Đang tải... (xem toàn văn)
Điều này dẫn đến việc phải sử dụng một số phép chiếu khác để xây dựng hải đồ đi biển thay thế hải đồ Mercator tại một số khu vực có độ biến dạng lớn. Bài viết tập trung nghiên cứu mức độ biến dạng của phép chiếu Mercator và ảnh hưởng của nó tới công tác dẫn tàu an toàn.
CHÀO MỪNG KỶ NIỆM NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11 KHOA HỌC - KỸ THUẬT ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ BIẾN DẠNG CỦA PHÉP CHIẾU HẢI ĐỒ MERCATOR TỚI CÔNG TÁC DẪN TÀU AN TOÀN THE EFFECT OF DISTORTION OF MERCATOR PROJECTION CHART ON SAFE NAVIGATION NGUYỄN THÁI DƯƠNG Khoa Hàng hải, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Email liên hệ: nguyenthaiduong@vimaru.edu.vn Tóm tắt Hải đồ biển tài liệu quan trọng phục vụ công tác dẫn tàu an toàn Nhiều phép chiếu sử dụng để xây dựng hải đồ với ứng dụng khác hàng hải Trong số đó, có phép chiếu Mercator thỏa mãn yêu cầu của hải đồ biển Vì thế, hầu hết hải đồ biển sử dụng tàu hải đồ Mercator Tuy nhiên, hải đồ Mercator có hạn chế độ biến dạng tăng dần hai cực trái đất Điều dẫn đến việc phải sử dụng số phép chiếu khác để xây dựng hải đồ biển thay hải đồ Mercator số khu vực có độ biến dạng lớn Bài báo tập trung nghiên cứu mức độ biến dạng phép chiếu Mercator ảnh hưởng tới cơng tác dẫn tàu an tồn Từ khóa: Phép chiếu Mercator, độ biến dạng hải đồ, độ xác yêu cầu Abstract Nautical charts are important document for safety navigation There are many map projections used to build charts with different applications in navigation It is common knowledge that only the Mercator projection satisfies the basic requirements of the nautical chart Therefore, today, most of the sea charts being used on ships are Mercator charts However, the increasing distortion to the poles of the earth is the weak point of Mercator charts Thus, it is necessary to find out the other projections instead of Mercator charts in the areas with large distortion The aim of this research is to focus on the distortion of Mercator projection and its effect on safe navigation Keywords: Mercator projection, chart distortion, required accuracy Đặt vấn đề Khơng có quy định thức Tổ chức hàng hải Quốc tế giá trị tỷ lệ xích cụ thể hải đồ biển thực tế, hải đồ biển dùng để dẫn tàu thường có tỷ lệ xích khơng nhỏ 1:500.000, bao gồm loại sau: hải đồ cảng, dùng cho tàu chạy luồng vào cảng, vào cầu, tỉ lệ xích ≥ 1:50.000; hải đồ tiếp cận, dùng cho tàu nhập bờ, vào khu neo đậu, chạy eo, kênh hẹp, tỉ lệ xích từ 1: 50.000 ÷ 1: 150.000; hải đồ hàng hải, dùng cho tàu chạy dọc theo tuyến hàng hải dự tính, tỉ lệ xích từ 1:150.000 ÷ 1:500.000 [1] Hải đồ biển sử dụng phổ biến tàu hải đồ Mercator Do hạn chế hải đồ Mercator, số vùng biển, phép chiếu Gnomonic sử dụng để xây dựng hải đồ biển (Hình 1) Việc thay hải đồ biển Mercator hải đồ Gnomonic xuất phát từ hai vấn đề sau: Độ biến dạng phép chiếu Mercator: Phép chiếu Mercator thỏa mãn yêu cầu hải đồ biển Tuy nhiên, nhược điểm phép chiếu độ biến dạng lớn dần hai cực trái đất Độ biến dạng ảnh hưởng tới an toàn hàng hải sử dụng hải đồ Mercator để dẫn