Навигация [1] — это область знаний, которая фокусируется на процессе мониторинга и управления перемещением судна или транспортного средства из одного места в другое. [2] Область навигации включает четыре основные категории: наземная навигация, [3] морская навигация , авиационная навигация и космическая навигация. [1]
Это также термин искусства, используемый для специализированных знаний, используемых навигаторами для выполнения навигационных задач. Все навигационные методы включают определение местоположения навигатора по сравнению с известными местоположениями или шаблонами.
Навигация в более широком смысле может относиться к любому навыку или изучению, которое включает определение местоположения и направления . [1] В этом смысле навигация включает ориентирование на местности и пешеходную навигацию. [1]
В европейский средневековый период навигация считалась частью набора из семи механических искусств , ни одно из которых не использовалось для длительных путешествий по открытому океану. Полинезийская навигация , вероятно, является самой ранней формой навигации в открытом океане; она основывалась на памяти и наблюдениях, записанных на научных приборах, таких как Маршалловы карты океанских волн . Ранние тихоокеанские полинезийцы использовали движение звезд, погоду, положение определенных видов диких животных или размер волн, чтобы найти путь от одного острова к другому. [ необходима цитата ] Морская навигация с использованием научных приборов, таких как астролябия моряка, впервые появилась в Средиземноморье в Средние века. Хотя наземные астролябии были изобретены в эллинистический период и существовали в классической античности и исламском Золотом веке , старейшая запись о морской астролябии принадлежит испанскому астроному Рамону Луллию и датируется 1295 годом. [4] Совершенствование этого навигационного инструмента приписывается португальским мореплавателям во время ранних португальских открытий в эпоху Великих географических открытий . [5] [6] Самое раннее известное описание того, как сделать и использовать морскую астролябию, содержится в труде испанского космографа Мартина Кортеса де Альбакара « Искусство навигации » , опубликованном в 1551 году [7], основанном на принципе архимаятника, использованного при строительстве египетских пирамид .
Навигация в открытом море с использованием астролябии и компаса началась в эпоху Великих географических открытий в XV веке. Португальцы начали систематически исследовать атлантическое побережье Африки с 1418 года под покровительством принца Генриха . В 1488 году Бартоломеу Диаш достиг Индийского океана по этому маршруту. В 1492 году испанские монархи финансировали экспедицию Христофора Колумба , чтобы тот отправился на запад, чтобы достичь Индии , пересечь Атлантику, что привело к открытию Америки . В 1498 году португальская экспедиция под командованием Васко да Гамы достигла Индии , обогнув Африку, открыв прямую торговлю с Азией . Вскоре португальцы поплыли дальше на восток, к Островам Пряностей в 1512 году, и высадились в Китае годом позже.
Первое кругосветное плавание было завершено в 1522 году экспедицией Магеллана-Элькано , испанским исследовательским путешествием под руководством португальского исследователя Фердинанда Магеллана , завершенным испанским мореплавателем Хуаном Себастьяном Элькано после его смерти на Филиппинах в 1521 году. Флот из семи кораблей отплыл из Санлукар-де-Баррамеда на юге Испании в 1519 году, пересек Атлантический океан и после нескольких остановок обогнул южную оконечность Южной Америки . Некоторые корабли были потеряны, но оставшийся флот продолжил движение через Тихий океан , сделав ряд открытий, включая Гуам и Филиппины. К тому времени из первоначальных семи галеонов осталось только два. « Виктория» под руководством Элькано пересекла Индийский океан и направилась на север вдоль побережья Африки, чтобы, наконец, прибыть в Испанию в 1522 году, через три года после своего отправления. « Тринидад» отплыл на восток от Филиппин, пытаясь найти морской путь обратно в Америку , но безуспешно. Восточный путь через Тихий океан, также известный как tornaviaje (обратный путь), был открыт лишь сорок лет спустя, когда испанский космограф Андрес де Урданета отплыл из Филиппин на север к параллели 39° и столкнулся с восточным течением Куросио , которое переправило его галеон через Тихий океан. Он прибыл в Акапулько 8 октября 1565 года.
