航海学 地球形状与地理坐标

第四章游艇航行基础知识第一节地球形状和地理坐标一、地球形状航海上，游艇和物标的坐标、方向、距离、船位等都是以地球为基础的,因而需要对地球的形状和大小有所了解。

地球的自然表面是一个崎岖不平、非常复杂的不规则的曲面。

地球的真实形状是一个不规则的椭圆体,即纬度圈和赤道并不是严格的正圆；子午圈也不是严格的椭圆；南北半球并不互相对称。

航海上为了计算上的方便，在精度要求不高的情况下，通常把地球圆球体作为大地球体的第一近似体,并假设此正圆球体的大圆弧的一分弧长，正好是等于1海里的长度，即1852米。

因此，其半径R≈637０公里。

在需要较为准确的计算时，则应把地球当作两极略扁的地球椭圆体（大地球体的第二近似体）。

如图4-１所示。

它是由椭圆P n QPs Q’,绕其短轴Ｐn Ps旋转而成的几何体。

地球椭圆子午线的参数,由于各国大地测量所采用的纬度和测量精度不同，略有差异。

我国过去曾采用苏联克拉索夫斯基的地球椭圆体参数,即:长半轴a =6３7８245m 短半轴b= 6３56８63m而１９2４年国际测量学会决定采用的地球椭圆体参数是：地球椭球面与该地大地水准面的高程差，最大不超过100m。

但在卫星定位中,天线高度仍需考虑改正此差值。

二、地理坐标地理坐标：地理坐标是由经度和纬度组成的。

地面上任何一点位置和游艇在海洋上的位置都可以用地理坐标来表示和确定(图4-２)。

为了表示地球表面上点的位置，必须建立坐标。

(１) 大圆和小圆:通过地心O的平面与地球面的交线ＱeQ’,叫做大圆。

不通过地心O的平面与地球表面的交线ａbａ’，叫做小圆。

(2）地轴和地极:通过地球球心的直径叫做地轴,地轴与地球表面相交的两个点P n、P S叫做地极。

（３）经度线和基准经度线:通过南北两极的大圆P n QPsQ’，叫做子午圆。

连接南北两极点的大圆叫做经度线,它是子午圆之半。

通过英国格林尼治天文台的经线Ｐn GPs叫做基准经度线。

(４）赤道和纬度圈：垂直于地轴并通过地心Ｏ的平面与地球表面的交线QeQ’,大圆叫做赤道，平行赤道的小圆aa’,叫做纬度圈。

第一篇 基础知识第一章 坐标、方向与距离第一节 地理坐标一、地球形体船舶在海上航行时，需要确定船舶的位置、航向和航程，这就要求在地球表面建立坐标系和确定方向的基准线，因此要对地球的形状有一定的了解。

地球的自然表面是不平坦的，是一个非常复杂而又不规则的曲面。

陆地上有高山、深谷和平地；海洋里有岛屿和海沟。

因此，地球的自然表面不是数学曲面，不能直接在其上进行运算，也不能直接在其上建立坐标系。

航海上所研究的地球形状，是指由假想的大地水准面所包围的闭合几何体——大地球体。

所谓大地水准面，是指与各地铅垂线相垂直且与完全均衡状态的海平面相一致的水准面，详细地说大地水准面是与平均海面相重合且延伸至大陆底部的一个连续的、无叠痕的、无棱角的闭合曲面。

大地球体仍是一个不规则的球体，不是数学曲面，不能直接在其上进行运算，也不能直接在其上建立坐标系，怎么办呢？一般在航海上，以大地球体的近似体代替大地球体来建立坐标系进行航海计算，以地球园球体作为它的第一近似体，而以地球椭园体作为它的第二近似体。

1． 第一近似体——地球圆球体在解决一般航海问题时，为了计算上的简便，通常是将大地球体当做地球园球体，其半径R =6，371，110M 。

2． 第二近似体——地球椭圆体 在较为准确的航海计算中，需要将为大地球体当做地球椭园体，如图1-1-1所示，地球椭园体是由椭圆P N QP S Q ′绕其短轴P N P S 旋转一周而形成的几何体。

