Nawigacja morska / Rozdział 8

Nawigacja morska

Sposoby obliczania ortodromy nie klasycznej oraz graficzny sposób dla ortodromy przechodzącej przez równik

8

Obliczanie ortodromy klasycznej jest żmudne i czasochłonne w odróżnieniu od ortodromy nie klasycznej. Różnica polega na tym, że w ortodromie klasycznej najważniejszy jest wierzchołek ortodromy w stosunku do którego wykonujemy wszystkie obliczenia. Natomiast w ortodromie nie klasycznej takim punktem jest punkt przecięcia się ortodromy z równikiem, bez względu gdzie leży pozycja wyjściowa i docelowa.

Proszę zauważyć, że wierzchołek ortodromy klasycznej może się przemieszczać (w zależności od przebiegu, "kształtu" ortodromy) po bardzo dużej powierzchni (po całej prawie półkuli). Natomiast przy ortodromie nie klasycznej punkt przecięcia się ortodromy z równikiem "przemieszcza się" tylko po równiku, a więc po linii. Mało wzorów i możliwość użycia kalkulatora daje nam możliwość szybkich i nieomylnych obliczeń.

Ortodroma przecinająca równik
—Rys.  Ortodroma przecinająca równik.

Co już wiemy o ortodromie? Przy obliczaniu ortodromy musimy mieć punkt odniesienia; jest nim, albo wierzchołek ortodromy, albo punkt przecięcia się ortodromy z równikiem.

Na podstawie powyższego rysunku, możemy stwierdzić:


Aby pokazać różnice i sposoby obliczeń ortodromy, proponuję następujący podział, którego w zasadzie nie ma, ale zróbmy go na użytek własny:

—Rys.  Ortodroma nie klasyczna


Dane, określające tą ortodromę:
A = punkt wyjścia, pozycja początkowa żeglugi po ortodromie. Jego współrzędne (φA; λA).
B = punkt dojścia, pozycja końcowa żeglugi po ortodromie. Jego współrzędne (φB; λB).
λo = długość geograficzna punktu przecięcia się ortodromy z równikiem.
Ko = kąt przecięcia się ortodromy z równikiem. Mamy tutaj dwa kąty.

KoA = KDd liczymy od punktu zerowego do punktu A
KoB = KDd liczymy od punktu zerowego do punktu B

z = punkt zwrotu, współrzędne punktu zwrotu (φ1; λ1), (φ2; λ2) ... itd.
z1 - z2, odcinek loksodromiczny (kolejny numer pozycji na, której zmieniamy kurs.
Kn. = kąt drogi nad dnem między poszczególnymi punktami zwrotu.
φo; λo = współrzędne punktu zero; to - φo = 00°00,0 i λo = obliczamy wzorem.

Zanim przejdziemy do obliczeń ortodromy "nie klasycznej", musimy przyjąć do wiadomości, że punktem odniesienia ortodromy "nie klasycznej" jest punkt przecięcia się ortodromy z równikiem, który leży na równiku. Jest on wierzchołkiem tejże ortodromy. Będziemy go nazywać punktem zerowym. Ortodroma "nie klasyczna" ma dwa punkty zerowe (wierzchołki), ich długość (λ) różni się o 180°. Musimy to zapamiętać.

Sposób obliczania:
Wzory, jakimi obliczamy ortodromę nie klasyczną

Ortodroma z punktu [2. a.]
Przejście ortodromy przez południk (λ = 000°00,0) Greenwich i równik.

Kolejność jest następująca:

Wzory i przykładowe tabele do obliczeń.
— Obliczanie szerokości przy zadanej długości dla punktów zwrotnych.

tan φz = sin (λ − λo) ∗ ctg Ko

Tabela (przykładowa)

λz λ λ − λo φz Kn
λz1 −40° −20° obliczamy  
λz2 −30° −10° obliczamy  
λo −20° 00° 00°00,0  
λz3 −10° +10° obliczamy  
λz4 00° +20° obliczamy  

Kolumna [λ] mówi nam, że ortodromę podzielono na odcinki λ = 10°; (zadana długość) na "W" i na "E" od wierzchołka. Zakładamy, że wyliczona λo = 020°00,0 W. Kolumnę [Kn] omówimy w dalszej części.