Термин происходит из 1530-х годов, от латинского navigationem (имя существительное navigatio ), от navigatus , стр. navigare «плыть, переплывать, идти по морю, управлять судном», от navis «корабль» и корня agere «вести». [8]
Грубо говоря, широта места на Земле — это его угловое расстояние к северу или к югу от экватора . [9] Широта обычно выражается в градусах (обозначается знаком °) в диапазоне от 0° на экваторе до 90° на Северном и Южном полюсах. [9] Широта Северного полюса составляет 90° с.ш., а широта Южного полюса — 90° ю.ш. [9] Мореплаватели вычисляли широту в Северном полушарии, наблюдая за Полярной звездой ( Полярной звездой ) с помощью секстанта и используя таблицы приведения зрения для поправки на высоту глаза и атмосферную рефракцию. Высота Полярной звезды в градусах над горизонтом — это широта наблюдателя с точностью до градуса.
Подобно широте, долгота места на Земле — это угловое расстояние к востоку или западу от нулевого меридиана или гринвичского меридиана . [9] Долгота обычно выражается в градусах (обозначается знаком °) в диапазоне от 0° на гринвичском меридиане до 180° на восток и запад. Сидней , например, имеет долготу около 151° на восток . Нью-Йорк имеет долготу 74° на запад . На протяжении большей части истории моряки пытались определить долготу. Долготу можно вычислить, если известно точное время наблюдения. При его отсутствии можно использовать секстант, чтобы измерить лунное расстояние (также называемое лунным наблюдением , или «лунный» для краткости), которое с помощью навигационного альманаха можно использовать для вычисления времени на нулевой долготе (см. Среднее время по Гринвичу ). [10] Надежные морские хронометры были недоступны до конца 18 века и не были доступны до 19 века. [11] [12] [13] Около ста лет, с 1767 по 1850 год, [14] моряки, у которых не было хронометра, использовали метод лунных расстояний для определения гринвичского времени, чтобы найти свою долготу. Моряк с хронометром мог проверить его показания, используя лунное определение гринвичского времени. [11] [15]
В навигации локсодромия (или локсодромия) — это линия, пересекающая все меридианы долготы под одним и тем же углом, т. е. путь, полученный из определенного начального пеленга. То есть, взяв начальный пеленг, человек продолжает движение по тому же пеленгу, не меняя направления, измеренного относительно истинного или магнитного севера.
Большинство современных методов навигации в первую очередь опираются на позиции, определяемые электронным способом приемниками, собирающими информацию со спутников. Большинство других современных методов опираются на поиск пересекающихся линий позиции или LOP. [16]
Линия положения может относиться к двум разным вещам: либо к линии на карте, либо к линии между наблюдателем и объектом в реальной жизни. [17] Пеленг — это мера направления на объект. [17] Если навигатор измеряет направление в реальной жизни, угол затем может быть нарисован на морской карте , и навигатор будет находиться где-то на этой линии пеленга на карте. [17]
Помимо пеленгов, навигаторы также часто измеряют расстояния до объектов. [16] На карте расстояние создает окружность или дугу положения. [16] Окружности, дуги и гиперболы положения часто называют линиями положения.
Если навигатор рисует две линии положения, и они пересекаются, он должен находиться в этой позиции. [16] Точка — это пересечение двух или более линий положения. [16]
Если доступна только одна линия положения, ее можно оценить по положению, полученному путем счисления пути , чтобы установить предполагаемое положение. [18]
Линии (или окружности) положения могут быть получены из различных источников:
Существуют некоторые методы, которые в настоящее время используются редко, например, «погружение света» для расчета географического расстояния от наблюдателя до маяка.
Методы навигации менялись на протяжении истории. [20] Каждый новый метод увеличивал возможности мореплавателя завершить свое путешествие. [20] Одно из самых важных решений, которое должен принять штурман, — это выбор наилучшего метода. [20] Некоторые типы навигации представлены в таблице.
