ORIENTAREA PE MARE

ORIENTAREA PE MARE

§ 1. PLANE SI LINII PRINCIPALE ALE OBSERVATORULUI

PE SFERA TERESTRA

In navigatia maritima, siguranta navigatiei este obiectivul caruia se subordoneaza toate activitatile de la bordul navei. In acest context, orientarea pe mare devine un element foarte important.

In mare deschisa, orientarea nu ar fi posibila fara existenta unui sistem de referinta.

In fig.18 s-a considerat observatorul A plasat pe suprafata sferei terestre la o latitudine nordica oarecare. Sunt reprezentate :

- PnPs , axa polilor terestri;

- QQ', ecuatorul terestru ;

- ZeNa, verticala punctului A considerat ;

- G , ochiul observatorului, aflat la inaltimea i deasupra nivelului marii.

Se definesc urmatoarele notiuni:

plane verticale = infinitatea planelor care contin verticala punctului A;

plane orizontale = infinitatea planelor perpendiculare pe verticala punctului A.

Se defineste in continuare sistemul de referinta pentru orientarea pe mare, care este format din trei plane principale, dupa cum urmeaza (fig.18):

1) PLANUL ORIZONTULUI ADEVARAT AL OBSERVATORULUI (H) este planul orizontal care trece prin ochiul G al observatorului;

2) PLANUL MERIDIANULUI ADEVARAT AL OBSERVATORULUI (M) este planul vertical care contine axa polilor terestri;

3) PLANUL PRIMULUI VERTICAL (V) este planul vertical perpendicular pe planul meridianului adevarat al observatorului.

Intersectia reciproca a celor trei plane principale determina urmatoarele linii principale:

1) LINIA NORD-SUD (N-S), dreapta din planul orizontului adevarat al observatorului, determinata de intersectia acestuia cu planul meridianului adevarat al observatorului. Mai poate fi definita si ca proiectie a meridianului geografic (adevarat) al punctului A in planul orizontului adevarat al observatorului.

LINIA EST-VEST (E-W), dreapta din planul orizontului adevarat al observatorului determinata de intersectia acestuia cu planul primului vertical.

Cele doua linii principale continute in planul orizontului adevarat al observatorului, determina pe acesta patru cadrane de orizont:

Fig.18. Plane si linii principale ale unui observator pe sfera terestra

cadranul I   sau cadranul NE;

cadranul II sau cadranul SE;

cadranul III sau cadranul SW;

cadranul IV sau cadranul NW.

Liniile NS si EW se mai numesc si directii cardinale. Acestea se definesc in oricare punct al sferei terestre, cu exceptia polilor terestri, unde planul meridianului adevarat nu se mai poate defini, dat fiind faptul ca verticala se confunda cu axa polilor.

§ 2. DRUMURI SI RELEVMENTE

§ 2.1. DRUM ADEVARAT

Orientarea pe mare presupune cunoasterea in permanenta a pozitiei navei si a directiei in care aceasta se deplaseaza; in acest context, se opereaza curent cu urmatoarele notiuni:

1. Directia nord adevarat (Na) este semidreapta nordica a liniei NS, si este directia de referinta la care se raporteaza directia de deplasare a navei.

2. Reperele de navigatie sunt constructii special amenajate, cladiri importante usor de recunoscut de pe mare, forme de relief etc., trecute cu precizie in harta si consemnate in documentele nautice.

3. Directia de vizare la un reper este dreapta din planul orizontului adevarat al observatorului, care uneste punctul navei cu un reper.

Directia in care se deplaseaza nava se defineste cu ajutorul notiunii de drum adevarat (fig.19 si 20):

DRUMUL ADEVARAT (Da) al navei este unghiul din planul orizontului adevarat masurat de la directia Na pana la axul longitudinal (catre prova) al navei.

[ fig.19] [fig. 20 ]

§ 2.2. RELEVMENT ADEVARAT

Relevmentul adevarat (Ra) masurat la un reper F (fig.21) se defineste ca fiind unghiul din planul orizontului adevarat al observatorului, masurat de la directia Na pana la directia de vizare la reper.

Relevmentul adevarat este un al doilea indicator important pentru orientarea pe mare; el raporteaza directia de vizare la un reper la directia Na.