— Obliczanie długości przy zadanej szerokości dla punktów zwrotnych.

λz = sin (tan φ ∗ tan Ko) + (±λo)

Tabela (przykładowa)

φz φ λz Kn
φz1 30° obliczamy  
φz2 20° obliczamy  
φz3 10° obliczamy  
φo 00° = λo  
φz4 −10° obliczamy  
φz5 −20° obliczamy  
φz6 −30° obliczamy  

Kolumna [φ] mówi nam, że ortodromę podzielono na odcinki φ = 10° na "N" oraz "S" od punktu zerowego. (zadana szerokość)
Kolumnę [Kn] omówimy w dalszej części.

Uwaga: przy obliczaniu współrzędnych punktów zwrotnych, [Ko] przyjmuje wartość właściwego kierunku ortodromy, czyli od pozycji "A" do pozycji "B". Czyli od punktu zerowego do pozycji B [KoB].

— W kolumnie [Kn] obliczamy kursy loksodromiczne miedzy pozycjami (punktami) zwrotnymi.

ctg Kn = ctg Ko ∗ cos φ ∗ cos (λ − λo)

[φ i λ] to wartości kolejnych punktów zwrotnych.

Jak wyglądają obliczenia ortodromy nie klasycznej pokazano w tabelach poniżej. W tabelach wypełniamy tylko kolorowe pola, resztę policzy komputer. Oto tabela podziału ortodromy na zadaną długość.

New York (A) - Cape Town (B) ; (Atlantyk)

Tabela podziału ortodromy na zadaną długość.
New York (A) - Cape Town (B) ; (Atlantyk)
Za mała rozdzielczość ekranu by prawidłowo wyświetlić tabelę.
Odwróć ekran lub skorzystaj z większego urządzenia
      λn λ λ−λo φ Kn
φA 40°30,0N 40,50 A −73,83 −53,19 40,50 116
λA 073°50,0W −73,83 λ1 −70,64 −50,00 39,25 118
φB 33°40,0S −33,67 λ2 −65,64 −45,00 37,03 121
λB 018°00,0E 18,00 λ3 −60,64 −40,00 34,44 124
      λ4 −55,64 −35,00 31,46 127
φo   00,0 λ5 −50,64 −30,00 28,07 129
λo   −20,64 λ6 −45,64 −25,00 24,27 131
KoA −43,15 316,8 λ7 −40,64 −20,00 −20,04 133
KoB −43,15 136,8 λ8 −35,64 −15,00 15,43 135
DA 62,9   λ9 −30,64 −10,00 10,49 136
DB 49,5   λ10 −25,64 −5,00 5,31 137
DORT   6741,0 λo −20,64 0,00 0,00 137
      λ11 −15,64 5,00 −5,31 137
      λ12 −10,64 10,00 −10,49 136
      λ13 −5,64 15,00 −15,43 135
      λ14 −0,64 20,00 −20,04 133
      λ15 4,36 25,00 −24,27 131
      λ16 9,36 30,00 −28,07 129
      λ17 14,36 35,00 −31,46 127
      B 18,00 38,64 −33,67  


Ortodroma z punktu [2. b.]
Przejście ortodromy przez południk (λ = 180°00,0) zmiany daty i równik.

Kolejność jest następująca:

Oto tabela podziału ortodromy na zadaną szerokość.

