giờ còn được gọi là nơ (knot) xuất phát từ vai trò lịch sử của nó, từ thời đại thuyền buồm tốc độ tàu được đo bằng một sợi dây nối với một thiết bị hình cánh quạt, được thả xuống mạn tàu trong vòng 30 giây (1/120 giờ), sợi dây được thắt thành các nút (knot) cách nhau 1/120 hải lý, tức là bằng 6080/120 = 50,67 feet. Số nút được thả ra trong 30 giây chính là số hải lý tàu đi được trong một giờ. Các ký hiệu của hải lý/giờ: NM P H (Nautical Mile Per Hour) NM/H ( Nautical Mile/ Hour) KTS (Knots). Km/giờ: (KPH – Kilometre Per Hour), được sử dụng để phản ánh tốc độ chuyển động của tàu, tốc độ di chuyển của bão, tốc độ dòng chảy.v.v… m/s: Thường để thể hiện tốc độ gió, tốc độ dòng chảy, đôi khi cả tốc độ tàu. II.2. HIỆU VĨ ĐỘ HIỆU KINH ĐỘ Khi hoạt động trên biển, vị trí của tàu luôn thay đổi. Để thể hiện mối liên hệ giữa các tọa độ vị trí người ta đưa ra khái niệm hiệu vĩ độ, hiệu kinh độ. Giả sử tàu chạy từ điểm A(1; 1) đến điểm B(2; 2), hình II-2. II.2.1. Hiệu vĩ độ - Δ PN Hiệu vĩ độ (Difference of Latitude – Dlat) giữa điểm xuất phát A và điểm đến B là giá trị góc của cung nhỏ kinh tuyến nằm chắn giữa hai vĩ tuyến qua A và B. Hiệu vĩ độ được xác định bằng công thức: Δ = 2 - 1 (2.5) Tùy thuộc vào tương quan giữa điểm xuất phát và điểm tới mà hiệu vĩ độ còn phân biệt làm hai loại: φ2 B φ1 M A E Q O λ2 λ1 PS + Hiệu vĩ độ về Bắc (ký hiệu Δ = … Hình II-2 VN), nếu điểm tới nằm ở phía Bắc so với điểm xuất phát, trong tính toán hiệu vĩ độ về Bắc lấy dấu dương (+). + Hiệu vĩ độ về Nam (ký hiệu Δ = … VS), nếu điểm tới nằm ở phía Nam so với điểm xuất phát, trong tính toán hiệu vĩ độ về Nam lấy dấu âm (−). Hiệu vĩ độ có giá trị biến thiên từ 00 đến 1800. TĐL 10 Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương II II.2.2. Hiệu kinh độ - Δ Hiệu kinh độ (Difference of Longitude – DLong) giữa điểm xuất phát (A) và điểm tới (B) là góc nhị diện giữa hai mặt phẳng kinh tuyến đi qua hai điểm đó, cũng chính là giá trị góc của cung nhỏ xích đạo nằm giữa hai kinh tuyến đi qua hai điểm đó. Hiệu kinh độ được xác định bằng công thức: Δ = 2 - 1 (2.6) Tùy thuộc vào tương quan giữa điểm xuất phát và điểm tới, hiệu kinh độ được phân làm hai loại: + Hiệu kinh độ về Đông (ký hiệu Δ = … VE), nếu điểm tới nằm ở phía Đông so với điểm xuất phát, trong tính toán hiệu kinh độ về Đông được lấy dấu dương (+). + Hiệu kinh độ về Tây (ký hiệu Δ = … VW), nếu điểm tới nằm ở phía Tây so với điểm xuất phát, trong tính toán hiệu kinh độ về Tây được lấy dấu âm (−). Hiệu kinh độ có giá trị biến thiên từ 00 đến 1800, nếu hiệu kinh độ tính theo công thức (2.3) được giá trị lớn hơn 1800 thì phải lấy 3600 trừ đi giá trị tính toán được rồi phải đổi dấu và đổi tên. Ví dụ 1: Tàu đi từ A (16042/08// N; 106034/10// E) đến B (20018/20// N; 108010/20// E). Tính hiệu vĩ độ và hiệu kinh độ? Giải: Δ = (+20018/20// ) – (+16042/08// ) = + 