Практика навигации обычно включает в себя комбинацию этих различных методов. [20]
С помощью мысленных навигационных проверок пилот или штурман оценивает траекторию, расстояние и высоту, что затем помогает пилоту избегать грубых навигационных ошибок. [21]
Пилотирование (также называемое лоцманской проводкой) включает в себя навигацию самолета по визуальным ориентирам [22] или водного судна в ограниченных водах и фиксацию его положения как можно точнее с частыми интервалами. [23] Более, чем на других этапах навигации, важна правильная подготовка и внимание к деталям. [23] Процедуры различаются от судна к судну, а также между военными, коммерческими и частными судами. [23] Поскольку лоцманская проводка осуществляется на мелководье , она обычно включает в себя следование курсам для обеспечения достаточного зазора под килем , обеспечение достаточной глубины воды под корпусом , а также учет приседания . [24] Она также может включать в себя навигацию судна в реке, канале или протоке в непосредственной близости от земли. [24]
Военная навигационная команда почти всегда состоит из нескольких человек. [23] Военный штурман может иметь пеленгаторов, размещенных у гирорепетиров на крыльях мостика для одновременного определения пеленгов, в то время как гражданский штурман на торговом судне или прогулочном судне часто должен определять и наносить на карту свое местоположение самостоятельно, как правило, с помощью электронного определения местоположения. [23] В то время как у военного штурмана будет пеленгационная книга и кто-то, кто будет записывать записи для каждого определения местоположения, гражданский штурман будет просто направлять пеленги на карту по мере их получения и вообще не записывать их. [23] Если судно оборудовано ECDIS , разумно, чтобы штурман просто следил за движением судна по выбранному маршруту, визуально гарантируя, что судно движется в нужном направлении, проверяя компас, эхолот и другие индикаторы лишь изредка. [23] Если на борту находится лоцман , как это часто бывает в самых ограниченных водах, на его суждение, как правило, можно положиться, что еще больше облегчает работу. [23] Но если ECDIS выйдет из строя, штурману придется положиться на свои навыки ручного управления и проверенные временем процедуры. [23]
Системы небесной навигации основаны на наблюдении за положениями Солнца , Луны , планет и навигационных звезд . Такие системы используются как для наземной, так и для межзвездной навигации. Зная, над какой точкой на вращающейся Земле находится небесный объект, и измеряя его высоту над горизонтом наблюдателя, навигатор может определить свое расстояние от этой подточки. Морской альманах и морской хронометр используются для вычисления подточки на Земле, над которой находится небесное тело, а секстант используется для измерения угловой высоты тела над горизонтом. Затем эта высота может быть использована для вычисления расстояния от подточки, чтобы создать круговую линию положения. Навигатор последовательно снимает несколько звезд, чтобы получить серию перекрывающихся линий положения. Там, где они пересекаются, находится небесное положение. Луна и Солнце также могут быть использованы. Солнце также можно использовать само по себе для съемки последовательности линий положения (лучше всего это делать около местного полудня) для определения положения. [25]
Для точного измерения долготы необходимо записать точное время наблюдения секстанта (по возможности с точностью до секунды). Каждая секунда ошибки эквивалентна 15 секундам ошибки долготы, что на экваторе составляет ошибку положения в 0,25 морской мили, что примерно соответствует пределу точности ручной астронавигации.
Морской хронометр с пружинным приводом — это точный хронометр, используемый на борту судна для обеспечения точного времени при наблюдениях за небесными телами. [25] Хронометр отличается от часов с пружинным приводом в основном тем, что он содержит устройство с переменным рычагом для поддержания равномерного давления на главную пружину и специальный баланс, предназначенный для компенсации колебаний температуры. [25]
Пружинный хронометр устанавливается приблизительно по среднему времени по Гринвичу (GMT) и не переустанавливается до тех пор, пока прибор не будет отремонтирован и очищен, как правило, каждые три года. [25] Разница между временем по Гринвичу и временем хронометра тщательно определяется и применяется в качестве поправки ко всем показаниям хронометра. [25] Пружинные хронометры должны заводиться примерно в одно и то же время каждый день. [25]
Кварцевые морские хронометры заменили пружинные хронометры на борту многих кораблей из-за их большей точности. [25] Они поддерживаются по Гринвичу непосредственно с помощью радиосигналов точного времени. [25] Это устраняет погрешность хронометра и исправление погрешности часов. [25] Если секундная стрелка ошибается на считываемую величину, ее можно сбросить электрически. [25]
Основным элементом для генерации времени является кварцевый генератор. [25] Кварцевый кристалл имеет температурную компенсацию и герметично запечатан в вакуумной оболочке. [25] Для корректировки старения кристалла предусмотрена калиброванная возможность регулировки. [25]
Хронометр рассчитан на работу в течение как минимум одного года на одном комплекте батареек. [25] Наблюдения можно хронометрировать, а судовые часы устанавливать с помощью часов для сравнения, которые устанавливаются на время хронометра и берутся на крыло мостика для записи времени наблюдения. [25] На практике будет достаточно наручных часов, скоординированных с хронометром с точностью до секунды. [25]
Секундомер, как с пружинным заводом, так и цифровой, также может использоваться для астрономических наблюдений. [25] В этом случае часы запускаются в известное время по Гринвичу по хронометру, и прошедшее время каждого наблюдения добавляется к этому, чтобы получить время по Гринвичу для наблюдения. [25]
Все хронометры и часы должны регулярно проверяться с помощью радиосигнала времени. [25] Время и частота радиосигналов времени указаны в таких публикациях, как «Радионавигационные средства» . [25]
Вторым важным компонентом небесной навигации является измерение угла, образованного в глазу наблюдателя между небесным телом и видимым горизонтом. Секстант, оптический инструмент, используется для выполнения этой функции. Секстант состоит из двух основных узлов. Рама представляет собой жесткую треугольную конструкцию с шарниром наверху и градуированным сегментом круга, называемым «дугой», внизу. Вторым компонентом является указательное плечо, которое прикреплено к шарниру в верхней части рамы. Внизу находится бесконечный нониус, который зажимается в зубьях в нижней части «дуги». Оптическая система состоит из двух зеркал и, как правило, маломощного телескопа. Одно зеркало, называемое «указательным зеркалом», закреплено в верхней части указательного плеча над шарниром. При перемещении указательного плеча это зеркало вращается, и градуированная шкала на дуге указывает измеренный угол («высоту»).