Sydney (A) - Vancouver (B) ; (Pacyfik)

Tabela podziału ortodromy na zadaną długość.
Sydney (A) - Vancouver (B) ; (Pacyfik)
Za mała rozdzielczość ekranu by prawidłowo wyświetlić tabelę.
Odwróć ekran lub skorzystaj z większego urządzenia
      φn φn−φo λn Kn
φA 33°55,0S −33,92 A −33,92 151,2 44,7
λA 151°12,0E 151,2 φ1 −30,00 155,6 42,4
φB 49°17,0N 49,28 φ2 −25,00 160,5 40,1
λB 123°07,0W −123,12 φ3 −20,00 165,0 38,4
      φ4 −15,00 169,0 37,2
φo   0,00 φ5 −10,00 172,9 36,4
λo   −179,86 φ6 −5,00 176,5 35,9
KoA   215,7 φo 0,00 −179,9 35,7
KoB   35,7 φ7 5,00 −176,2 35,9
DA   43,4 φ8 10,00 −172,6 36,4
DB   69,0 φ9 15,00 −168,7 37,2
DORT   6748,1 φ10 20,00 −164,7 38,4
      φ11 25,00 −160,3 40,1
      φ12 30,00 −155,3 42,4
      φ13 35,00 −149,6 45,5
      φ14 40,00 −142,7 49,7
      φ15 45,00 −133,8 55,7
      B 49,28 −123,1  


Ortodroma z punktu [2. c.]
Przejście ortodromy tylko przez równik.

Kolejność jest następująca:
Stosujemy identyczne wzory jak w punkcie [Ortodroma z punktu [2 a)].
Ortodroma nie przecina żadnego południka, ani południka zerowego, ani południka zmiany daty.

Port Elisabeth (A) - Rangoon (B) ; (O. Indyjski)

Tabela podziału ortodromy na zadaną długość.
Port Elisabeth (A) - Rangoon (B) ; (O. Indyjski)
Za mała rozdzielczość ekranu by prawidłowo wyświetlić tabelę.
Odwróć ekran lub skorzystaj z większego urządzenia
      φn φn−φo λn Kn
φA 33°58,0S −33,97 A −33,97 25,62 65,2
λA 025°37,0E 25,62 φ1 −30,00 34,70 60,4
φB 16°47,0N 16,78 φ2 −25,00 43,80 56,2
λB 096°15,0E 96,25 φ3 −20,00 51,44 53,3
      φ4 −15,00 58,20 51,2
φo   0,00 φ5 −10,00 64,42 49,9
λo   76,06 φ6 −5,00 70,31 49,1
KoA   228,9 φo 0,00 76,06 48,9
KoB   48,9 φ8 5,00 81,80 49,1
DA   58,12 φ9 10,00 87,70 49,9
DB   26,03 φ10 15,00 93,92 51,2
DORT   5048,8 B 16,78 96,25  


Ortodroma z punktu [2. d. I.]
Ortodroma klasyczna nie przecina równika, ale południk zero tak.
Stosujemy generalnie te same wzory co w punkcie [2 a)].

W tym wypadku punkt zero (wierzchołek ortodromy) nie leży na ortodromie, a poza nim. Jak wiemy każda ortodroma ma dwa wierzchołki oddalone od siebie o 180°. Pytanie - który punkt zero przyjąć za punkt wyjściowy do obliczeń? To bardzo łatwo stwierdzić, wynika to z obliczeń, a dodatkowo, żeby mieć pewność to wierzchołek (punkt zero) musi leżeć po stronie pozycji, która jest bliżej równika (dot. to szerokości geograficznej).
Zazwyczaj przy obliczaniu ortodromy klasycznej wzorami ortodromy nie klasycznej mamy do czynienia z trzema wierzchołkami (dwa punkty zerowe oraz wierzchołek ortodromy klasycznej) co zmienia tok liczenia długości ortodromy, gdyż wierzchołem ortodromy klasycznej w tym wypadku jest małą "przeszkodą". Ale i z tym matematyka sobie radzi.
Zaczynamy od tabeli, w której obliczono wszystkie elementy ortodromy klasycznej wzorami ortodromy nie klasycznej.