3036/12// => Δ = 3036/12// VN Δ = (+108010/20// ) – (+106034/10// ) = + 1036/10// => Δ = 1036/10// VE. Ví dụ 2: Tàu xuất phát từ A ( 20030/5 S; 000015/8 E), biết Δ = 1015/0 VS; Δ = 2030/0 VW. Tìm tọa độ điểm tới B(2; 2)? Giải: 2 = 1 + Δ = (–20030/5) + (–1015/0 ) = – 21045/5 = 21045/5 S 2 = 1 + Δ = (+ 000015/8) + (–2030/0) = – 002014/2 = 002014/2 W Vậy tọa độ điểm tới là B (21045/5 S; 002014/2 W). Ví dụ 3: Tàu đi từ A (24048/ N; 150042/ E) đến B (12026/ S; 176012/ W). Tính Δ và Δ? Giải: Δ = (– 12026/ ) – (+24048/ ) = – 37014/ => Δ = 37014/ VS. Δ = (–176012/ ) – (+150042/ ) = – 326054/  3600 - 326054/ = + 33006/ Δ = 33006/ VE. II.3. ĐỘ CAO TRONG HÀNG HẢI Trong hàng hải sử dụng hướng dây dọi để xác định độ cao của vật tiêu và được chia làm 3 loại như sau (Hình II-3): Độ cao thật Ht: Được đo theo hướng dây dọi từ đỉnh của vật tiêu tới móng (chân) của nó. TĐL 11 Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương II Độ cao tương đối Htđ: Được đo theo hướng dây dọi từ đỉnh vật tiêu tới một điểm chuẩn nào đó trên mặt đất. Độ cao tuyệt đối Ho: Được đo theo hướng dây Ht dọi từ đỉnh vật tiêu đến Htđ Ho mực nước số “0 hải đồ” (chart datum) hay còn gọi là số “0 độ sâu” là mực “Số 0 hải đồ” chuẩn quy ước (mặt tham chiếu) tại vùng biển nào đó để xác định độ sâu, độ cao Hình II-3 của điểm. Ở Việt Nam mực chuẩn này được lấy trùng với mực nước cực triều thiên văn (mực nước ròng thấp nhất có thể xảy ra). Trên hải đồ cũng như trong các tài liệu hàng hải khác, độ cao vật tiêu thường được thể hiện bằng độ cao tuyệt đối. II.4. CHÂN TRỜI NHÌN THẤY Một người quan sát đứng ở A với độ cao mắt AA/ = e (Hình II–4), luôn nhìn thấy một phần của bề mặt Trái Đất xung quanh mình, phần nhìn thấy đó như một chỏm cầu có tâm là vị trí người quan sát và được giới hạn bởi đường tiếp giáp (tưởng tượng) giữa bầu trời và mặt nước, còn gọi là đường chân trời. Phần chỏm cầu nhìn thấy của bề mặt Trái Đất được gọi là chân trời nhìn thấy (Visible Horizon), bán kính cầu từ vị trí người quan sát đến đường tiếp giáp giữa bầu trời và mặt nước gọi là tầm nhìn xa chân trời nhìn thấy (horizon distance) và ký hiệu là De. Rõ ràng De phụ thuộc vào độ cao mắt người quan sát, ngoài ra còn phụ thuộc vào điều kiện thời tiết và thời gian trong ngày. Theo nguyên lý truyền thẳng của ánh sáng, nếu mắt người quan sát ở A thì sẽ nhìn thấy bề mặt Trái Đất với tia nhìn xa nhất là AV tiếp xúc với mặt đất tại T (Hình II-4), do đó De = AT, cung tròn TT/ được gọi là đường chân trời hình học (Geometrical horizon) theo tính chất của cát tuyến và tiếp tuyến của đường tròn xuất phát từ một điểm cố định thì: A/ e A T B B/ R R1 V O A/ T2  A/ A  A/ C Vì độ cao mắt người quan sát thực tế rất nhỏ so với tầm nhìn xa chân trời nhìn thấy, vì vậy có thể xem A / T  AT mà sai số gặp phải không lớn, do đó: T/ Hình II- 3: Tầm nhìn xa mục tiêu O 1 C Hình