§ 2.3. RELEVMENT PROVA

Relevmentul prova (Rp) masurat la reperul F (vezi fig.21) este unghiul din planul orizontului adevarat al observatorului, masurat de la directia prova a axului longitudinal al navei pana la directia de vizare la reper. Relevmentul prova raporteaza directia de vizare la un reper la axul longitudinal al navei, directia catre prova; el constituie al 3-lea indicator important pentru orientarea pe mare.

Da, Ra si Rp se exprima in grade si zecimi de grad.

§ 2.4. SISTEME DE MASURARE A UNGHIURILOR IN PLANUL ORIZONTULUI ADEVARAT

In principiu, directiile / unghiurile masurate in planul orizontului adevarat al observatorului se raporteaza la directia Na. Prin exceptie, anumite unghiuri se pot masura fata de axul longitudinal al navei (cum este de exemplu relevmentul prova masurat la un reper).

Se definesc urmatoarele sisteme de masurare a unghiurilor in planul orizontului adevarat (POA) al observatorului:

1) Sistemul circular este sistemul care se utilizeaza in prezent, pe scara larga, in navigatia moderna. Toate celelalte sisteme de contare se folosesc restrictiv.

In sistem circular, unghiurile se masoara de la directia de referinta (Na sau prova), doar in sens retrograd, si iau valori de la 000 la 360°

Exemplu: (fig.21) a= 110°._{o ;}

Da = 046°.5 ;

Ra = 312°.o ;

Rp = 265°.5 .

ATENTIE

cand nava se deplaseaza pe acelasi meridian catre N atunci Da = 000°.o;

cand nava se deplaseaza pe acelasi paralel catre E atunci Da = 090°.o;

cand nava se deplaseaza pe acelasi meridian catre S, atunci Da = 180°.o;

cand nava se deplaseaza pe acelasi paralel catre W, atunci Da = 270°.o.

Cand drumul adevarat al navei se gaseste in limitele 000°.o < Da < 090°.o atunci drumul adevarat se afla in cadranul I de orizont (sau NE);

Cand drumul adevarat al navei se gaseste in limitele 090°.o < Da < 180°.o, se spune ca drumul adevarat se gaseste in cadranul II (sau SE) de orizont.

Cand drumul adevarat al navei se gaseste intre limitele 180°.o < Da < 270°.o se spune ca drumul adevarat se gaseste in cadranul III de orizont;

Cand drumul adevarat al navei se gaseste intre limitele 270°.o <Da < 360°.o, se spune ca drumul adevarat se gaseste in cadranul IV (sau NW) de orizont.

Incadrarea valorilor de relevment adevarat masurate la repere in cele patru cadrane de orizont este analoga regulii date pentru drumul adevarat. Astfel:

daca un reper se gaseste pe acelasi meridian cu nava, catre nord fata de aceasta, atunci Ra = 000°.o, iar

daca valoarea relevmentului adevarat masurat la un reper se gaseste in limitele 000°.o < Ra < 090°.o atunci reperul se va vedea in cadranul NE (cadranul I) de orizont.

Relevmentele prova se masoara in sistem circular, conform definitiei, de la axul longitudinal-prova in sens retrograd (deci prin tribord intotdeauna), putand lua valori de la 000 la 360 , modul de notare fiind:

Rp = 045 .o; Rp = 135 .o; Rp = 270 .o

2) Sistemul semicircular este utilizat la scara mai restransa in navigatia moderna. In acest sistem, directia de referinta pentru masurarea unghiurilor poate fi, optional, directia nord adevarat sau directia sud adevarat. De asemenea, unghiurile (drumuri, relevmente etc.) se pot masura atat in sens retrograd cat si in sens direct, luand valori de la 000°.o la 180°.o.

Relevmentul prova exprimat semicircular se masoara de la axul longitudinal al navei in sens retrograd (prin tribord) sau in sens direct (prin babord), functie de bordul in care se vede

reperul. Astfel, relevmentele prova semicirculare sunt intotdeauna mai mici de 180 si poarta indicele Td sau Bd ( tribord sau babord ).

Fig.21. Drumuri si relevmente

Unghiurile din fig.21 se vor exprima in sistem semicircular astfel:

a = N 110°._o E sau S 080°._o E ;

Da = N 046°.₅ E sau S 133°.₅ E ;

Ra = N 048°._o W sau S 132°._o W;

Rp_Bd = 085°₅ .

3) Sistemul cuadrantal. In acest sistem:

Unghiurile se exprima precizand cadranul de orizont in care acestea se gasesc.

