00 · 进入世界

云层遮住了下一次天文观测

推算航法是什么dead reckoning古代帆船如何定位航向航速时间
下一步观察关键细节
01 · 海图作业图线、点与坐标均可复算DR / EP / FIX
0800—1500 海图作业图以 0800 实测船位为原点,按两段真航向和对水航速绘制 DR,再加入海流向量得到 EP,并标出下一次独立观测船位。NEC 090°TS 6.0 kn / 4 hC 180°TS 4.0 kn / 3 hSET 045°T · 7 NM0800 fix1500 DR1500 EP1500 fix10 NM
对水航迹与 DR海流向量:set 045°T / drift 1 kn / 7 h独立观测 fix教学用局部作图,比例尺为 10 NM;fix、DR 与 EP 分别使用圆、半圆和方框。

WORKED PLOT · 可复算案例

同一份日志,怎样得到 DR、EP 和下一次 fix?

以下是教学用局部坐标,不代表真实航次。0800 的可靠 fix 作为原点;航向从真北顺时针量,东与北为正。每一数字都能从表格重新算出。

航段与向量账目

时段项目方向速度时间距离ΔE / NMΔN / NM
0800–1200第一航段090°T6.0 kn4 h24.00 NM+24.000.00
1200–1500第二航段180°T4.0 kn3 h12.00 NM0.00−12.00
0800–1500海流向量045°T1.0 kn7 h7.00 NM+4.95+4.95

三个位置不能混写

DR
(+24.00 E, −12.00 N)只累计计划航向和对水航程。
EP
(+28.95 E, −7.05 N)DR 再加 7 NM 的 045° 海流向量。
fix
(+27.00 E, −8.50 N)示例中的独立观测值;它不是从 DR 公式算出的。

示例 fix 与 EP 相差约 2.43 NM。这个差值混合了海流估计、侧滑、操舵、计程和观测误差,不能直接归因于其中一个因素。

SCENE · 01

推算从一个可靠船位开始,而不是从空白海面猜起

领航员先在海图上确定一个出发点:它可能来自港口、已识别陆标、两条或多条方位线交点、天文观测,现代还可能来自卫星定位。随后记录船在什么方向上走了多久、速度是多少,把所得位移接在这个点之后。每一段终点又成为下一段的起点,所以英文资料常说 advance a position。

史密森尼把帆船时代的基本输入概括为罗盘航向、船速,以及在每个航向和速度上经过的时间。方法本身早于英文名称;哥伦布时代的航海者已经使用类似连续核算。dead reckoning 作为航海词组可追溯到 17 世纪,流行说法称 dead 是 deduced 的讹变或缩写,但史密森尼的词源说明指出,现有历史记录并不支持这种解释。

SCENE · 02

罗盘、测程绳、沙漏和日志组成一条数据链

罗盘提供掌舵方向,但读数要考虑磁差、船体磁性造成的自差,以及舵手无法保持一条绝对直线的摆动。测程绳或后来的机械计程仪给出对水速度;沙漏、船钟和值班制度提供时间。速度乘时间得到距离,例如稳定保持 6 节 4 小时,计入这一段的航程就是 24 海里。

真实航行常在一个值班时段内多次改变航向与帆况。船员可先把航向和时间记录在 traverse board、粗略日志或值班记录中,到中午或交班后再合成为 course made good 和 distance made good。英国历史日志研究显示,领航人员还会加入磁差、侧滑和漂移修正;因此一页日志上的“日航程”往往已经是多段观察和判断的结果,不是某台仪器直接显示的单一数字。

SCENE · 03

海图作业本质上是在累加位移向量

最简单的一段可以直接用平行尺画方向、用分规按海图纬度刻度量距离。假设船从可靠定位出发,以真航向 090°、6 节航行 4 小时,就沿正东方向量取 24 海里。随后改为真航向 180°、4 节航行 3 小时,再从前一终点向南量取 12 海里。最终推算船位是两段折线的终点,而不是把两个航向角和两个距离各自取平均。

若航程很长,领航员可以把多段航向和距离化成南北、东西分量,再合成一条总航向与总距离。经纬度换算还会遇到经线向两极收拢:一分纬度近似对应一海里,而一分经度所代表的东西距离随纬度改变。实际海图作业通常直接使用适合比例尺的墨卡托图和纬度刻度,避免把“经度一分等于一海里”错误套在所有纬度。