II-4 AT2  A / A  A / C TĐL 12 Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương II Hay: AT  A / A  A / C Độ cao mắt AA/ = e rất nhỏ so với đường kính Trái Đất nên có thể xem AT  A / A  AC A / C  AC . Do đó: Nếu xem Trái Đất là hình cầu có bán kính 3438 hải lý thì có thể tính được De theo các công thức: Nếu e tính bằng mét: De  6876  e 1852 D e  1,93 e Nếu e tính bằng feet: De  6876  e 6080 D e  1,06 e (Hải lý) (Hải lý) (2.7) (Hải lý) (Hải lý) (2.8) Trong thực tế khi ánh sáng truyền đi trong môi trường khí quyển sẽ bị khúc xạ, do đó tia sáng từ mắt người quan sát đến đường chân trời không phải là đường thẳng mà là một đường cong có bán kính cong là R1. Hiện tượng khúc xạ của ánh sáng trong môi trường khí quyển như vậy được gọi là hiện tượng khúc xạ mặt đất và được đặc trưng bằng hệ số khúc xạ k. Với k được tính theo công thức: k R R1 (2.9) Hệ số k thay đổi phụ thuộc vào điều kiện khí áp và nhiệt độ, khu vực biển và thời gian trong ngày. Bằng thực nghiệm người ta xác định được k đạt giá trị cực đại vào lúc bình minh, giảm dần từ sáng đến trưa, vào khoảng từ 11h đến 14h đạt giá trị cực tiểu k = 0,16, sau đó lại tăng dần và đạt cực đại vào lúc hoàng hôn. Do hiện tượng khúc xạ mà thực tế khả năng nhìn thấy của mắt thường xa hơn. Bằng thực nghiệm người ta đã chứng minh được tầm nhìn xa chân trời nhìn thấy tăng lên 1/12 lần hay 8% so với tầm nhìn xa tính toán theo nguyên lý truyền thẳng của ánh sáng. Do đó trong hàng hải thường tính toán tầm nhìn xa theo công thức như sau: Nếu e tính bằng mét: D e  2,08 e (Hải lý) (2.10) Nếu e tính bắng feet: D e  1,15 e (Hải lý) (2.11) Ngoài ra đôi khi De còn được tính theo đơn vị Km và e tính bằng mét: D e  3,852 e (Km) (2.12) II.5. TẦM NHÌN XA CỦA ÁNH SÁNG VÀ MỤC TIÊU Nếu tàu từ xa tiến về gần mục tiêu, trước hết người quan sát sẽ thấy phần đỉnh của mục tiêu, lần lượt sẽ thấy lộ rõ dần từ đỉnh đến chân của mục tiêu. Ngược lại nếu tàu từ mục tiêu rời xa dần thì người quan sát sẽ thấy mục tiêu bị khuất dần từ chân đến đỉnh của nó cho đến khi khuất hẳn. Như vậy sẽ có một thời điểm mà người quan sát thấy mục tiêu xuất hiện, hoặc mục tiêu biến mất. Thời điểm mục tiêu xuất hiện hay TĐL 13 Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương II biến mất đó tương ứng với khoảng cách lớn nhất mà người quan sát còn có thể nhìn thấy được mục tiêu, khoảng cách lớn nhất đó được gọi là tầm nhìn xa của ánh sáng và mục tiêu (Extreme range) và được kí hiệu là Dt. Rõ ràng độ lớn của Dt phụ thuộc vào độ cao mắt của người quan sát e, độ cao của mục tiêu H (Hình II-4), ngoài ra còn phụ thuộc vào điều kiện thời tiết cũng như khả năng phân biệt của mắt. Trên hình II-5, tầm nhìn xa mục tiêu M chính là Dt = AM = AF + FM DH F A e M De D5 5m H Δ Hình II-5 Trong đó: AF  D e  2,08 e và FM  D H  2,08 H Nên Dt được tính theo theo công thức như sau: D t  2,08( e  