Navigation
Från Rilpedia
Navigation, av lat. navis - farkost. Konsten att navigera, d.v.s vid framförandet av en farkost kunna bestämma position, kurs och fart samt planera sin rutt.
Innehåll
|
Positionsbestämning
Varje farkost har vid varje tidpunkt en given position på jordklotet, vanligen angiven med latitud och longitud. Att kunna bestämma sin position, d.v.s veta var man är, är centralt för varje sjöfarare. Beroende på förutsättningarna använder man olika mätinstrument och metoder för att fastställa sin position.
Har man land i sikte kan man använda sig av landbaserad, terrester, navigation. Den grundar sig på att man observerar ett eller flera fasta föremål och därigenom bestämmer sin position genom att sammanställa de ortlinjer man får.
Se även Orientering.
Ortlinjer
En ortlinje är ett geometriskt begrepp på en linje som förbinder punkter vilka uppfyller samma geometriska villkor. I detta sammanhang kan följande exempel nämnas: Om man pejlar en viss fyr i bäring 45° så kan man med en transportör (eller gradskiva) rita ut en ortlinje i sjökortet. Detta är en linje med vinkeln 45° mot varje meridian som läggs ut så att den går genom fyren som observeras. Farkosten som pejlingen har gjorts från befinner sig då någonstans på ortlinjen.
Se vidare: Krysspejling nedan.
Enslinjer
I naturen finns både naturliga och tillverkade enslinjer. En tillverkad enslinje på sjön består normalt av två sjömärken, det ena med en tavla som pekar med spetsen nedåt och det andra med en som pekar uppåt. När man befinner sig på enslinjen pekar sjömärkenas spetsar mot varandra på ett tydligt sätt. I sjökortet är sjömärkena markerade och man kan lätt dra ut enslinjen genom att dra ett rakt streck som förbinder de två sjömärkena.
Naturliga enslinjer är till exempel när en fyr ligger ens med en udde eller t.o.m när två uddar ligger ens med varandra.
Enslinjer är ett bra och snabbt sätt att ta ut en ortlinje, eftersom man inte behöver pejla med kompass. För att de skall vara tillförlitliga måste man vara säker på att det är rätt enslinje man observerar, d.v.s man måste veta på ett ungefär var man befinner sig innan man tar ut den.
En enslinje kan även användas som frimärke dvs en linje som ej skall överskridas för att bära fritt.
Krysspejling
Vid krysspejling observerar man bäringen till två eller flera fasta föremål och ritar ut de respektive ortlinjerna i sjökortet. Har man tagit rätt bäringar och kompassen inte visar fel befinner man sig i skärningspunkten för ortlinjerna.
För att skärningspunkten skall bli noggrann bör vinkeln mellan ortlinjerna vara relativt stor, helst 45-120°. Genom att pejla tre föremål får man en bekräftelse på att mätningarna är korrekta. Om en av de första två pejlingarna är fel kommer det tredje objektets ortlinje inte att gå genom skärningspunkten för de första två, men om de första mätningarna är korrekta bekräftas detta av den tredje pejlingen.
Om en eller flera av pejlingarna är oriktig bildar ortlinjerna en feltriangel där de möts. Ju större feltriangeln blir, desto större osäkerhet är det i pejlingarna. Om man inte har möjlighet att göra om pejlingarna, kan man anta att positionen approximativt ligger i feltriangelns tyngdpunkt.
Triangulering
Genom allmänna kunskaper om trianglar och trigonometri kan man även bestämma sitt läge även om endast ett fast föremål är synligt. För praktiska ändamål kan särskilt följande två metoder nämnas.
45-graderspejling
Denna metod bygger på kunskapen om rätvinkliga trianglar. Genom att mäta upp den ena kateten och bestämma hypotenusavinkeln till 45° vet vi att båda kateterna är lika långa. Om vi låter den ena kateten vara den sträcka vi seglar kan den andra kateten utgöra avståndet till föremålet vi pejlar. Tekniken kallas även 2-strecks pejling
1. Pejla föremålet precis när det ligger i riktningen 45° och läs av loggen (distans). Notera bäringen.
2. Segla tills föremålet ligger i riktningen 90° och läs av loggen igen. Notera bäringen.
3. Räkna ut den utseglade distansen.
Du har nu en rätvinklig, likbent triangel och ena katetens längd (den utseglade distansen). Börja med att lägga ut en ortlinje i den första avlästa bäringen (riktning 45°) och sedan en till ortlinje i den andra bäringen (riktning 90°).
