0引言
Navi-sailor3000型电子海图系统的功能强大,信息丰富,导航数据完善,为航行安全及航海保障提供了可靠的保证。但系统由于海图更新的制约有些海域没有拷贝电子海图,在屏幕上只能显示空白的墨卡托海图,或未能及时更换电子海图而使显示的海图信息不够精确。在这种情况下,对一些重要水域的航标、浅点、孤立危险物、锚区范围等信息的人工输入或改正将显得非常迫切。对重要水域的信息输入可使航海人员直观明了地判断航行态势和处理信息,提高航行安全。
1电子海图信息输入
1.1电子海图信息输入方法
电子海图信息的输入有:手工数据输入法,手扶跟踪数字化法和自动扫描输入法。
(1)手工输入矢量图形数据。将表示点、线、面实体的地理位置数据通过键盘输入数据文件或输入到程序中去。通过手工输入来改正局部海图的点、线、面物标是最便捷方便的。
(2)手扶跟踪数字化法,通过数字化仪完成。
(3)自动扫描输入。通过地图扫描识别软件实现全自动或交互识别。
目前我船电子海图系统只能人工输入信息。
1.2Navi-sailor3000型电子海图系统输入方法
Navi-sailor3000型电子海图系统提供了手工更新修正物标数据的功能,可以通过系统提供的Man.Corr.功能进行海图信息的添加、编辑和修正。具体的信息输入方法有:
1.2.1光标直接输入
进入Man.Corr.功能面板,选择添加新物标并进行编辑(或对已存在的人工输入信息进行再编辑)。当选择一项任务后,光标会出现在海图上,并且显示光标处的经纬度,点击鼠标左键在当前光标处输入选择的信息符号。这种方法很难选择需要的经纬度,但速度快,适合于精度要求不太高的区域。
1.2.2经纬度输入,可以通过两种方法实现
(1)已知物标的方位、距离信息。可通过Navisailor3000型电子海图系统获取物标的经纬度,这需要一个参考基准,默认基准为本船的GPS位置,可以使用电子距标线转移。《长江下游航道通告》提供的浮标信息是通过基于某个参考基准的方位、距离确定的,必须先通过已知的参考基准、方位和距离在电子海图上定出并记录经纬度坐标值,然后输入这一经纬度坐标值,完成物标信息的输入。以前在进行长江下游浮标输入时就采用这种方法。这种方法步骤繁琐,输入效率低,而且在输入距离时系统只能精确到小数点后一位小数,这样会产生至少50m(单位采用千米时)或0.5cab(单位采用海里时)的输入误差,这对于长江航行是不能忽略的。
(2)已知物标的经纬度。这可以消除输入误差,并且输入速度快,但需要事先计算出浮标的经纬度。本文就这种方法加以探讨,得出根据方位距离计算经纬度的数学公式并经计算机编程处理,实现方便快捷地计算浮标位置坐标的可能。
1.3长江下游浮标信息的获取
1.3.1浏河口至长江口的浮标信息
从上海海事局出版的《中国沿海港口航道图改正通告》获取,浮标以经纬度的形式确定。
浮标位置均方差
:其中,距离均方差σD=±0.05″(1″=30.9m)。
1.3.2浏河口至江阴的航标信息
(1)直接从长江兰图量取江阴至浏河口段浮标位置。由于长江兰图是采用高斯—克吕斯投影制成的公里网图,且为了图面清晰,图上既没有加绘经纬线网,而且删去了公里线网,这样,直接从图上度量浮标的经纬度就比较困难,而且经纬线网产生的变形较大,坐标系的转换也比较麻烦,对那些人工改正的浮标会产生两次作图误差,所以这种方法是不可取的。
(2)从南京航道局出版的《长江下游航道通告》获取,浮标以相对某一固定参考基准的方位、距离确定。
浮标位置均方差:
其中,方位均方差σB=±0.05°
距离均方差σD=±0.005km
距离S取极大值15km
2位置参考系统