Cape Town (A) - Buenos Aires (B) ; (Atlantyk)

Tabela podziału ortodromy na zadaną długość.
Cape Town (A) - Buenos Aires (B) ; (Atlantyk)
Za mała rozdzielczość ekranu by prawidłowo wyświetlić tabelę.
Odwróć ekran lub skorzystaj z większego urządzenia
      λn λ λ−λo φ Kn
φA 33°58,0S −33,97 A 18,47 −50,73 −33,97 247,4
λA 018°28,0E 18,47 λ1 15,19 −54,00 −35,15 246,7
φB 34°36,0S −34,60 λ2 10,19 −59,00 −36,72 245,5
λB 058°22,0W −58,37 λ3 5,19 −64,00 −38,03 244,6
      λ4 0,19 −69,00 −39,09 243,8
φo   0,00 λ5 −4,81 −74,00 −39,91 243,2
λo   69,19 λ6 −9,81 −79,00 −40,51 242,8
KoA   229,0 λ7 −14,81 −84,00 −40,88 242,4
KoB   229,0 λ8 −19,81 −89,00 −41,03 242,1
DA   58,3 λ9 −24,81 −94,00 −40,96 241,9
DB   59,9 λ10 −29,81 −99,00 −40,68 241,8
DORT   3707,2 λ11 −34,81 −104,00 −40,18 241,8
      λ12 −39,81 −109,00 −39,45 241,8
      λ13 −44,81 −114,00 −38,48 241,9
      λ14 −49,81 −119,00 −37,27 242,1
      λ15 −54,81 −124,00 −35,81 242,4
      B −58,37 −127,56 −34,60  


Opis:



Ortodroma z punktu [2. d. II.]
Ortodroma klasyczna nie przecina równika, ale południk zmiany daty tak.

Stosujemy generalnie te same wzory co w punkcie [2 b)].
W tym wypadku punkt zero (wierzchołek ortodromy) nie leży na ortodromie. Jak wiemy każda ortodroma ma dwa wierzchołki oddalone od siebie o 180°.
Pytanie - który punkt zero przyjąć za punkt wyjściowy do obliczeń? To bardzo łatwo stwierdzić, wynika to z obliczeń, a dodatkowo, żeby mieć pewność to wierzchołek (punkt zero) musi leżeć po stronie pozycji, która jest bliżej równika (dot. to szerokości geograficznej).
Zazwyczaj przy obliczaniu ortodromy klasycznej wzorami ortodromy nie klasycznej mamy do czynienia z trzema wierzchołkami (dwa punkty zerowe oraz wierzchołek ortodromy klasycznej) co zmienia tok liczenia długości ortodromy, gdyż wierzchołem ortodromy klasycznej w tym wypadku jest „przeszkodą”. Ale i z tym matematyka sobie radzi. Zaczynamy od tabeli, w której obliczono wszystkie elementy ortodromy klasycznej wzorami ortodromy nie klasycznej.

Poniżej, przykładowa tabela.

Auckland (A) - Valparaiso (B) ; (Pacyfik)