Второе зеркало, называемое «горизонтальным стеклом», закреплено на передней части рамы. Одна половина горизонтального стекла посеребренная, а другая половина — прозрачная. Свет от небесного тела попадает на индексное зеркало и отражается на посеребренную часть горизонтального стекла, а затем обратно в глаз наблюдателя через телескоп. Наблюдатель манипулирует индексным рычагом так, чтобы отраженное изображение тела в горизонтальном стекле просто лежало на визуальном горизонте, видимом через прозрачную сторону горизонтального стекла.
Настройка секстанта заключается в проверке и выравнивании всех оптических элементов для устранения «коррекции индекса». Коррекцию индекса следует проверять, используя горизонт или, что предпочтительнее, звезду, каждый раз, когда используется секстант. Практика проведения астрономических наблюдений с палубы катящегося судна, часто через облачный покров и с туманным горизонтом, является, безусловно, самой сложной частью астрономической навигации. [26]
Инерциальная навигационная система (ИНС) — это навигационная система счисления , которая вычисляет свое положение на основе датчиков движения. Перед фактической навигацией устанавливаются начальная широта и долгота, а также физическая ориентация ИНС относительно Земли (например, север и уровень). После выравнивания ИНС получает импульсы от датчиков движения, которые измеряют (a) ускорение по трем осям (акселерометры) и (b) скорость вращения вокруг трех ортогональных осей (гироскопы). Они позволяют ИНС непрерывно и точно вычислять свою текущую широту и долготу (а часто и скорость).
Преимущества перед другими навигационными системами заключаются в том, что после настройки ИНС не требует внешней информации. ИНС не подвержена влиянию неблагоприятных погодных условий, ее невозможно обнаружить или заглушить. Ее недостаток заключается в том, что поскольку текущее положение рассчитывается исключительно на основе предыдущих положений и датчиков движения, ее ошибки накапливаются, увеличиваясь со скоростью, примерно пропорциональной времени с момента ввода начального положения. Поэтому инерциальные навигационные системы должны часто корректироваться с помощью «фиксации» местоположения от какой-либо другой навигационной системы.
Первой инерциальной системой считается система наведения V-2, развернутая немцами в 1942 году. Однако инерциальные датчики прослеживаются с начала 19 века. [27] Преимущества ИНС привели к их использованию в самолетах, ракетах, надводных кораблях и подводных лодках. Например, ВМС США разработали Инерциальную навигационную систему кораблей (SINS) во время программы ракет Polaris, чтобы обеспечить надежную и точную навигационную систему для начальных систем наведения ракет. Инерциальные навигационные системы широко использовались до тех пор, пока не стали доступны спутниковые навигационные системы (GPS). ИНС по-прежнему широко используются на подводных лодках (поскольку прием GPS или других источников фиксированных координат невозможен в подводном положении) и ракетах большой дальности.
Не путать со спутниковой навигацией, которая зависит от спутников для функционирования, космическая навигация относится к навигации самих космических аппаратов. Это исторически достигалось (во время программы Apollo ) с помощью навигационного компьютера , инерциальной навигационной системы и с помощью небесных данных, вводимых астронавтами, которые регистрировались секстантом и телескопом. Космические навигационные компьютеры, такие как те, что использовались в Apollo и более поздних миссиях, разработаны с учетом защиты от возможного повреждения данных из-за радиации.