tàu vùng biển có vĩ độ cao tới giới hạn định Hải đồ Gnomonic phương án thay hải đồ Mercator: Khu vực vĩ độ mà phép chiếu Mercator có độ biến dạng lớn, hải đồ Gnomonic sử dụng Tuy nhiên, phép chiếu Gnomonic khô: vĩ độ tương ứng; e: độ lệch tâm ellipsoid Độ tăng tỷ lệ xích dọc theo kinh tuyến, biểu diễn dạng đồ thị (Hình 2) Hình Đồ thị biến thiên vĩ độ tiến Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 60 - 11/2019 CHÀO MỪNG KỶ NIỆM NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11 Trường hợp áp dụng mơ hình trái đất ellipsoid quốc tế WGS - 84, với thông số: bán trục lớn a = 3.443,918 hải lý, bán trục nhỏ b = 3.432,372 hải lý, tính tốn giá trị độ tăng vĩ độ tiến (IF = MP/LAT) vĩ độ khác cho kết sau (Bảng 1): Bảng Độ tăng vĩ độ tiến vĩ độ khác Latitude 0o 10o 20o 28o 30o 40o 50o 60o 70o 80o 85o 89o 89o5 89o8 89o9 90o0 Meridional Parts (MP) 600,15 1219,45 1743,48 1880,23 2612,57 3463,03 1415,50 5954,92 8367,48 10760,93 16305,71 18692,92 21848,57 24235,71 128543,35 Increasing Factor (IF) 1,00 1,02 1,04 1,05 1,09 1,15 1,25 1,42 1,74 2,11 3,05 3,48 4,06 4,49 23,80 Độ tăng tỷ lệ xích theo hướng hải đồ Mercator Vĩ độ tiến kéo dài thể độ biến dạng dọc theo kinh tuyến Để phép chiếu thỏa mãn điều kiện đẳng giác, đường vĩ tuyến kéo dài theo xích đạo, điều dẫn đến độ tăng tỉ lệ xích hải đồ Mercator Xét khu vực vô bé lân cận vị trí M(𝜑, 𝜆) bề mặt trái đất MNPQ, mặt phẳng chiếu trở thành M’N’P’Q’ (Hình 3) Hình Độ tăng tỉ lệ xích hải đồ Mercator Trên hải đồ Mercator, đường kinh tuyến song song vng góc với xích đạo nên khoảng cách dọc vĩ tuyến tính theo cơng thức x = R(λ - λo) δx = R δλ, ta có: Hệ số tỉ lệ xích dọc theo kinh tuyến: m(φ) = M′N′ MN δy = R δφ = y′(φ) (2) R Hệ số tỉ lệ xích dọc theo vĩ tuyến: p(φ) = M′Q′ MQ δx = R cosδφ = secφ (3) Thỏa mãn điều kiện đẳng giác, hệ số tỉ lệ xích SF hướng nhau: SF = M′P′ MP = δ′s δs = m(φ) = M′N′ MN = p(φ) = M′Q′ MQ = secφ (4) Trong đó: - SF: hệ số tỉ lệ xích; - R: bán kính trái đất; Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 60 - 11/2019 CHÀO MỪNG KỶ NIỆM NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11 - λo: kinh tuyến gốc hệ tọa độ địa dư; - δφ, δλ: số gia vĩ độ kinh độ vô bé lân cận vị trí trí M(𝜑, 𝜆) bề mặt trái đất; δx, δy: giá trị tương ứng số gia vĩ độ δφ số gia kinh độ δy hải đồ Mercator Trường hợp mơ hình trái đất ellipsoid, hệ số tỉ lệ xích là: 𝑆F = secφ √1 − e2 sin2 φ (5) Độ tăng tỉ lệ xích hải đồ Mercator có đồ thị giá trị tương ứng sau (Hình 4): Hình Độ tăng tỉ lệ xích phép chiếu Mercator Ảnh hưởng độ biến dạng hải đồ Mercator tới an toàn hàng hải Mức độ biến dạng hải đồ Mercator bao gồm: biến dạng dọc theo kinh tuyến, biến dạng ngang theo vĩ tuyến biến dạng theo hướng Độ tăng tỉ lệ xích dọc theo kinh tuyến (Bảng 1) cho biết mức độ biến dạng (sai số) khoảng cách hải đồ Mercator Theo nghị A.529 (13) [4] Tổ chức hàng hải Quốc tế, độ xác yêu cầu vị trí tàu xác định khơng vượt q 4% khoảng cách tới điểm nguy hiểm gần hải lý, lấy giá trị lớn Đối sánh với Bảng tham chiếu Hình để tính tốn hệ số tăng tỉ lệ xích, sở đánh giá sai số khoảng cách xác