在正常情况下,将一个物标位置标绘在海图上,为了保证其使用价值,位置和海图两者必须是在同样的参考系统中,即使用同样的参数来定义地球的形状和大小。但是世界各国和地区选用不同的地球参考椭球体,并根据本地区的实际需要确定椭球体与大地球体的相关位置,从而建立起许多不同的大地坐标系统。我国目前采用的是1954年北京坐标系(BJS-54),选用克拉索夫斯基椭球体参数。GPS和Navi-sailor3000型电子海图采用1984年世界大地测量学系统的模型,即WGS-84地心坐标系。这样,由我国测地系统的海图获取的经纬度值在输入电子海图之前必须进行大地坐标的转换。目前我国尚未统一由BJS-54转换至WGS-84的固定转换模式,可利用WGS-72的转换参数,间接实现BJS-54向WGS-84的转换。
经计算在长江口附近由BJS-54转换至WGS-84的坐标系换算改正数:!φ=0.241″,!λ=2.542″这可以作为长江口灯浮输入的依据。
3浮标信息经纬度的计算方法
3.1浏河口至长江口的浮标经纬度
把《改正通告》提供的浮标经纬度经坐标系转换即可直接进行电子海图信息的输入。
3.2浏河口至江阴的浮标信息
由于《长江下游航道通告》只给出相对某固定参考基准的方位、距离信息,必须先计算出浮标的经纬度。
3.2.1参考基准
参考基准经纬度可由海军航保部出版的墨卡托海图量取。海图比例尺为4万分之一,作图误差为40000×0.2mm=±8m。
3.2.2经纬度计算
利用计算航法,根据参考基准、方位和距离,用数学公式计算出浮标的位置。
如图1所示:参考基准点O(φ1,λ1)、方位A、距离S(单位km),浮标的坐标B(φ2,λ2)为:
φ2=φ1+%φλ2=λ1+!λ根据中分纬度航法的计算公式:
纬差:!φ=S分·cosA
东西距:Dep=!S分·sinA
可求出纬差!φ和东西距Dep(式中距离的单位为海里,记为S分)。
WGS-84是建立在总椭圆体基础上的地心坐标系,而教科书提供的公式中由东西距Dep求经差!λ都是根据地球的第一近似体(地球圆球体)导出的,因此必须导出基于WGS-84参考椭球体的东西距Dep与经差!λ的关系,这是导出浮标位置计算公式的关键。
WGS—84椭球体的相关数据:
长半径a=OE=6378137.00m偏心率e=0.0818192
图2为地球椭球体的一部分,假设弧GH为A、B两点间的东西距,得Φn为A、B两点间的中分纬度,弧EF为A、B两点的经差。
已知,地球椭球体长半经OE为a,中分纬度圈半径O′G为r。由几何定理知:
弧EF/弧GH=%λ/Dep=a/r(2)
纬圈半径:r=a·cosφn/(1-e2sin2φn)1/2(3)
因为%φ和距离S都非常小,可用平均纬度φm代替中分纬度φn:
φn≈φm=(φ1+φ2)/2(4)
可得:%λ=S分·sinA·secφm(1-e2sin2φm)1/2
又,距离S的单位为千米,必须按当地纬度的单位长度换算成海里,子午圈1′的弧长(S1′)的换算公式:
S1′(m)=1852.3-9.3cos2φ1
综上所述,在WGS-84坐标系中求取浮标点位置的数学公式:
式中常数:a=6378137.00me=0.0818192
通过计算机编程,对上述公式进行处理,可方便实现经纬度的计算。
4结束语
用计算法求出的经纬差是基于WGS-84坐标系,这就消除了坐标系的转换误差,而且又消除了输入误差,其误差来源仅为航海通告中包含的误差和量取参考基准时的作图误差。通过计算机计算,既简便,又具有很高的精度,为长江下游浮标信息的输入和定期改正提供了一种高效快捷的方法。我船自2001年以来就采用这种方法计算和改正电子海图,方便快捷,实际使用中精度也较高。在航行时,把输入的灯浮作为一条航线编辑和调用,作为船舶航行时的右边界限制线,能够直观地判断船舶的相对位置,提高船舶的航行安全。