Genom att med en transportör lägga ut kompasskursen kan du nu fastställa positionen. Den seglade linjen går mellan ortlinjerna på det ställe där avståndet motsvarar den utseglade distansen.
"Dubbla vinkeln"
Denna metod bygger på kunskapen om likbenta trianglar och kan sägas utgöra en variant på 45°-pejlingen.
1. Pejla föremålet precis när det ligger i riktningen 30° och läs av loggen (distans). Notera bäringen.
2. Segla tills föremålet ligger i riktningen 60° (dubbla vinkeln). Läs av loggen igen och notera bäringen.
3. Räkna ut den utseglade distansen.
Lägg ut den senast pejlade bäringen i sjökortet. Gör ortlinjen lika lång som den seglade distansen. Du har nu din position - avståndet från fyren är lika långt som du har seglat från den första pejlingen..
Att använda himlakroppar för att fastställa sin position kallas astronomisk navigation och är en konst som har nyttjats sedan feniciernas tid, ca 1200-400 f.Kr. Först på 1500-talet e.Kr. utkom dock den första nautisk-astronomiska tabellen. De många upptäckterna av vetenskapsmän som Tycho Brahe, Copernicus, Kepler, Galilei och Newton har utvecklat kunskapen om himlakropparna och därmed metoderna för astronomisk navigation, vilket har lett till ökad noggrannhet.
Astronomisk navigation bygger att man med hjälp av en sextant mäter höjden till olika himlakroppar och med hjälp av en rättvisande klocka får reda på timvinkeln. Genom slagning i tabellverk utifrån ett räknat läge kan man få reda på var de aktuella himlakropparna borde befinna sig om det räknade läget är korrekt. De avvikelser som observeras omräknas till ett observerat läge.
Radionavigering eller radionavigation är användande av radiosignaler för att bestämma var på jorden man befinner sig.
Det första radionavigeringssystemet var ett system för att avgöra riktningar. Genom att ställa in mottagningsfrekvensen på en viss radiostation och använda en antenn med stark riktningsverkan kunde man avgöra i vilken riktning radiostationens sändare låg. Detta system, som till stor del ersatte stjärnnavigering, framförallt i kustnära vatten, kunde användas dygnet runt och även när det var molnigt. Genom att ta reda på riktningen till två stationer och pricka in dem på en karta kunde man räkna ut sin egen position som skärningspunkten mellan de motsatta riktningarna från radiostationernas positioner på kartan.
Navigering med hjälp av radiovågor var vanlig innan elektroniska hjälpmedel som GPS blev överkomliga i pris. Det byggdes under det tidiga 1900-talet upp kedjor av radiofyrar runt om i Europa, grupperade så att det i alla farvatten fanns flera pejlbara fyrar vars ortlinjer tillsammans kunde ge en tillförlitlig positionsbestämning. De var antingen rundstrålande (krävde en speciell pejstation ombord) eller riktade (CONSOL-systemet, som kunde användas med hjälp av en vanlig radiomottagare)
Hyperbelnavigering, som det europeiska Decca och det amerikanska LORAN, kan ses som en utveckling och automatisering av radionavigationen och dominerade navigationsarbetet under åtskilliga decennier. Systemen bygger på att mer eller mindre automatiskt tolka fasskillnader mellan signaler från grupperade radiofyrar (en huvudsändare och tre slavsändare). Fasskillnaderna omvandlades till hyperbelkurvor i specialsjökort och hade en jämfört med radiopejlingen hög noggrannhet.
