航海学基础知识[共7页].docVIP

第一章 航海学基础知识 第一节 地球形状与地理坐标 一、大地球体 船舶在海面上航行，实际是在地球表面的海面里航行， 为了研究诸多航海问题， 应该对地球的形状和大小有个基本的了解。地球的自然表面有高山、深海，形状非常 复杂。在地球表面的 3/4 被大洋所覆盖，大陆的高低起伏与地球的半径相比，又显得 微不足道。所以，航海上讨论的地球形状，并不是指其自然形状，而是指由大地水准 面所包围的几何体的形状。 地球上任意一点的水准面是指通过该点且与该点的铅垂线垂直的 平面。 液体的 静 止表面 就是水准面。 设想 一个与 平均 海面相 吻合 的水准面，并 将它延伸到 陆地 内部， 在 延伸中始终保持此 面处处 与当 地的铅垂线 正交 ，这样 形成 的一个 连续 不断的、 光滑 的 闭合曲 面， 叫做 大地水准面。被大地水准面所围 成 的球体 叫做 大地球体。 二 、大地球体的 近似体 大地球体是一个不 规则 的几何体。为了应 用的方便 ，在不 同 的应 用场合会使用到 大地球体的 近似 体： 1．第 一近似 体，地球 圆球体(terrestrial sphere) 在一 般 的航海 计算中 ，例如 在天文计算 、 构建简易墨卡托 海 图图网时 ，为了 便于计算 ，通常 将地球 近似看作圆 球体。 根据 地球 圆球面上大 圆弧 1′的 弧长等 于 1 n mile 即 1852m的规定 ， 可推算出 地球 圆 球体的半径 RE ： 60 360 × R = nmile = 3437.7468nmile = 6366707m 2 π 2．第二近似 体，地球 椭圆 体(earth ellipsoid) 地球 椭圆 体也叫旋转椭圆 体，在大地 测量学 、地 图学 和需要精 确 的航海 计算 中 ，应该 将 大地球体 近似 为 两极略扁 的地球 椭圆 体。航海 中，地 理坐标 的建立、 墨卡托 海图的 绘制都 是建立在地球 椭圆 体的基 础上的。 地球 椭圆 体是由 椭圆 PNQPS Q′绕 其短轴 PNPS 旋转 而成 的几何体（图 1－1－1）。 椭圆 短轴 PN PS（ 即地球的地 轴 earth ′s axis ）的 两 个 端点是地 理北极 PN 和地理 南极 PS； 椭圆长 轴 QQ′ 绕短轴 旋转所成的平面是 赤道平面， 它在地球 椭圆 体面上 的截痕 是赤道， 赤 道是一个大 圆。与 赤道面 平行的 平面， 称 为纬度圈 平面， 它与 地球 椭圆 体面 截痕 是圆，称为纬度圈 。过 短轴 PNPS的任一 平面是 子午圈 平面，它与 地球 椭圆 体表面的 截痕 是椭圆 ，称 为子午圈 ，其 中被短轴 平 分的半个 椭圆 ，叫做 地 理子午 线、 子午 线或经 线。 地球 椭圆 体的形状大小 可用 参数：长 半轴 a、短半轴 b、扁率 c、和 偏心率 e 表示。 它们相互之间的关系 是： c a b - = a e = 2 2 a - b a 2 2 e ≈ c 我国现在是 用原苏联克拉索夫斯 基的地球椭圆体参数 ， 1954 年 建立北京坐标 系，其 参数值是 ： a = 6378245 b = 6356863m m 1 c = e= 0.081813369 298.3 1924 年国际测量协会决 定，国际上 采用 1910 年海 福特测量 的地球椭圆体参数 ， 其值是： a = 6378388m b = 6356912m 1 c = e= 0.081991787 297 从准确 的水准测量 知 道，大地水准面与地球椭圆体表面 也 是不一 致 的。地球椭圆 体表面与大地水准面 之间的 差值叫高度差 ，其值最 大不 超过100m, 通常 可以 忽略 不计。 但在某些对精度要求较高的计算中 ，例如 利 用人造 地球卫星 定位时，要求输入 的卫星 接收机 天线是在地球椭圆体面以上的高 度 ，而船舶 近似 被认为航行 于 大地球体表面， 即 大地水准面上， 因此必须考虑这个高 度差 。即: 卫星接收机 天线在地球椭圆体表面以上的高 度＝接收机 天线在海面以上的高 度 + 高度差 。 在卫星接收机 中，当输入接收机 天线在海面以上的高 度 后，高 度差 的 改正 是由 接 收机 自动完 成的。 三 、 地 理 坐标(geographic coordinate) 地理坐标是用 以地球椭圆 体表面上任意一点 位 置 的 坐 标，由地 理经度 和地 理纬度 构 成 。航海上的船舶 位置、物标 的地 理位 置 等 都 是 用 地 理坐 标来表示的。 地 理坐标的基准 圈 是 赤 道和 格林 子午线。格林 子午 线 就 是通过英 国 化敦格林尼治 天文 台的子午线，它作为计算 地理经度 的起 始子午线，也称 零度经 线。 格林 子午线与 赤道的交点是地