地球椭园体的参数有：长半轴a 、短半轴b 、扁率c 和偏心率e ,它们之间的相互关系是：a b a c -=； a b a e 22-=; c e 22≈ 在不同的历史时期，依据的测量结果不同，因而所推算出的地球椭圆体的参数也不相同。

我国从1954年开始采用前苏联克拉索夫斯基椭圆体参数，现在准备逐步采用IUGGl975年推荐的地球椭圆体参数，参见表1-1-1。

二、地球上的基本点、线、圈把地球看做第二近似体即椭圆体，如图1-1-2所示，O 为地球中心：地轴(axis of the earth)—地球自转的轴(S N P P )，即通过地球中心连结南极和北极的一条假想的线。

地球的形状与地理坐标系地球是我们所居住的行星，它的形状和地理坐标系对于我们的地理学习和导航定位至关重要。

地球的形状并非完全规则的球体，而是稍微扁平了一些。

本文将介绍地球的形状以及地理坐标系的构建和应用。

一、地球的形状地球的形状被描述为椭球体，也被称为地球椭球。

这是因为地球的自转导致其在赤道部分稍微膨胀，而在两极部分稍微压扁。

地球椭球的膨胀和压扁程度不是很明显，但对地理测量及地理坐标系的建立具有一定的影响。

地球椭球的形状可以由一个参数来描述，即地球表面相对于赤道的极轴半径和赤道半径之比。

这个比值通常用字母f来表示，被称为扁率。

当f=1/298.257，即地球的扁率约为1/298.257时，可以较为准确地描述地球的形状。

这个数值表明地球的极轴半径比赤道半径稍微小约1/298.257。

二、地球的地理坐标系地理坐标系是为了方便地理测量和定位而建立的一种坐标系统。

它是由纬线和经线构成的网格状结构。

纬线是在地球表面上连接两个极点的大圆线，被用来度量地点的纬度。

经线是连接地球两个极点的曲线，被用来度量地点的经度。

纬度是地球表面上的一种测量方式，表示地点相对于赤道的角度。

纬度被用来划分地球的南北半球，并且可以帮助我们了解某个地方在地球表面上的位置。

纬度范围从0°到90°，赤道的纬度为0°，北极和南极的纬度分别为90°N和90°S。

经度是地球表面上的另一种测量方式，表示地点相对于本初子午线的角度。

本初子午线经过英国伦敦的格林尼治天文台。

经度被用来划分地球的东西半球，并且可以帮助我们确定某个地方的方位。

经度范围从0°到180°，东经为正值，西经为负值。

三、地球的形状与地理坐标系的应用地球的形状和地理坐标系的应用非常广泛。

首先，地球的形状影响了地球的天气和气候分布。

扁率的存在会对地球的自转和大气环流产生一定的影响，从而导致不同地区具有不同的气候特征。

（完整版）航海学知识点第⼀篇航海学（地⽂航海）第⼀章坐标、⽅向和距离第⼀节地球形状和地理坐标⼀、地球形状1. 第⼀近似体――地球圆球体航海上为了计算上的简便，在精度要求不⾼的情况下，通常将⼤地球体当作地球圆球体。