Другая возможность, которая была исследована для навигации в глубоком космосе, это навигация по пульсару , которая сравнивает рентгеновские всплески от набора известных пульсаров, чтобы определить положение космического корабля. Этот метод был протестирован несколькими космическими агентствами, такими как NASA и ESA . [28] [29]
Радиопеленгатор или RDF — это устройство для определения направления на источник радиосигнала . Благодаря способности радиосигнала передавать сигналы на очень большие расстояния «за горизонт», он становится особенно хорошей навигационной системой для кораблей и самолетов, которые могут летать на большом расстоянии от земли.
RDF работает, вращая направленную антенну и слушая направление, в котором сигнал от известной станции проходит наиболее сильно. Этот тип системы широко использовался в 1930-х и 1940-х годах. Антенны RDF легко обнаружить на немецких самолетах Второй мировой войны , как петли под задней частью фюзеляжа, тогда как большинство американских самолетов заключали антенну в небольшой каплевидный обтекатель.
В навигационных приложениях сигналы RDF предоставляются в виде радиомаяков , радиоверсии маяка . Сигнал обычно представляет собой простую AM- трансляцию серии букв кода Морзе , на которую RDF может настроиться, чтобы увидеть, находится ли маяк «в эфире». Большинство современных детекторов также могут настраиваться на любые коммерческие радиостанции, что особенно полезно из-за их высокой мощности и расположения вблизи крупных городов.
Decca , OMEGA и LORAN-C — три похожие гиперболические навигационные системы. Decca была гиперболической низкочастотной радионавигационной системой (также известной как мультилатерация ), которая была впервые развернута во время Второй мировой войны , когда союзным войскам требовалась система, которая могла бы использоваться для достижения точной посадки. Как и в случае с Loran C , ее основным применением была навигация кораблей в прибрежных водах. Рыболовные суда были основными пользователями послевоенного периода, но ее также использовали на самолетах, включая очень раннее (1949) применение дисплеев с движущейся картой. Система была развернута в Северном море и использовалась вертолетами, работающими на нефтяных платформах .
Навигационная система OMEGA была первой по-настоящему глобальной радионавигационной системой для самолетов, эксплуатируемой Соединенными Штатами в сотрудничестве с шестью странами-партнерами. OMEGA была разработана ВМС США для пользователей военной авиации. Она была одобрена для разработки в 1968 году и обещала действительно всемирную океаническую возможность покрытия всего с восемью передатчиками и возможность достижения точности в четыре мили (6 км) при определении местоположения. Первоначально система должна была использоваться для навигации ядерных бомбардировщиков через Северный полюс в Россию. Позже она была признана полезной для подводных лодок.Omega Из-за успеха Глобальной системы позиционирования использование Omega сократилось в 1990-х годах до точки, когда стоимость эксплуатации Omega больше не могла быть оправдана. Omega была прекращена 30 сентября 1997 года, и все станции прекратили работу.
LORAN — это наземная навигационная система, использующая низкочастотные радиопередатчики, которые используют временной интервал между радиосигналами, полученными от трех или более станций, для определения местоположения корабля или самолета. Текущая версия LORAN, которая широко используется, — это LORAN-C, которая работает в низкочастотной части электромагнитного спектра от 90 до 110 кГц . Многие страны являются пользователями системы, включая США , Японию и несколько европейских стран. Россия использует почти точную систему в том же диапазоне частот, называемую CHAYKA . Использование LORAN резко снижается, и GPS является основной заменой. Однако есть попытки улучшить и повторно популяризировать LORAN. Сигналы LORAN менее восприимчивы к помехам и могут лучше проникать сквозь листву и здания, чем сигналы GPS.