SCENE · 04

DR、EP 和 fix 是三种不同强度的船位

现代英式海图作业常把 DR position 定义为根据罗盘航向和计程距离推进得到的推算船位;再加入已知或估计的洋流 set、流速 drift 与风致 leeway,得到 estimated position,即 EP。fix 则来自独立观测,例如同时测得多个陆标方位、雷达距离、天文位置线或 GNSS。三者在海图上的符号也不同,提醒值班人员不要把估计当成观测。

历史资料的用词并不总与现代考试体系完全一致,有些作者会把风流修正后的结果也宽泛称为 dead reckoning。阅读老日志时,关键是查清该记录是否采用罗盘航向还是真航向、速度是对水还是对地、是否已经改正侧滑和海流。术语标签相同,不代表计算输入完全相同;把算法过程写清,比争论一个跨时代的唯一译名更可靠。

SCENE · 05

小误差会随距离累积,风流误差尤其不会自行消失

若真航程为 120 海里,而修正后的航向仍偏差 5°,横向偏离约为 120 乘以 sin 5°,即约 10.5 海里。若未知洋流以 1 节持续横推 12 小时,又会增加约 12 海里位移。计程仪高估 5%,在 200 海里累计航程上则会多算约 10 海里。这些误差方向未必相同,偶尔会互相抵消,但不能依赖巧合。

不确定性还来自风浪中侧滑改变、帆船速度不断变化、错误记录时间、罗盘修正不准和海图比例尺。NOAA 水文手册指出,推算船位并不精确,离最后固定船位越远,位置不确定性随航程增长。它因此不是一个静态小点,而应被理解为围绕估计位置不断扩大的可能区域;接近礁石、海岸或狭水道时,容许误差远小于开阔大洋。

SCENE · 06

观测会重置误差,但不会让推算失去价值

太阳正午高度可以校验纬度,可靠航海钟或月距法可帮助求经度;接近海岸后,灯塔方位、三点定位、水深和底质又能约束位置。新的 fix 与此前 DR 之间的差值称不上某一种误差的直接测量,因为它混合了洋流、侧滑、罗盘、速度和观测误差;但它能让领航员把下一段航迹从更可靠的位置重新开始。

日志保存了这种“推算—观测—再推算”的节奏。NOAA 收录的 1789—1834 年英国东印度公司日志在中午记录纬度、经度、航向与日航程;一份 1843 年 Ann McKim 号记录还用记号区分观测位置和通过 day's work 得到的位置。现代 GPS 并未淘汰原理:电子定位中断时仍需连续估计,水下航行器因卫星信号不能穿透海水,也会把罗盘、速度、深度或惯性数据组合成推算航迹,再用声学定位或其他外部观测校正。

问题

继续理解这个主题

推算航法需要哪些基本数据?

至少需要一个起始船位、航向、速度和时间。实际作业还会处理罗盘误差、侧滑、洋流以及每次改变航向或速度的时刻。

dead reckoning 是 deduced reckoning 的缩写吗?

现有历史证据不支持这一流行词源。史密森尼指出 dead reckoning 作为航海词组在 17 世纪已经出现,把 dead 解释成 deduced 的讹变属于后来的推测。

DR 船位与估计船位 EP 有什么区别?

在现代英式海图作业中,DR 由航向和计程距离推进;EP 再考虑海流 set、drift 与侧滑。历史文献有时使用更宽泛的 dead reckoning 定义,所以还要查看具体计算过程。

推算航法能确定经纬度吗?

它能从已有经纬度推算下一位置,但结果仍是估计。天文、陆标或电子定位提供的新 fix 会校正累计误差。

有 GPS 后为什么还要学推算航法?

它能在定位更新之间维持连续航迹,也为传感器故障、信号干扰和水下无卫星信号环境提供基础。现代系统往往自动完成计算,但误差累积原理没有消失。

来源

从哪里继续查证

  1. Dead ReckoningSmithsonian Time and Navigation
  2. Dead Reckoning: the term and the deduced-reckoning storySmithsonian Time and Navigation
  3. American Practical Navigator, Volume 1National Geospatial-Intelligence Agency
  4. History of U.S. chart-making: Early yearsNOAA National Ocean Service
  5. Hydrographic Manual, Fourth EditionNOAA Office of Coast Survey
  6. Navigation and Radar Examination SyllabusUK Maritime and Coastguard Agency
  7. British Logbooks in UK ArchivesInternational Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set
  8. English East India Company voyage logbooks, 1789–1834NOAA National Centers for Environmental Information
  9. AUVfest 2008: Navigation without GPS underwaterNOAA Ocean Exploration