2. 第⼆近似体――地球椭圆体在⼤地测量学、海图学和需要较为准确的航海计算中，常将⼤地球体当作两极略扁的地球椭圆体。

地球椭圆体即旋转椭圆体，它是由椭圆P N QP S Q′绕其短轴P N P S旋转⽽成的⼏何体（图1-1）。

表⽰地球椭圆体的参数有：长半轴a、短半轴b、扁率c和偏⼼率e。

⼆、地理坐标1. 地球上的基本点、线、圈地理坐标是建⽴在地球椭圆体表⾯上的。

要建⽴地理坐标，⾸先应在地球椭圆体表⾯上确定坐标的起算点和坐标线图⽹。

如图所⽰：椭圆短轴即地球的⾃转轴――地轴（P N P S）；地轴与地表⾯的两个交点是地极，在北半球的称为北极（P N），在南半球的称为南极（P S）；通过地球球⼼且与地轴垂直的平⾯称为⾚道平⾯，⾚道平⾯与地表⾯相交的截痕称为⾚道（QQ′）,它将地球分为南、北两个半球；任何⼀个与⾚道⾯平⾏的平⾯称为纬度圈平⾯，它与地表⾯相交的截痕是个⼩圆，称为纬度圈（AA′）；通过地轴的任何⼀个平⾯是⼦午圈平⾯，它与地表⾯相交的截痕是个椭圆，称为⼦午圈（P N QP S Q′）；由北半球到南半球的半个⼦午圈，叫作⼦午线，⼜称经线（P N QP S，P N Q′P S）；通过英国伦敦格林尼治天⽂台⼦午仪的⼦午线，叫作格林⼦午线或格林经线（P N GP S）。

2. 地理坐标地球表⾯任何⼀点的位置，可以⽤地理坐标，即地理经度和地理纬度来表⽰。

地理经度简称经度，地⾯上某点的地理经度为格林经线与该点⼦午线在⾚道上所夹的劣弧长，⽤λ或Long表⽰。

某Array点地理经度的度量⽅法为：⾃格林⼦午线起算，向东或向西度量到该点⼦午线，由0°到180°计量。

向东度量的称为东经，⽤E标⽰；向西度量的称为西经，⽤W标⽰。

航海学知识点汇总一、航海基础知识1、地球形状和地理坐标11 地球的形状和大小12 地理坐标的概念和表示方法13 经纬度的度量和换算2、航向和方位21 航向的定义和表示22 方位的概念和种类（真方位、磁方位、罗方位）23 航向和方位的换算关系3、海图31 海图的种类和用途32 海图比例尺和投影方式33 海图上的符号和注记4、航海仪器41 罗盘（磁罗经和电罗经）42 测深仪43 计程仪44 定位系统（GPS、北斗等）二、航海气象1、气象要素11 气温和气压12 风13 湿度和能见度14 云2、天气系统21 气旋和反气旋22 锋面23 台风（飓风）3、海洋气象预报31 预报的来源和获取途径32 预报内容的解读和应用三、船舶运动性能1、船舶浮性和稳性11 浮性原理12 稳性的分类和影响因素2、船舶阻力和推进21 阻力的种类和计算22 推进装置的工作原理和性能3、船舶操纵性31 操纵性指标32 影响操纵性的因素33 船舶的转向和避让四、航线设计与规划1、航线设计的原则和考虑因素11 安全因素12 经济因素13 气象和海况条件2、航线的拟定方法21 利用海图和航海资料22 参考以往的航行经验3、大圆航线和恒向线航线31 大圆航线的计算和应用32 恒向线航线的特点和使用场景五、船舶定位与导航1、天文定位11 太阳定位12 恒星定位2、陆标定位21 方位定位22 距离定位23 综合定位3、电子导航31 雷达导航32 AIS 系统的应用六、航海安全与法规1、国际海上避碰规则11 各类船舶的避让责任和行动12 号灯、号型和声号的使用2、海上交通安全法规21 船舶的适航要求22 船员的职责和资格3、应急处置31 船舶遇险的信号和报告32 火灾、碰撞等紧急情况的处理措施七、航海通信1、通信设备和方式11 甚高频（VHF）通信12 卫星通信13 莫尔斯电码通信2、通信程序和规范21 遇险通信22 日常通信的礼仪和格式八、海洋环境与保护1、海洋生态系统11 海洋生物多样性12 海洋生态平衡的重要性2、海洋污染防治21 油污、垃圾等污染物的来源和危害22 防止海洋污染的措施和法规以上是航海学的主要知识点汇总，通过对这些知识点的学习和掌握，可以为航海实践提供坚实的理论基础。