Радар является эффективным средством навигации, поскольку он обеспечивает дальность и пеленги объектов в пределах диапазона радиолокационного сканера. [30] Когда судно (корабль или лодка) находится в пределах радиолокационного диапазона земли или фиксированных объектов (таких как специальные радиолокационные средства навигации и навигационные знаки), штурман может измерять расстояния и угловые пеленги до нанесенных на карту объектов и использовать их для установления дуг положения и линий положения на карте. [31] Исправление, состоящее только из радиолокационной информации, называется радиолокационным исправлением. [32] Типы радиолокационных исправлений включают «расстояние и пеленг до одного объекта», [33] «два или более пеленга», [33] «касательные пеленги» [33] и «два или более диапазона». [33] Радар также может использоваться с ECDIS в качестве средства определения местоположения с помощью радиолокационного изображения или расстояния/пеленга, наложенных на электронную навигационную карту . [30]
Параллельная индексация — это метод, описанный Уильямом Бергером в книге 1957 года «Справочник наблюдателя радаров» . [34] Этот метод заключается в создании линии на экране, параллельной курсу судна, но смещенной влево или вправо на некоторое расстояние. [34] Эта параллельная линия позволяет навигатору поддерживать заданное расстояние от опасностей. [34] Линия на экране радара устанавливается на определенное расстояние и угол, затем наблюдается положение судна относительно параллельной линии. Это может дать навигатору немедленную ссылку на то, находится ли судно на предполагаемом курсе навигации или нет. [35]
Другие методы, которые реже используются в общей навигации, были разработаны для особых ситуаций. Один из них, известный как «контурный метод», заключается в нанесении прозрачного пластикового шаблона на экран радара и перемещении его на карту для фиксации положения. [36] Другой специальный метод, известный как метод непрерывной радиолокационной прокладки Франклина, заключается в рисовании пути, по которому должен следовать радиолокационный объект на дисплее радара, если судно остается на запланированном курсе. [37] Во время транзита навигатор может проверить, что судно находится на пути, проверив, что точка лежит на нарисованной линии. [37]
Глобальная навигационная спутниковая система или GNSS — это термин для спутниковых навигационных систем, которые обеспечивают позиционирование с глобальным покрытием. GNSS позволяет небольшим электронным приемникам определять свое местоположение ( долготу , широту и высоту ) с точностью до нескольких метров, используя сигналы времени, передаваемые по линии прямой видимости по радио со спутников . Приемники на земле с фиксированным положением также могут использоваться для расчета точного времени в качестве эталона для научных экспериментов.
По состоянию на октябрь 2011 года только американская NAVSTAR Global Positioning System (GPS) и российская ГЛОНАСС являются полностью глобальными GNSS. Система позиционирования Galileo Европейского союза является следующим поколением GNSS на завершающей стадии развертывания и начала функционировать в 2016 году. Китай дал понять, что может расширить свою региональную навигационную систему Beidou до глобальной системы.
На средней околоземной орбите находится более двух десятков спутников GPS , передающих сигналы, позволяющие приемникам GPS определять местоположение , скорость и направление приемника .
С момента запуска первого экспериментального спутника в 1978 году GPS стал незаменимым помощником в навигации по всему миру и важным инструментом для картографирования и топографической съемки . GPS также обеспечивает точную привязку ко времени, используемую во многих приложениях, включая научное изучение землетрясений и синхронизацию телекоммуникационных сетей.
Разработанная Министерством обороны США , система GPS официально называется NAVSTAR GPS (NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System). Управление спутниковой группировкой осуществляет 50-е космическое крыло ВВС США . Стоимость обслуживания системы составляет около 750 миллионов долларов США в год, [38] включая замену устаревших спутников, а также исследования и разработки. Несмотря на это, GPS бесплатна для гражданского использования в качестве общественного блага .
Современные смартфоны действуют как персональные GPS- навигаторы для гражданских лиц, которые ими владеют. Чрезмерное использование этих устройств, будь то в автомобиле или пешком, может привести к относительной неспособности узнавать об изучаемой среде, что приводит к неоптимальным навигационным возможностям, когда и если эти устройства становятся недоступными. [39] [40] [41] Обычно также предоставляется компас для определения направления, когда вы не двигаетесь.
Повседневная работа в навигации — это минимальный набор задач, соответствующих благоразумной навигации. Определение будет отличаться на военных и гражданских судах, а также от корабля к кораблю, но традиционный метод имеет форму, напоминающую: [42]
Навигация на судах обычно всегда осуществляется на мостике . Она также может происходить в смежном помещении, где имеются таблицы и руководства.