Tabela podziału ortodromy na zadaną długość.
Auckland (A) - Valparaiso (B) ; (Pacyfik)
Za mała rozdzielczość ekranu by prawidłowo wyświetlić tabelę.
Odwróć ekran lub skorzystaj z większego urządzenia
      λn λ λ−λo φ Kn
φA 36°51,0S −36,85 A 174,82 215,89 −36,85 129,6
λA 174°49,0E 174,82 λ1 179,08 220,16 −39,50 127,0
φB 33°02,0S −33,03 λ2 −175,92 −134,84 −42,19 123,7
λB 071°39,0W −71,65 λ3 −170,92 −129,84 −44,47 120,3
      λ4 −165,92 −124,84 −46,37 116,7
φo   0,00 λ5 −160,92 −119,84 −47,95 113,1
λo   −41,08 λ6 −155,92 −114,84 −49,24 109,3
KoA   218,0 λ7 −150,92 −109,84 −50,25 105,5
KoB   218,0 λ8 −145,92 −104,84 −51,02 101,6
DA   49,59 λ9 −140,92 −99,84 −51,55 97,7
DB   43,80 λ10 −135,92 −94,84 −51,87 93,8
DORT   5196,8 λ11 −130,92 −89,84 −51,97 89,9
      λ12 −125,92 −84,84 −51,85 85,9
      λ13 −120,92 −79,84 −51,53 82,0
      λ14 −115,92 −74,84 −50,98 78,1
      λ15 −110,92 −69,84 −50,20 74,3
      λ16 −105,92 −64,84 −49,17 70,4
      λ17 −100,92 −59,84 −47,86 66,7
      λ18 −95,92 −54,84 −46,27 63,0
      λ19 −90,92 −49,84 −44,33 59,5
      λ20 −85,92 −44,84 −42,03 56,1
      λ21 −80,92 −39,84 −39,32 52,8
      λ22 −75,92 −34,84 −36,14 49,7
      λB −71,65 −30,57 −33,03  


Opis:



Ortodroma z punktu [2. d. III.]

Ortodroma klasyczna nie przecina równika, ani południka zero, ani południka zmiany daty.

Stosujemy generalnie te same wzory co w punkcie [2 a)].
Może tutaj zaistnieć ciekawe zjawisko. Ani jeden wierzchołek czy punkt zerowy nie leży na ortodromie. Ortodroma znajduje się „między” swoimi wierzchołkami. W takim przypadku stosujemy jeszcze inny wzór do obliczenia długości ortodromy, a mianowicie.

DORT = 60 ∗ (DB − DA)  lub  DORT = 60 ∗ (DA − DB)

Mamy tutaj dwie możliwości, należy wybrać właściwą. Właściwa jest ta, że odjemna to pozycja znajdująca się dalej od obliczonego punktu zero od odjemnika, pozycji znajdującej się bliżej punktu zero.
Czyli, pozycja, która znajduje się dalej od równika to - odjemna, a pozycja, która znajduje się bliżej równika to - odjemnik.

Wystarczy przeanalizować poniższą tabelę.

Vancouver (A) - Honolulu (B) ; (Pacyfik)

Tabela podziału ortodromy na zadaną długość.
Vancouver (A) - Honolulu (B) ; (Pacyfik)
Za mała rozdzielczość ekranu by prawidłowo wyświetlić tabelę.
Odwróć ekran lub skorzystaj z większego urządzenia
      λn λ λ−λo φ Kn
φA 49°17,0N 49,28 A −123,12 49,56 49,28 237,1
λA 123°07,0W −123,12 λ1 −128,68 44,00 46,68 233,0
φB 21°19,0N 21,32 λ2 −133,68 39,00 43,85 229,4
λB 157°52,0W −157,87 λ3 −138,68 34,00 40,48 226,1
      λ4 −143,68 29,00 36,50 223,0
φo   0,00 λ5 −148,68 24,00 31,83 220,2
λo   −172,68 λ6 −153,68 19,00 26,42 217,7
KoA   33,2 B −157,87 14,81 21,32  
KoB   33,2          
DA   64,97          
DB   25,76          
DORT   2352,58          


Jak widać, brak wierzchołka ortodromy klasycznej, znajduje się poza ortodromą.
Kąt początkowy [α] = 237,1°, a kąt końcowy [β] = 217,7°.
Pozycja „Honolulu (B)” jest bliżej punktu zero, a pozycja „Vancouver (A)” jest dalej od punktu zero, dlatego zastosować należy wzór:

DORT = 60 ∗ (DA − DB)

Natomiast poniższa tabela pokazuje ortodromę klasyczną na której leży wierzchołek w okolicy φW = 43°40,8 N.
W tym wypadku stosujemy znany nam wzór na długość ortodromy:

DORT = 60 ∗ (180 − (DA + DB))

Gibraltar (A) - Baltimore (B) ; (Atlantyk)