第一章航海学基础知识第一节地球形状与地理坐标一、大地球体船舶在海面上航行，实际是在地球表面的海面里航行，为了研究诸多航海问题，应该对地球的形状和大小有个基本的了解。

地球的自然表面有高山、深海，形状非常复杂。

在地球表面的3/4 被大洋所覆盖，大陆的高低起伏与地球的半径相比，又显得微不足道。

所以，航海上讨论的地球形状，并不是指其自然形状，而是指由大地水准面所包围的几何体的形状。

地球上任意一点的水准面是指通过该点且与该点的铅垂线垂直的平面。

液体的静止表面就是水准面。

设想一个与平均海面相吻合的水准面，并将它延伸到陆地内部，在延伸中始终保持此面处处与当地的铅垂线正交，这样形成的一个连续不断的、光滑的闭合曲面，叫做大地水准面。

被大地水准面所围成的球体叫做大地球体。

二、大地球体的近似体大地球体是一个不规则的几何体。

为了应用的方便，在不同的应用场合会使用到大地球体的近似体：1．第一近似体，地球圆球体(terrestrial sphere)在一般的航海计算中，例如在天文计算、构建简易墨卡托海图图网时，为了便于计算，通常将地球近似看作圆球体。

根据地球圆球面上大圆弧1′的弧长等于1 n mile 即1852m的规定，可推算出地球圆球体的半径R E ：60 360×R = nmile = 3437.7468nmile = 6366707m2π2．第二近似体，地球椭圆体(earth ellipsoid)地球椭圆体也叫旋转椭圆体，在大地测量学、地图学和需要精确的航海计算中，应该将大地球体近似为两极略扁的地球椭圆体。

航海中，地理坐标的建立、墨卡托海图的绘制都是建立在地球椭圆体的基础上的。

地球椭圆体是由椭圆P N QP S Q′绕其短轴P N P S 旋转而成的几何体（图1－1－1）。

椭圆短轴P N P S（即地球的地轴earth ′s axis ）的两个端点是地理北极P N 和地理南极P S；椭圆长轴QQ′绕短轴旋转所成的平面是赤道平面，它在地球椭圆体面上的截痕是赤道，赤道是一个大圆。

笔记航海学基础知识第一章第一节地球形状，地理坐标和大地坐标系大地球体不属于地球的任何模型，：由大地水准面所包围的几何体。

描述地球形状制作摩卡托投影海图时。

定义地理坐标时使用地球椭圆体为地球数学模型的场合：摩卡托图网时。

制作简易使用地球圆球体为地球数学模型的场合：计算大圆航线时Ψ1n mile=l852.25—9.31cos244度14分），1海里＝1852 m（。

在两极附近最长1n mile的实际长度在赤道附近最短°。

180°，否则，应加减360经差的绝对值不应大于地埋纬度：某点在地球椭圆子午线上的法线与赤道面的交角经差、纬差的定义、方向性及计算??????D?90?18?D??12??????D??18??0???D??18000?12纬差，经差为正值，分别表示北纬差和东经差。

负值表示南纬差和西经差。

GPS大地坐标系采用WGS-84。

方向的确定和划分（测者地面真地平上确定方向）：南北线为测者真地平与测者子午圈平面的交线；东西线为测者真地平与测者卯酉圈平面的交线。

方向划分方法有三种：圆周法半圆周法罗经点法。

圆周法是航海最常用的表示方法，半圆法是天文航海中年常用的方法。

圆周法的表示，不管百位有没有，必须要有数字，哪怕是O ！！！半圆周法：读法与写法的顺序完全一样。

罗经点法（重点）：基点±45°＝隅点±22.5°＝三字点±11.25°＝偏点关于隅点：读法依然按照习惯，写法相反。

45°东北NE135°东南SE225°西南SW 315°西北NW关于三字点：读法与写法完全一致，前面加一个，偏向哪一方加上一个字母）2个（在隅点的4个区间每个区间北北东（NNE）东北东（ENE）东南东（ESE）南南东（SSE）等关于偏点：4个区间每个区间4个。