Directia de referinta este directia nord adevarat (pentru unghiuri situate in cadranele I si IV) sau sud adevarat (pentru unghiuri cu valori in cadranele II si III),

sensul de masurare poate fi direct sau retrograd, iar valoarea unui unghi exprimat cuadrantal nu poate depasi 090 (valoarea unui cadran).

Unghiurile din fig.21 se vor exprima cuadrantal astfel:

a = SE 080°.o ;

Da = NE 046°.5 ;

Ra = NW 048°.o .

ATENTIE: Relevmentele prova nu se exprima in sistem cuadrantal.

Relatiile generale intre drumuri si relevmente (exprimate circular) sunt:

Ra = Da + Rp

Da = Ra - Rp

Rp = Ra - Da

Aceste relatii nu mai sunt valabile pentru relevmente prova exprimate semicircular. In aceasta situatie, se recomanda sa se utilizeze urmatoarele relatii:

Ra = Da + RpTd = Da - RpBd

Da = Ra - RpTd = Ra + RpBd

RpTd = Ra - Da

RpBd = Da - Ra.

4) Impartirea orizontului in carturi este de asemenea un sistem demodat, specific epocii velierelor. In acea perioada, data fiind precizia scazuta de masurare a unghiurilor in planul orizontului adevarat (Da, Ra, Rp), se utilizau pentru precizarea acestora carturile. Cartul este unitatea de masura pentru unghiuri reprezentand a 32-a parte din orizont deci 360°/32 = 11°15' = 11°1/4. Fiecare cart are o denumire proprie, asa cum rezulta din fig.22 , precum si un numar de ordine propriu de la 0 la 8 incepand de la N catre E si W, respectiv de la S catre E si W. Exprimarea directiei (drumului sau relevmentului) se facea fie prin denumirea cartului, fie prin precizarea cadranului de orizont si a numarului de ordine a cartului din cadranul respectiv de orizont. Carturile principale sunt :

-carturile N, E, S, W: acestea indica directiile cardinale ;

-carturile NE, SE, SW, NW: acestea indica directiile intercardinale;

-carturile NNE, ENE, ESE, SSE, SSW, WSW, WNW, NNW: acestea indica directiile inter-intercardinale.

Fig.22. Impartirea orizontului in carturi

In prezent, sistemul de contare in carturi se mai utilizeaza doar pentru a indica, la precizie de cart inter-intercardinal, directia vantului. De asemenea, trebuie precizat ca sistemele semicircular si cuadrantal se mai utilizeaza in navigatia astronomica. De asemenea, relevmentele prova se exprima de regula semicircular, precizand bordul in care se vede reperul.

§ 3. ORIZONTUL

§ 3.1. ORIZONTUL GEOMETRIC

Definitia data planului orizontului adevarat al observatorului implica faptul ca acesta este infinit. Cu toate acestea, un observator A al carui ochi G se afla la inaltimea i fata de nivelul marii (vezi fig.23) vede orizontul sub forma de cerc, datorita sfericitatii Pamantului.

Este deci necesar a se face distinctia intre notiunea de plan al orizontului adevarat si notiunea de orizont.

Se numeste orizont geometric locul geometric al punctelor de pe suprafata sferei terestre in care tangenta dusa din ochiul observatorului atinge suprafata acesteia. Orizontul geometric este deci un cerc mic ( BB', fig.23).

S-a notat cu d' distanta la orizontul geometric. Pentru calculul acestei distante, se aplica teorema lui Pitagora in triunghiul dreptunghic GBO:

Fig.23. Orizontul geometric

Facand inlocuirile, rezulta:

Deoarece i² << 2·R·i , atunci:

In ultima relatie toate marimile din membrul drept sunt exprimate in [m]. Pentru a obtine pe d' in [M] , se exprima i si R in [M] si rezulta :

Deci :

relatie care da pe d' in [M], avand ca valoare de intrare pe i in [m].

§ 3.2. ORIZONTUL VIZIBIL

In practica, un observator A' care are ochiul situat in punctul G' la inaltimea i deasupra marii, vede puncte D mai indepartate decat orizontul geometric pe sfera terestra. Aceasta se datoreaza fenomenului de refractie atmosferica a luminii, ca urmare a propagarii acesteia in straturile cu diferite temperaturi presiuni, etc. ale atmosferei joase. Ca urmare a manifestarii fenomenului de refractie, are loc o 'fragmentare' a traiectoriei razei de lumina, fapt care face posibila perceptia imaginilor punctelor situate dincolo de limita orizontului geometric (vezi fig.24,a).