H ) (2.13) Trong đó: Dt: Tầm nhìn xa của ánh sáng và mục tiêu tính bằng hải lý. e: Độ cao mắt người quan sát tính bằng mét. H: Độ cao mục tiêu tính bằng mét. Tầm nhìn xa mục tiêu là thông tin rất cần thiết cho người đi biển, vì vậy đối với các mục tiêu quan trọng như hải đăng, tầm nhìn xa thường được ghi trên hải đồ và các tài liệu hàng hải khác, được tính toán ứng với một độ cao mắt nhất định, thường là 5m, hoặc bằng 15 feet. Tầm nhìn xa ghi trên hải đồ (charted range) được ký hiệu là D5. Khi độ cao mắt người quan sát e  5 m (hoặc 15 feet), muốn tính tầm nhìn xa của mục tiêu Dt dựa vào D5 trên hải đồ phải đưa vào lượng hiệu chỉnh , (Hình II-5). Với  được tính toán theo công thức: + Nếu e tính bằng mét:   2,08( e  5 ) (2.14) + Nếu e tính bằng feet:   1,15( e  15 ) (2.15) Khi đó Dt được tính theo công thức: D t  D5   (2.16) Ví dụ: Trên hải đồ ghi tầm nhìn xa của hải đăng là 20 hải lý, nếu độ cao mắt là 16m thì sẽ nhìn thấy hải đăng ở khoảng cách bao nhiêu? Giải:   2,08 16  2,08 5  3,7 Dt  D5    20  3,7  23,7 hải lý +Tầm nhìn xa ban ngày (daytime visual range): Nếu mục tiêu nhìn thấy được vào ban ngày như núi non, nhà cửa, v.v… tầm nhìn xa còn được gọi là tầm nhìn xa ban ngày. TĐL 14 Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương II +Tầm nhìn xa ban đêm (nightime visual range): Nếu mục tiêu là ánh đèn, ví dụ đèn hải đăng, có thể nhìn thấy được vào ban đêm thì tầm nhìn xa còn được gọi là tầm nhìn xa ban đêm hay tầm nhìn xa quang học (optical range). Tầm nhìn xa quang học tùy thuộc vào công suất và màu sắc nguồn sáng, điều kiện thời tiết.v.v…, tầm nhìn xa quang học có thể xác định bằng thực nghiệm quan sát nhiều lần, trong điều kiện bình thường nó xấp xỉ bằng tầm nhìn xa ban ngày, nếu có sự khác nhau lớn thì trên hải đồ cũng như trong các tài liệu hàng hải khác người ta đều ghi giá trị nào nhỏ hơn. Cần lưu ý khi nhận biết các đèn hải đăng cần tham khảo tài liệu chuyên môn “đèn và dấu hiệu” hoặc hải đồ để tránh nhầm lẫn khi tính toán tầm nhìn xa và xác định vị trí tàu. Đặc điểm chiếu sáng của các đèn có khác nhau và được ghi rõ trong các tài liệu nói trên. II.6. CÁC HỆ THỐNG PHƯƠNG HƯỚNG TRÊN MẶT PHẲNG CHÂN TRỜI II.6.1. Khái niệm Giả sử một người quan sát đứng ở vị trí A trên bề mặt Trái Đất (Hình II-6). Từ A dựng mặt phẳng (2) qua A và chứa trục PNPS của Trái Đất, (2) gọi là mặt phẳng kinh tuyến người quan sát. Dựng mặt phẳng (3) vuông góc với đường dây dọi ZAZ/, được gọi là mặt phẳng chân trời thật (mặt phẳng nằm ngang) của người quan sát. Mặt phẳng (1) chứa đường dây dọi ZAZ/ và vuông góc với (2), gọi là mặt phẳng thẳng đứng thứ nhất. Z 1 2 W A S 3 E N PN PS Z/ Giao tuyến của (2) cắt (3) là đường NS được gọi là đường Kinh tuyến Hình II-6 thật (đường Tí Ngọ thật), N luôn chỉ về cực Bắc (PN), S luôn chỉ về phía cực Nam (PS) của Trái Đất. Giao tuyến của (1) cắt (3) là đường EW được gọi là đường Đông Tây. Nếu mắt người quan sát nhìn về hướng Bắc thì bên phải là hướng Đông (E), bên trái là hướng Tây (W). Đường NS và EW vuông góc với nhau và chia mặt phẳng chân trời ra làm 4 phần: Đông Bắc - NE, Đông Nam - SE, Tây Nam - SW và Tây Bắc - NW. Rõ ràng tại mọi điểm trên bề mặt Trái Đất luôn xác định được hai đường NS và EW trừ hai cực của Trái Đất, vì vậy hoàn toàn có thể lợi dụng các đường này để xây dựng phương hướng. Lý luận và thực tiễn đều xác nhận rằng sử dụng đường NS làm chuẩn để xây dựng phương hướng là thuận tiện hơn cả. Trong hàng hải sử dụng mặt phẳng chân trời thật (mặt phẳng nằm ngang) và đường NS để xác định phương hướng. II.6.2. Các hệ thống tính toán phương hướng II.6.2.1. Hệ thống vòng: TĐL 15 Hàng hải Cơ bản cho nghề cá Chương II Mặt phẳng chân trời được chia làm 360 phần bằng nhau, mỗi phần gọi là 1 độ. Bắt đầu tính từ hướng Bắc (N) là 00 theo chiều kim đồng hồ đến hướng Đông (E) là 900, hướng Nam (S) là1800, hướng Tây (W) là 2700 và trở lại hướng Bắc 3600, hình II7. Hệ thống vòng được sử dụng phổ biến nhất trong hàng hải để thể hiện hướng chuyển động của tàu, phương vị của các mục N(00) tiêu trên biển, trên bờ, hướng đến ngư trường đánh bắt… Giá trị phương hướng theo hệ thống vòng được thể hiện bằng ba chữ số, từ 0000 đến 3600 E (900) W(2700) Ví dụ: Hướng đi của tàu là 1350, phương vị của mục tiêu là 0450 Sử dụng hệ thống vòng thể hiện phương hướng có tính đơn trị nên không phải kèm theo ký hiệu riêng. S(1800) Hình II-7 II.6.2.2. Hệ thống bán vòng: N 00(1800) Trong Thiên văn hàng hải, bên cạnh hệ ● thống vòng còn sử dụng hệ thống bán vòng để biểu thị phương vị của thiên thể. Mặt phẳng chân trời vẫn được chia làm 360 phần mỗi phần là 10, tuy nhiên gốc để tính phương W 900 E 900 hướng có thể chọn hướng N hoặc hướng S và hướng tính có thể theo chiều kim đồng hồ hoặc ● ngược chiều kim đồng hồ (Hình II-8), góc biến thiên từ 00 đến 1800. Nếu chọn N làm gốc thì hướng N sẽ là 00, hướng S là 1800, ngược lại S 1800(00) nếu chọn S làm gốc thì hướng S là 00 và hướng 0 0 Hình II-8 N là 180 . Các hướng E và W luôn bằng 90 . Giá trị phương hướng trong hệ thống bán vòng được thể hiện bằng 3 chữ số từ 000 0 đến 1800. Khi biểu diễn phương hướng phải kèm theo ký hiệu riêng. Ví dụ: Phương vị của Mặt trời tại một thời điểm là N 1100 E, chữ đầu (N) chỉ gốc tính phương hướng, trùng tên với vĩ độ của người quan sát. Chữ sau (E) chỉ hướng tính, trùng với phía bán cầu có thiên thể. II.6.2.3. Hệ thống ¼ vòng: Hệ thống ¼ vòng cũng giống hệ thống bán vòng ở chỗ có thể lấy hướng N hay hướng S làm chuẩn và có thể tính về hướng E hoặc hướng W, nhưng góc biến thiên chỉ nằm trong phạm vi ¼ vòng tức từ 00 đến 900 (Hình II-9). Trong hệ thống này hướng N và hướng S luôn là 00, hướng E và hướng W luôn 900. Hệ thống TĐL N 00 ● E 900 W 900 ● S 00 Hình II-9 16