Планирование прохода или планирование рейса — это процедура разработки полного описания рейса судна от начала до конца. План включает выход из дока и гавани, часть пути, подход к месту назначения и швартовку . Согласно международному праву, капитан судна несет юридическую ответственность за планирование прохода, [43] однако на более крупных судах эта задача будет делегирована штурману судна . [44]
Исследования показывают, что человеческая ошибка является причиной 80 процентов навигационных аварий и что во многих случаях человек, совершивший ошибку, имел доступ к информации, которая могла бы предотвратить аварию. [44] Практика планирования плавания развилась от нанесения линий карандашом на навигационные карты до процесса управления рисками . [44]
Планирование прохода состоит из четырех этапов: оценка, планирование, выполнение и мониторинг, [44] которые указаны в Резолюции Международной морской организации A.893(21), Руководство по планированию рейса, [45] и эти руководящие принципы отражены в местных законах стран-подписантов ИМО (например, Раздел 33 Свода федеральных правил США ), а также в ряде профессиональных книг или публикаций. Существует около пятидесяти элементов всеобъемлющего плана прохода в зависимости от размера и типа судна.
Этап оценки касается сбора информации, относящейся к предлагаемому рейсу, а также установления рисков и оценки ключевых особенностей рейса. Это будет включать рассмотрение типа необходимой навигации, например, ледовая навигация , региона, через который будет проходить судно, и гидрографической информации о маршруте. На следующем этапе создается письменный план. Третий этап - выполнение окончательного плана рейса с учетом любых особых обстоятельств, которые могут возникнуть, таких как изменения погоды, которые могут потребовать пересмотра или изменения плана. Заключительный этап планирования перехода состоит из мониторинга хода судна по отношению к плану и реагирования на отклонения и непредвиденные обстоятельства.
Концепции электронного интегрированного мостика определяют будущее планирование навигационных систем. [20] Интегрированные системы принимают входные данные от различных судовых датчиков, отображают в электронном виде информацию о местоположении и подают сигналы управления, необходимые для поддержания судна на заданном курсе. [20] Навигатор становится системным менеджером, выбирая предварительные настройки системы, интерпретируя выходные данные системы и отслеживая реакцию судна. [20]
Навигация для автомобилей и других наземных транспортных средств обычно использует карты , ориентиры и, в последнее время, компьютерную навигацию (« сатнав », сокращение от спутниковая навигация), а также любые доступные средства на воде.
Компьютерная навигация обычно использует GPS для получения информации о текущем местоположении, базу данных навигационных карт дорог и навигационных маршрутов, а также использует алгоритмы, связанные с задачей поиска кратчайшего пути, для определения оптимальных маршрутов.
Пешеходная навигация используется в ориентировании на местности , наземной навигации (военной) и поиске пути .
Профессиональные стандарты для навигации зависят от типа навигации и различаются в зависимости от страны. Для морской навигации палубные офицеры торгового флота обучаются и получают международную сертификацию в соответствии с Конвенцией ПДНВ . [46] Отдыхающие и любители мореплавания могут проходить уроки навигации в местных/региональных учебных заведениях. Военно-морские офицеры проходят навигационную подготовку в рамках своей военно-морской подготовки.
В области наземной навигации курсы и обучение часто предоставляются молодым людям как часть общего или внеклассного образования. Наземная навигация также является неотъемлемой частью армейской подготовки. Кроме того, такие организации, как скауты и программа DoE, обучают навигации своих студентов. Организации по спортивному ориентированию — это вид спорта, требующий навигационных навыков с использованием карты и компаса для навигации из точки в точку в разнообразной и обычно незнакомой местности, двигаясь при этом на большой скорости. [47]
В авиации пилоты проходят аэронавигационную подготовку в рамках обучения полетам.
Профессиональные организации также помогают поощрять улучшения в навигации или объединять штурманов в образовательной среде. Королевский институт навигации (RIN) — это научное общество с благотворительным статусом, нацеленное на содействие развитию навигации на суше и на море, в воздухе и в космосе. Он был основан в 1947 году как форум для моряков, пилотов, инженеров и ученых для сравнения их опыта и обмена информацией. [48] В США Институт навигации (ION) — это некоммерческая профессиональная организация, продвигающая искусство и науку позиционирования, навигации и определения времени. [49]
Многочисленные морские публикации доступны по навигации, которые публикуются профессиональными источниками по всему миру. В Великобритании, United Kingdom Hydrographic Office , Witherby Publishing Group и Nautical Institute предоставляют многочисленные навигационные публикации, включая всеобъемлющее Admiralty Manual of Navigation. [50] [51]
В США «American Practical Navigator» Боудича — это бесплатная энциклопедия навигации, выпущенная правительством США. [52]
Навигация — это важная повседневная деятельность, которая включает в себя ряд способностей, помогающих людям и животным находить, отслеживать и следовать по пути, чтобы прибыть в различные пункты назначения. [53] [54] Навигация в пространственном познании позволяет получать информацию об окружающей среде, используя тело и ориентиры окружающей среды в качестве систем отсчета для создания ментальных представлений нашей среды, также известных как когнитивная карта . Люди ориентируются, переходя между различными пространствами и координируя как эгоцентрические, так и аллоцентрические системы отсчета .
