船舶在海上怎么定位?插图

不仅仅是GPS!

船舶导航是一个很系统的工程,但是也是很有意思的一个东西,这里用最简单的方式介绍下。

主要导航方式有三种:

1、系统导航(有个声音时时刻刻在告诉你:你到西直门了,你到东直门,你到大前门了)
2、惯性导航(你自己闭上眼睛默念:向前走了三步,左转,再走十五步)
3、雷达导航(你闭着眼睛问一个睁着眼的人:我到哪了?我到哪了?)

我们学校的信息学院有两个帮派:导派和舶派(听起来像变形金刚一样吊炸天吧)导派就是导航方向,舶派就是船舶交通管理系统方向,后面这两派的作用都会讲到。

先说第一条,系统导航分为陆基和星基,不是搞基谢谢。星基就是利用卫星导航,全世界现在有四个星基导航系统:美利坚的鸡屁艾斯,大欧盟的伽利略,毛子的GLONASS,还有我大中华的北斗。

先说说 GPS,最通用的民用导航方式。基本原理就是利用卫星进行定位,获得船舶经纬度,再将坐标输入电子海图用以判断船舶现有的位置。

但是自从有了GPS,很多船长就丧失了一条财路。过去的话比如编个航海日志说前方有风暴,要绕路,但是实际上什么都没有。那么那些谎称被绕路所用掉的油就是被船长卖掉了然后大家分一分。自从有了GPS,航海记录没法编了,这条财路就断了。

但是GPS是94年建成的,而船舶航行的历史已经有几百年了。在GPS出现之前是岸基导航,就是在航海范围内设置信号站,信号站不停的发射信号,船舶接收到多个信号站的信号并将其加以综合得到自己现有的位置。

下图是美国的陆基导航系统罗兰C的分布图

船舶在海上怎么定位?插图1

打个比方,比如你迷路了,现在听到了你爸爸在喊你。你爸爸说,3点啦,3点啦,4点啦,4点啦。
然后当你听到你爸爸说3点了的时候你看看表,发现现在已经5点了,你就知道你跟你爸爸的距离是声速乘两个小时。

现在如果你知道你爸爸在北京,你妈妈在上海,你老婆在西安。他们仨都在不停的报时,你根据这三个距离信息就能判断自己的位置了。

当然具体的陆基系统并不是简单的直线定位,而是双曲线定位。

陆基导航就需要修建大规模的信号站,我国在68年建设长河一号,87年建设长河二号。此前有美国的罗兰系统和奥米加系统。不过随着GPS的出现,现在陆基导航系统均以停止。

但题主所说的情况对于有固定航线的客船货船来说几乎不会发生。

先上几张图,看过图基本就一目了然了:(图片来源:人人网尚方剑)

船舶在海上怎么定位?插图2

这是台湾海峡,每一个彩色点都是一艘船。看起来感觉如何?

再看看宁波舟山港:

船舶在海上怎么定位?插图3

够恐怖的了吧!最后上全世界船舶最多的海域:渤海湾

船舶在海上怎么定位?插图4

所以说在靠岸的情况下船舶要考虑的不是找别人,而是如何不跟别人撞上。

这几张图都是各个港口的情况,也许有些误导倾向,对于各大洋上的情况就没有这么恐怖了。但是船舶是有航线的,就像汽车都要开在马路上一样。为了解释这个需要提到一个概念:恒向线

船舶在海上怎么定位?插图5

专业解释不说了,太复杂。通俗的讲,就是如果船沿着这条线行驶,指南针的角度是永远不变的。
(有一本同名书籍《恒向线》,是讲述船员真实经历的,对远航感兴趣的一定要读一读。)

因为恒向线的特殊意义,所以航线在设计时都是沿着恒向线设计。

但是全世界的港口就那么多,航线也是那么多,大家都沿着对应的恒向线去开的话就让航道显得格外拥挤了。

在这个GPS扮演了另一个角色:船舶避碰

要知道开船不像开车,你踩油门它就走。开船的操作是有延迟的,就像你踩了半天油门车纹丝不动,过了半天才慢慢起步,等到你发现速度太快了的时候踩住油门它又要好半天才能停下来。而且是越大的船这种延迟效应越明显。

所以有人对船舶碰撞事件特别不理解,明明那么大一片海,两个这么小的船居然还能撞上!原因就是因为船舶操纵的难度以及航道有限造成的。

所以为了避免船舶碰撞,国际海事组织要求在300吨以上的货船以及所有客船均安装一个叫做AIS(自动识别系统)的东西。AIS会经过VHF甚高频通信将船舶的位置、速度、以及船舶信息发送出去,像广播一样。用来提醒周围的船舶注意避让。GPS在里面扮演的就是定位的任务,并且通过时实定位来推测航速航向。

但是在港口附近,船舶太多了,已经无法自行决策,这里就需要VTS系统介入。

VTS船舶交通导航系统

每个港口都有对应的VTS系统,VTS借由本港内覆盖的雷达信息以及各个船舶发送的AIS信号来统一调度各个船只。

{
插播一个好玩的事:曾经去过大连VTS中心,当时听到一个哥们在和一艘韩国船对话:

this is VTS calling
那个大哥嘴里发出来的声音是标准的东北英语,其实船员英语也都不好,好在就那么几个单词,所以说成什么样大家都能听懂。这句英语重复了5遍,也不知道对方说了什么,于是这个哥们冲着电话说了句:操!就挂断了。给我们都吓傻了。

}

这里还要提到一个职业;引航员

船舶在海上怎么定位?插图6

图片是我同学,在宁波港做引航员

因为港内航道复杂,为了避免驾驶员不熟悉情况,港口还要派一名引航员上船引导驾驶。大部分都是开个小船把引航员送过去,不过现在已经有很多地方是派个直升机把引航员送去。

而且引航员会收到船长的红包的哦!但是前提要会爬梯子哦。

在船舶靠港的最后阶段,GPS也是起到重要作用的,因为船长是看不到船离岸边还有多远的,所以就要根据GPS的定位来慢慢靠岸。但是GPS是安装在船的中间的啊,有个船长将GPS的位置当作的船头的位置,于是船就撞岸边了。

另外有人提到北斗的问题:可以参考以下大脑洞回答:
宙斯盾驱逐舰能探测到电波对时的手表么?
有了GPS为什么还要做北斗?

— 完 —

本文作者:Heinrich

【知乎日报】
你都看到这啦,快来点我嘛 Σ(▼□▼メ)

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延伸阅读:
GPS定位产品有哪些?
室内定位会有怎样的应用场景?

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