Principala proprietate a fenomenului de refractie atmosferica este faptul ca acesta afecteaza numai inaltimea aparenta a obiectelor percepute, nu si valoarea relevmentului sub care acestea se vad.

In fig.24b s-au notat:

-G'D curba de refractie;

-Depr. depresiunea orizontului vizibil (este unghiul cu care 'coboara' tangenta la orizontul vizibil sub planul orizontului adevarat al observatorului);

-unghiul de refractie terestra r

Pentru a face posibila determinarea distantei d la orizontul vizibil, se aplica urmatoarele ipoteze simplificatoare :

1) se asimileaza curba de refractie G'D cu un arc de cerc;

2) unghiul de refractie terestra r este proportional cu unghiul la centru b

3) valoarea coeficientului de refractie terestra (g), are o valoare experimentala determinata pentru un model standardizat al atmosferei joase, numita si atmosfera standard; valoarea medie stabilita pentru [g] nu tine cont de deviatiile parametrilor atmosferici fata de modelul adoptat. Pentru determinari precise, s-au stabilit mai multe modele atmosferice, in calcule intrand coeficientul g al modelului atmosferic cu parametrii atmosferici cei mai apropiati fata de cei masurati in momentul determinarii.

Din fig.24,b si din consideratiile facute anterior, se poate afirma ca distanta la orizontul vizibil [d] este intotdeauna mai mare decat distanta la orizontul geometric [d'] cu o cantitate, care conform ipotezei 2, este proportionala cu coeficientul de refractie terestra g, si cu unghiul la centru [b]. Deci:

d = d' + g b ,

unde b este exprimat in minute de arc.

[fig.24a] Refractia atmosferica [fig.24b] Orizontul vizibil

Pentru conditii atmosferice normale (atmosfera standard), g

De asemenea, se poate aproxima (in limitele preciziei impuse determinarii lui d) ca b['] = d'[M] ; facand inlocuirea in relatia precedenta, rezulta :

d = d'+ß·d' = d'·(1+ß) = 1.08·d'

Inlocuind pe d' cu relatia sa, rezulta :

d _[M] = 1.08·1.93·= 2.08·,

care se utilizeaza pentru calculul distantei la orizontul vizibil in mile marine functie de inaltimea ochiului observatorului in metri.

Distanta la orizontul vizibil se poate determina expeditiv si cu tabla nr.5a, pag.31, DH-90. Se intra pe coloana din stanga cu valoarea inaltimii ochiului in metri iar valoarea distantei la orizontul vizibil in mile marine se determina corespunzator pe coloana din dreapta.

Exemplu: Sa se determine cu tabla 5a DH-90 valoarea distantei la orizontul vizibil pentru:

i = 7m;

i = 53 m .

Rezolvare

1) d = 5.₅ M . (se intra pe coloana din stanga cu i=7m si corespunzator pe coloana din dreapta se va gasi valoarea 5.₅);

2) d = 15.₁ M .(valoarea i=53m nu exista in tabla, si ca urmare valoarea lui d se va interpola dupa urmatoarea schema):

i = 52 ----> d = 15

i = 53 ----> x

i = 54 ----> d = 15.3 ===>x = d = 15.15 M.

OBSERVATIE: Distanta la orizontul vizibil nu constituie linie de pozitie in navigatie, sau, cu alte cuvinte, cu valoarea lui d nu se determina pozitia navei. Calculul valorii distantei la orizontul vizibil nu are un suport de precizie necesar acestui lucru datorita faptului ca ea depinde de parametrii atmosferici instantanei. Distanta la orizontul vizibil are doar un rol orientativ pentru navigator.

§ 3.3. ORIZONTUL DE RADIOLOCATIE

Determinarea distantei la orizontul de radiolocatie prezinta de asemenea o importanta deosebita pentru navigator, valoarea acesteia reprezentand o informatie pretioasa in legatura cu cele mai indepartate puncte de la care radiolocatorul mai primeste semnal ecou.