Tabela podziału ortodromy na zadaną długość.
Gibraltar (A) - Baltimore (B) ; (Atlantyk)
Za mała rozdzielczość ekranu by prawidłowo wyświetlić tabelę.
Odwróć ekran lub skorzystaj z większego urządzenia
      λn λ λ−λo φ Kn
φA 36°08,0N 36,13 A −5,37 −49,86 36,13 296,4
φB 005°22,0W −5,37 λ1 −10,49 −54,98 38,03 293,3
λA 39°17,0N 39,28 λ2 −15,49 −59,98 39,59 290,2
λB 076°35,0W −76,58 λ3 −20,49 −64,98 40,87 287,0
      λ4 −25,49 −69,98 41,90 283,7
φo   0,00 λ5 −30,49 −74,98 42,69 280,3
λo   44,49 λ6 −35,49 −79,98 43,24 276,9
KpA   313,68 λ7 −40,49 −84,98 43,57 273,5
KoB   313,68 λ8 −45,49 −89,98 43,68 270,0
DA   58,6 λ9 −50,49 −94,98 43,58 266,6
DB   66,5 λ10 55,49 −99,98 43,25 263,1
DORT   3295,5 λ11 −60,49 −104,98 42,69 259,7
      λ12 −65,49 −109,98 41,91 256,3
      λ13 −70,49 −114,98 40,88 253,0
      λ14 −75,49 −119,98 39,60 249,8
      B −76,58 −121,08 39,28  


Dodajmy jeszcze jedną ortodromę na Oceanie Indyjskim, celem porównania obliczeń.

P. Elisabeth (A) - Perth (B); (O. Indyjski)

Tabela podziału ortodromy na zadaną długość.
P. Elisabeth (A) - Perth (B); (O. Indyjski)
Za mała rozdzielczość ekranu by prawidłowo wyświetlić tabelę.
Odwróć ekran lub skorzystaj z większego urządzenia
      λn λ λ−λo φ Kn
φA 33°58,0S −33,97 A 25,62 −132,93 −33,97 117,5
λA 025°37,0E 25,62 λ1 30,54 −128,00 −35,94 114,6
φB 31°57,0S −31,95 λ2 35,54 −123,00 −37,65 111,6
λB 115°52,0E 115,87 λ3 40,54 −118,00 −39,09 108,5
      λ4 45,54 −113,00 −40,26 105,3
φo   0,00 λ5 50,54 −108,00 −41,19 102,1
λo   158,54 λ6 55,54 −103,00 −41,87 98,8
KoA   227,4 λ7 60,54 −98,00 −42,34 95,4
KoB   227,4 λ8 65,54 −93,00 −42,58 92,0
DA   55,6 λ9 70,54 −88,00 −42,60 88,6
DB   51,4 λ10 75,54 −83,00 −42,40 85,3
DORT   4379,2 λ11 80,54 −78,00 −41,99 81,9
      λ12 85,54 −73,00 −41,34 78,6
      λ13 90,54 −68,00 −40,47 75,3
      λ14 95,54 −63,00 −39,34 72,1
      λ15 100,54 −58,00 −37,96 69,0
      B 115,87 −42,68 −31,95


Sumując:
Operując tymi wzorami dużo łatwiej obliczyć ortodromę. Wszak zrobi to za nas komputer. Jednakże jest tutaj niezbędna znajomość nawigacji na poziomie zawodowego nawigatora.
Analiza wszystkich przedstawionych tabel mówi nam, że największą trudność sprawia nam południk zmiany daty, czyli [λ = 180°00,0].



Różę kompasową możemy również użyć w wypadku, kiedy ortodroma przechodzi przez równik. Wówczas uzyskujemy dwie dane: długość ortodromy i miejsce jej przejścia przez równik.

Nasza ortodroma to:

Vancouver: φA = 48°00'0 N ; λA = 125°00'0 W
Auckland: φB = 36°00'0 S ; λB = 176°00'0 E