Under 1900-talet utvecklades navigationsutrustning som gör det möjligt att helt utan signaler från omvärlden mäta relativa förändringar i läge och orientering. De första exemplen på denna typ av utrustning är gyrokompassen, som behövdes på snabba fartyg, och instrument som möjliggjorde flygning utan visuella referenser. För att underlätta och möjliggöra navigering av bombflyplan och ballistiska robotar fortsatte utvecklingen med kompletta tröghetsnavigeringssystem som bygger på att man noggrant mäter acceleration och vinkelhastighet för skrovet hos en farkost och utifrån dessa beräknar farkostens lägesändringar och rotationer relativt lämpliga referenser.
Satellitnavigering bygger på att mäta dopplerförändringar i den mottagna signaler från navigationssatelliter i väldefinierade omloppsbanor. Kontakt med tre satelliter ger en noggrann positionsbestämmelse i två plan, med en fjärde satellit kan även höjddata fås. Satellitnavigering har funnits sedan 1960-talet men de tidigare systemen är numera ersatta av GPS och motsvarande system (se mer under GPS-navigator nedan).
Radarnavigering får anses vara en självständig navigationsmetod genom möjligheten till ortbestämning med bäring och avstånd. På många platser finns svarande radarfyrar (RACON) som svarar när den träffas av en radarsignal från ett fartyg, vilket syns som ett morsetecken på skärmen. Det finns även kontinuerligt sändande radarfyrar (RAMARK) som automatiskt indikerar en bäring på fartygets radaskärm.
Användning av GPS-mottagare för navigering till sjöss har idag blivit det mest använda navigeringsverktyget genom att den aktuella positionen och fartygets hastighet, som automatisk beräknas 1 gång per sekund, direkt kan föras över till ett elektronisk lagrat sjökort som visas på en skräm i valfri zoomskala. Positionen visas kontinuerligt med en markör på det elektroniska sjökortet, parallellt med visning av latitud- och longitudvärden, aktuell kurs, fart, tillryggalagd distans från en föregående angiven position m. fl. andra värdefulla uppgifter som kan bidra till en både säkrare och mer vilsam navigering. Rätt använd och noggrannt kalibrerad utrustning är den elektroniska navigeringsutrustningen många gånger överlägsen en manuell mekanisk navigeringsutrustning. På öppet vatten med liten risk att satellitsignalerna ska skymmas av något föremål, höga berg, hus, träd etc., ger även de enklaste navigatorerna i de flesta fall en positionsnoggrannhet på cirka 5 m, som sällan kan uppnås med en manuell utrustning och tryckta sjökort. Vid användning av medelvärdesberäkningar, kan en noggrannhet ner mot cirka 3 m uppnås. Det som främst kan påverka noggrannheten är hur många GPS-satelliter som befinner sig ovanför horisonten vid det akuella mättillfället. Rätt kompasskurs visas dock enbart när farkosten rör sig med en minsta fart på 2-3 knop. Ligger farkosten still finns det ingen möjlighet att ta ut en viss kompassriktning, exempelvis riktning mot nord 0°, bäringen till ett föremål eller liknande genom att kursen i en GPS mottagare beräknas utifrån föregående position och nästföljande som även innefattar medelvärdesberäkningar av flera positioner. Ju längre rak sträcka som farkosten rör sig, desto säkrare visning av kursen. En magnetisk mekanisk kompass tillhör därför standardutrustningen även vid användning av GPS som huvudinstrument.
Användningen av enbart GPS-mottagare för navigation har nackdelen att man aldrig kan vara helt säker på att den visade positionen är korrekt beroende på flera faktorer, som antalet avlästa GPS-satelliter, fel i programvara, fel i elektronik etc. Vid användning under färd tillkommer felet beroende av navigatorns uppdateringsfrekvens vid den interna beräkningen som utförs 1 gång per sekund. Vid färd med höga hastigheter ger fördröjningen ett relativt stort fel som kan få allvarliga konsekvenser. Vid en fart av 40 knop tillryggalägger farkosten på en sekund en sträcka på cirka 20 meter. Den angivna positionen som visas är alltid en "gammal" uppgift, ju högre fart desto större fel. Vid ett fartområde inom 10-12 knop är felvisningen försumbar.