định diện tích xác suất chứa vị trí tàu có thỏa mãn điều kiện nghị hay khơng? Vùng biển có vĩ độ φ ≤ 28o, hệ số tỉ lệ IF < 1,04 (4%), điều kiện đáp ứng yêu cầu nghị A.529 (13) xác định diện tích xác suất chứa vị trí tàu Vùng biển có vĩ độ φ ≥ 28o, hệ số tỉ lệ IF > 1,04 (4%), điều kiện không đáp ứng yêu cầu nghị A.529 (13) Vùng vĩ độ cao φ ≥ 60o, hệ số tỉ lệ IF > 1,25, đặc biệt từ vĩ độ 85o trở lên, biến dạng cực lớn IF = 2,11 ÷ 23,80 Do vậy, khu vực xác định hàng hải vùng cực, thường sử dụng phép chiếu phối cảnh phương vị để xây dựng hải đồ biển [5] Áp dụng phương pháp dẫn tàu theo hướng dẫn nghị A1024 (26) Tổ chức hàng hải Quốc tế [6] Vùng biển có φ = 28o ÷ 60o, độ biến dạng lớn, hệ số IF = 1,04 (4%) ÷ 1,26 (26%) Tùy thuộc khu vực tàu hoạt động, độ biến dạng ảnh hưởng tới an toàn hàng hải Do vậy, số trường hợp, quan bảo đảm an toàn hàng hải xây dựng hải đồ biển phép chiếu Gnomonic (Hình 5) Hình Hải đồ Gnomonic BA 3548 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 60 - 11/2019 CHÀO MỪNG KỶ NIỆM NGÀY NHÀ GIÁO VIỆT NAM 20/11 Kết luận Trong báo, tác giả nghiên cứu mức độ biến dạng phép chiếu Mercator ảnh hưởng tới công tác dẫn tàu Kết nghiên cứu cho thấy hạn chế phép chiếu Mercator sử dụng vùng vĩ độ trung bình vĩ độ cao Trường hợp độ biến dạng phép chiếu Mercator ảnh hưởng tới an toàn hàng hải, phương án áp dụng sử dụng phép chiếu Gnomonic xây dựng hải đồ biển Trong nghiên cứu tiếp theo, tác giả phân tích sở lý thuyết thực tiễn việc thay hải đồ biển Mercator hải đồ Gnomonic; phương pháp thao tác tuyến hàng hải dự tính, xác định vị trí tàu đường hướng đường cong phép chiếu không đẳng giác hải đồ Gnomonic (ví dụ hải đồ gnomonic BA 3548) TÀI LIỆU THAM KHẢO 1] Adam Weintrit Reliability of navigational charts and confidence in the bathymetric data presented Scientific Journals of the Maritime University of Szczecin, 2019 [2] Admiralty manual of navigation London her majesty’s stationery office, 1987 [3] Karen Veize Mercator’s projection: A comparative and analysis of rhumb line and great circles Whitman College, 2013 [4] IMO Resolution A 529 (13) Accuracy standards for navigation, 1983 [5] Daniel Daners The Mercator and stereographical projections and many in between The University of Sydney Australia, 2016 [6] IMO Resolution A 1024 (26) Guideline for ships operating in polar water, 2009 Ngày nhận bài: 17/9/2019 Ngày nhận sửa: 23/10/2019 Ngày duyệt đăng: 14/11/2019 Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 60 - 11/2019 ... Hình Độ tăng tỉ lệ xích phép chiếu Mercator Ảnh hưởng độ biến dạng hải đồ Mercator tới an toàn hàng hải Mức độ biến dạng hải đồ Mercator bao gồm: biến dạng dọc theo kinh tuyến, biến dạng ngang... mức độ biến dạng phép chiếu Mercator ảnh hưởng tới cơng tác dẫn tàu Kết nghiên cứu cho thấy hạn chế phép chiếu Mercator sử dụng vùng vĩ độ trung bình vĩ độ cao Trường hợp độ biến dạng phép chiếu. .. ÷ 60o, độ biến dạng lớn, hệ số IF = 1,04 (4%) ÷ 1,26 (26%) Tùy thuộc khu vực tàu hoạt động, độ biến dạng ảnh hưởng tới an toàn hàng hải Do vậy, số trường hợp, quan bảo đảm an toàn hàng hải xây