Distanta la orizontul de radiolocatie depinde de inaltimea antenei de radiolocatie (h), iar coeficientul ce intra in calcul s-a determinat plecand de la aceleasi premise ca si in cazul distantei la orizontul vizibil. Coeficientul de refractie (t) este dublu pentru undele electromagnetice cu lungimi de unda radar (centimetrice). Ca urmare, relatia de calcul a distantei la orizontul de radiolocatie este:

dr _[M] = 1.93·2(0.08)·= 2.224·

Relatia este evident aproximativa, valoarea reala depinzand de parametrii atmosferici si tehnici. Pentru calcule expeditive se recomanda utilizarea tablei nr.5b pag.31 DH-90 ; modul de lucru este acelasi ca la paragraful precedent.

§ 3.4. DISTANTA LA CARE UN OBIECT APARE LA LINIA ORIZONTULUI

Este evident ca distanta la care reperul va apare la linia orizontului, si care se noteaza cu D_T va fi suma distantelor la orizontul vizibil calculate pentru reper (d_H) si pentru observator (d_i) :

D_T = d_H + d_i = 2.08· + 2.08· = 2.08·.

Relatia este valabila pe timp de noapte, cand lumina farurilor se distinge relativ usor la linia orizontului. Pe timpul zilei insa, este necesar ca nava sa parcurga un spatiu suplimentar pentru ca varful reperului sa se distinga la linia orizontului. Se considera ca distanta la care apare reperul la lina orizontului pe timpul zilei este mai mica decat cea calculata pentru perioada de intuneric cu cca. 2%. Rezulta ca relatia de calcul va fi :

D_T = 2.04

[fig.25] Distanta la care apare un obiect la linia orizontului

Pentru determinarea rapida a distantei la care un obiect apare la linia orizontului, se recomanda a se utiliza tabla nr.6 pag.32 DH-90. Se arata mai jos modul de utilizare al tablei pe un exemplu practic:

Exemplu: Sa se determine distanta la care un reper de inaltime H=75m apare la linia orizontului pentru un observator cu i = 12m .

Rezolvare: D_T = 25.₂ M ; Pentru determinarea lui D_T se intra la pag.32 in tabelul din partea de jos a paginii pe coloana i=12 si, datorita faptului ca valoarea H=75m nu se gaseste in tabla, se va face urmatoarea interpolare simpla :

pentru i=12 si H= 70m .DT = 24.6 M

H= 75m .x

H= 80m .DT = 25.8 M

Rezulta ca x = D_T = 25.2 M.

Acelasi rezultat se obtine daca se face interpolarea cu ajutorul tablei 62 din DH-90, tabla 'Parti proportionale'.

Mai trebuie precizat ca pe hartile marine, alaturi de reperele de navigatie sunt trecute si caracteristicile acestora, intre care si distanta in [M] la care lumina acestora apare la linia orizontului in ochiul unui observator cu inaltimea de 5m; aceasta valoare se numeste bataie geografica a farului si se noteaza cu D_harta. Relatia de calcul a D_T, utilizand valoarea bataii geografice data in harta este:

D_T [M] = D_harta [M] - 4.7 [M] + 2,08·.

APLICATIE

Nava in mars in Da=310°_o si masoara Ra1=220°_o la farul F si Rp2=128°_o la farul G.

Se cer: 1) Rp₁ in sistem circular si semicircular;

2) Ra₂ in sistem circular, semicircular si cuadrantal.

Rezolvare

1) Calc.Rp₁ 2) Calc.Ra₂

Da = 310⁰ Da = 310°

-Ra₁ = 220⁰ +Rp₂= 128°

RpBd1 = 090⁰ Ra₂= 438°

Ra₂= 078°

fig.26

REZULTATE

RpBd1 = 090⁰ (semicircular);

Rp₁ = 270⁰ (circular);

Ra₂ = 078 (circular);

= N078°E sau S102°E (semicircular);

= NE078 (cuadrantal).

OBSERVATII:

Se mai utilizeaza (destul de rar) in practica relevmentul pupa in locul relevmentului prova, adica unghiul din planul orizontului adevarat masurat de la directia catre pupa a axului longitudinal al navei pana la directia de vizare la un reper. In sistem semicircular, relevmentele prova si pupa sunt unghiuri suplementare, adica:

Rp (Td sau Bd) = 180 - Rpp (Td sau Bd).

De asemenea, se mai utilizeaza notiunea de relevment adevarat inversat, adica unghiul egal cu relevmentul adevarat plus sau minus 180°:

Ra_i = Ra