Ett ytterligare problem vid navigering med GPS är att även om GPS-mottagaren visar korrekt position på jordklotet så har sjökorten alltid en viss felvisning. Dessa uppritningsfel är dock i de allra flesta fall försumbara inom markerade farleder. De tryckta såväl som de elektroniska korten som baseras på samma grundläggande mätunderlag uppdateras ofta minst en gång per år där eventuella rapporterade fel och nya mätdata förts in. Felvisningen på alla sjökort gäller främst djupangivelser d.v.s. fel som är oberoende av vilken typ av navigeringsutrustning som används. Felen utanför de av sjöfartsverket och sjöfartsverkets samarbetspartners markerade farlederna, kan vara betydande i områden som ännu inte har uppdaterats med senare tiders avancerade mätdatainsamling från fartyg, flyg och satellitutrustning. Det finns fortfarande stora områden i innerskärgårdarna utanför farlederna där sjökorten utvisar djup som härrör från mätningar som utfördes med enkel manuell lodning på slutet av 1800-talet, som på sjökorten anges som att mätningarna utförts före 1920. Inräknat landhöjningen på cirka 4-5 mm per år i Stockholmstrakten, upp till 0,9 mm i Umeåtrakten under 100 år, kan det således finnas fel i djupangivelser i storleksordningen 0,5-0,9 meter enbart beroende av landhöjningen. Till detta tillkommer att sjökorten utvisar djupkurvor vid medelvattenstånd. Verkligt djup i svenska farvatten kan därför variera i området ± 0,5 m mot angivna djup även om djupmätningen är utförd med senaste teknik. Fastställda farleder markerade på sjökorten är noggrannt kontrollerade av sjöfartsverket. Djupangivelser inom vitt område inom farleden (större djup än 6 m på skärgårdskort) är fullständigt djupscannade och ska inte innehålla några fel i form grundare partier. Djup inom blått område anges inte förutom grynnor varför ekolod i praktiken är den utrustning som kan erfodras inom dessa områden för en mer noggrann djupindikation.
En kontinuerlig uppsikt över vattenområdet framför farkosten i färdriktningen är alltid den grundläggande säkerhetsåtgärden för all sjöfart för att i tid kunna upptäcka landpartier, ej markerade grynnor, andra farkoster och flytande tyngre föremål som gamla trästockar och dylikt.
På öppet hav långt ifrån fastlandet är det tryckta sjökortet, en magnetisk kompass, en sextant med hög precision, en klocka och en mekanisk logg (distansmätare) en ovärderlig navigationsutrustning att ha till hands om den elektroniska navigeringsutrustningen skulle sluta fungera eller visa fel värden. Den manuella navigationsutrustningen ger i de flesta fall en fullt tillräcklig precision, men kräver å andra sidan mer arbete och kan vara problematisk vid svåra väderleksförhållande som stark blåst med stor avdrift, hög sjögång och dålig sikt vid regn och dimma där mycket av koncentrationen går åt till att styra själva fartyget. I dessa fall är navigering och positionsbestämning med GPS-mottagare som grundläggande navigationsverktyg överlägsen en manuell navigering som också fungerar i totalt mörker förutsatt att inget främmande föremål dyker upp framför fartyget.
För navigering på kända vatten där man oftast förflyttar sig utefter tidigare använda markerade eller egna farleder är det normalt fullt tillräckligt att ha kontroll över vilka öar, grynnor etc. man passerar och följa med i sjökortet så att den aktuella positionen alltid är känd. På okända vatten utanför farlederna läggs företrädesvis rutten upp med sikte på närmaste ögrupp, holmar etc. som ska passeras i de fall detta inte innebär en större omväg. En grovavläsning av kompasskursen med jämna mellanrum säkerställer att kursen ligger inom rimliga värden för förflyttning i riktning mot målet. Med motordrivna fartyg är det viktigt att inte passera områden där vattendjupet är mindre än båtens maximala djupgående som normalt uppträder när båten ligger still, eftersom ett motorstopp kan uppstå när som helst. Speciellt gäller detta planande båtar som kan ha ett avsevärt större djupgående vid stillestånd än under planing.