Навигация может быть разделена на два отдельных компонента: локомоция и поиск пути. [55] Локомоция — это процесс перемещения из одного места в другое, как у людей, так и у животных. Локомоция помогает вам понять окружающую среду, перемещаясь по пространству, чтобы создать ее мысленное представление. [56] Поиск пути определяется как активный процесс следования или выбора пути между одним местом и другим с помощью мысленных представлений. [57] Он включает в себя такие процессы, как представление, планирование и принятие решения, которые помогают избегать препятствий, оставаться на курсе или регулировать темп при приближении к определенным объектам. [55] [58]
Навигация и поиск пути могут быть достигнуты в пространстве окружающей среды . Согласно классификации пространства Дэна Монтелло , существует четыре уровня пространства, третий из которых — пространство окружающей среды. Пространство окружающей среды представляет собой очень большое пространство, например город, и может быть полностью исследовано только посредством движения, поскольку все объекты и пространство не видны напрямую. [59] Также Барбара Тверски систематизировала пространство, но на этот раз принимая во внимание три измерения, которые соответствуют осям человеческого тела и его расширениям: сверху/снизу, спереди/сзади и слева/справа. В конечном итоге Тверски предложила четырехкратную классификацию пространства, пригодного для навигации: пространство тела, пространство вокруг тела, пространство навигации и пространство графики. [60]
В навигации существует два типа ориентирования: с помощью и без помощи. [59] Вспомогательное ориентирование требует от человека использования различных типов носителей , таких как карты , GPS , указатели направления и т. д., в процессе навигации, который обычно включает в себя низкое пространственное мышление и менее требователен к когнитивным способностям. Непомогательное ориентирование не требует таких устройств для человека, который осуществляет навигацию. [59] Непомогательное ориентирование можно подразделить на таксономию задач в зависимости от того, является ли оно ненаправленным или направленным, что в основном делает различие в том, есть ли точный пункт назначения или нет: ненаправленное ориентирование означает, что человек просто исследует окружающую среду для удовольствия без какого-либо установленного пункта назначения. [61]
Направленный поиск пути, напротив, может быть дополнительно подразделен на поиск против приближения к цели. [61] Поиск означает, что человек не знает, где находится пункт назначения, и должен найти его либо в незнакомой среде, что обозначается как неосведомленный поиск, либо в знакомой среде, что обозначается как информированный поиск. С другой стороны, при приближении к цели местоположение пункта назначения известно навигатору, но проводится дополнительное различие на основе того, знает ли навигатор, как добраться до пункта назначения или нет. Следование по пути означает, что среда, путь и пункт назначения известны, что означает, что навигатор просто следует по уже известному ему пути и прибывает в пункт назначения, не задумываясь. Например, когда вы находитесь в своем городе и идете по тому же пути, по которому вы обычно идете из дома на работу или в университет. [61] Однако поиск пути означает, что навигатор знает, где находится пункт назначения, но не знает маршрут, по которому ему нужно добраться до пункта назначения: вы знаете, где находится конкретный магазин, но не знаете, как туда добраться или какой путь выбрать. Если навигатор не знает окружающую среду, это называется поиском пути, что означает, что известен только пункт назначения, в то время как ни путь, ни окружающая среда не известны: вы находитесь в новом городе и вам нужно прибыть на железнодорожную станцию, но не знаете, как туда добраться. [61] Планирование пути, с другой стороны, означает, что навигатор знает и место назначения, и знаком с окружающей средой, поэтому ему нужно только спланировать маршрут или путь, по которому ему следует добраться до своей цели. Например, если вы находитесь в своем городе и вам нужно добраться до определенного магазина, пункт назначения которого вы знаете, но не знаете конкретного пути, по которому вам нужно туда добраться. [61]
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)Морской альманах 1849-1851.
Хронометры не поставлялись регулярно в Королевский флот до 1825 года.
...то, что я сказал, послужит доказательством абсолютной необходимости иметь первоклассные хронометры или тщательно следить за лунными наблюдениями; и никогда не упускать их из виду, когда это осуществимо.