一个罗经点＝11.25°后面加四个基点之一。

第二章 航海学基础知识第一节 地理坐标一、地球的形状与大小1.大地水准面一个最基本的水准面；假想的、与完全均衡状态的海洋面相吻合的水准面；延伸面始终保持在任何地方都与该地的铅垂线相交成直角；连续的、无叠痕的、无棱角的闭合水准面；也是理想的地球表面。

2．地球的三个近似体1）第一近似体，地球圆球体(terrestrial sphere)为了便于用球面三角学解算航海上的问题；地球圆球体半径 603603437.746863667072R nmile nmile m π⨯=== 2）第二近似体，地球椭圆体(earth ellipsoid)当航海上需要更准确的计算；由椭圆PNQPSQ ′绕其短轴PNPS 旋转而成的几何体。

椭圆短轴PNPS 即地球的自地轴（earth ′s axis ）；地极（earth pole ）；赤道平面；赤道QQ ＇（equator ）；子午圈平面、子午圈（meridian ）、地理子午线、子午线或经线（meridian line ）。

纬度圈平面、纬度圈（parallel of latitude ）。

地球椭圆体参数：长半轴a 、短半轴b 、扁率c 、和偏心率e 。

它们相互之间的关系是：a b c a -= e = 22e c ≈ 我国现在是用原苏联克拉索夫斯基的地球椭圆体参数， 1954年建立北京坐标系；1924年国际测量协会决定，国际上采用1910年海福特测量的地球椭圆体参数3）第三近似体，地球椭球体（spheroid of earth ）地球赤道和纬度圈是一个椭圆，但在航海实际应用中，一般不采用。

二、地理坐标(geographic coordinate)1．基准圈：赤道和格林子午线；起算点：起始子午线或称零度经度线（prime meridian ）与赤道的交点。

2．地理经度（geographic longitude ）确定：格林子午线与该点子午线之间所截的赤道短弧；此短弧所对的球心角；或极角。

第一章 基础知识第一节 地球形状，地理坐标和大地坐标系描述地球形状不属于地球的任何模型，大地球体：由大地水准面所包围的几何体。

1 经差、纬差的定义、方向性及计算●12ϕϕψ-=D ︒<<︒900ϕ● 12λλλ-=D ︒<<︒1800λ 纬差，经差为正值，分别表示北纬差和东经差。

负值表示南纬差和西经差。

GPS 大地坐标系采用WGS-84。

方向的确定和划分（测者地面真地平上确定方向）：南北线为测者真地平与测者子午圈平面的交线；东西线为测者真地平与测者卯酉圈平面的交线。

方向划分方法有三种：圆周法 半圆周法 罗经点法。

圆周法的表示，不管百位有没有，必须要有数字，哪怕是O ！！！半圆周法：读法与写法的顺序完全一样。

罗经点法（重点）：基点 ±45°＝隅点 ±22.5°＝三字点 ±11.25°＝偏点关于隅点：读法依然按照习惯，写法相反。

45°东北NE 135°东南SE 225°西南 SW 315° 西北NW关于三字点：读法与写法完全一致，4个区间每个区间2个（在隅点的前面加一个，偏向哪一方加上一个字母）北北东（NNE ） 东北东（ENE ） 东南东（ESE ） 南南东（SSE ）等关于偏点：4个区间每个区间4个。

偶数的读法只限于在基点和隅点基础上，偏向哪一方后面加四个基点之一。

三种方向之间的换算：在北东半圆NE ：圆周度数＝半圆度数在南东半圆SE ：圆周度数＝180°－半圆度数在南西半圆SW ：圆周度数＝180°＋半圆度数在北西半圆NW ：圆周度数＝360°－半圆度数SSE ＝½(S ﹢SE) SSW ＝½﹙S ＋SW ﹚NW ／W ＝315°－11.25° NW ／N ＝315°＋11.25°航向：船舶航行的方向。