Navigering med segelbåt vid förliga vindar (bidevind) är betydligt mer komplicerat än med ett motordrivet fartyg genom att hänsyn måste tas till både möjlig vinkel mot vindriktningen, till båtens avdrift beroende av vind, eventuella vattenströmmar och oftast till ett betydligt större djupgående för en segelbåt vid jämförbara båtstorlekar. Segelbåtar brukar av den anledningen företrädesvis hålla sig till de markerade farlederna på sjökorten eller till större öppna fjärdar utanför farlederna med ett fåtal grynnor. Omvägen till utsatt mål kan därför bli betydande jämfört med ett motordrivet fartyg. Vid vindar in från aktern (läns) till rakt från sidan (halvvind) finns det större möjligheter att hålla en mer optimal kurs till ett utsatt mål.
Sjökort
Sjökort är kartor som visar latitud och longitud, vatten- och landmassor, öar, grund, sjömärken, fyrar, djupangivelser och annat som är relevant för den som navigerar. Sjökortet är centralt för ruttplanering, för visuell navigation och för bestickföring.
Sjökorten är graderade i grader, minuter och 1/10-dels minuter på både X- och Y-axeln med tydliga tryckta markeringar av distansminutens längd, inkluderat en delskala motsvarande 1/10-dels minut för varje utvisad distansminut. Vid uppmätning av avståndet i valfri riktning mellan två positioner på sjökortspappret utgår man alltid från den angivna längden av en distansminut som är tryckt på Y-axeln mitt i det område där avståndet ska mätas upp. Genom att längden på en distansminut varierar utefter Y-axeln beroende på kartprojektionen (normalt Gauss projektion i Svenska farvatten), blir det ett litet fel i uppmätningen som dock i praktiken normalt inte har någon betydelse. Positionen, d.v.s. skärningspunkten mellan värdet i Y- och X-led angiven som Latitud (grader, minuter och tiondels minut) i Y-led och Longitud (grader, minuter och tiondels minut) i X-led, ger en för praktiskt bruk helt korrekt position med hög noggrannhet som direkt kan användas i en GPS-navigator. Förutsättningen för en manuell positionsbestämning med hög noggrannhet, är att man befinner sig invid en känd position på något landparti, exempelvis en spetsig udde, en liten holme, direkt över en synbar grynna eller dylikt, som är utritad på sjökortet. Felet vid en manuell positionsbestämning beror mer på hur noggrannt skalorna på Y- och X-led avläses och kortets grundläggande noggrannhet, men är i de flesta fall minst lika noggrann som med en ordinär GPS-navigator som är starkt beroende av hur många icke skymda satelliter som befinner sig ovanför horisonten vid det aktuella tillfället. På öppet hav långt ifrån något landparti måste man tillgripa andra metoder om inte positionen kan bestämmas med en GPS-navigator, radiopejling eller dylikt.
- Styrkompass
- Sjökort, stickpassare, transportörer (gradskivor)
- Pejlkompass, pejlskiva
- Logg, klocka
- Lod (ekolod)
- Radiomottagare för radiopejling
- Sextant, kronometer
- Radar
- Satellitnavigator (GPS, GLONASS, Galileo)
Program för PC som kan använda indata från till exempel GPS och presentera läge och kurs på elektroniska sjökort. Navigationsprogram finns för landbaserad navigation, flyg- och sjötrafik.
Källor
- Sten Ramberg, Fritidsskepparen, Nautiska Förlaget, 2001, 248 sidor. ISBN 91-89564-02-2
- Bengt Ståhl & Björn Borg, Navigation 2. Astronomisk navigation. Tidvattenlära., Chefen för Marinen, 1996. 326 sidor. ISBN 91-38-07858-9
- Carl Erik Tovås, Handbok för långseglare - Allt för Utsjöskepparintyget, Carl Erik Tovås 1999. 176 sidor. ISBN 91-973273-1-X
- Jonas Ekblad, Radarboken, Bilda Förlag, 2004. 126 sidor. ISBN 91-574-7626-8
