航海中天文觀測船位系統之計算整合及其軟體開發 - 國立臺灣海洋大學

航 海 中 天 文 觀 測 船 位 系 統 之 計 算 整 合 及 其 軟 體 開 發
Integrated Computational Formulae of Astronomical Vessel Position
System with Developed Software in Navigation
摘 要
航 海 , 係 指 安 全 且 經 濟 的 導 引 海 上 運 具 將 人 或 物 從 一 港 口 移 送 至 另 一 港 口 的
過 程 。 其 中 , 船 位 之 確 定 為 每 日 必 要 之 工 作 。 而 目 前 實 務 上 慣 用 全 球 定 位 系 統 與
天 文 觀 測 船 位 以 求 得 定 位 , 然 兩 者 均 有 其 缺 點 , 且 在 科 技 急 速 發 展 的 趨 勢 下 , 引
發 本 計 畫 開 發 天 文 觀 測 船 位 系 統 之 動 機 。 天 文 觀 測 船 位 系 統 之 基 本 輸 入 為 天 體 視
位 置 , 本 計 畫 第 一 年 即 蒐 集 相 關 文 獻 並 整 合 其 方 法 論 , 利 用 JMM、VSOP87、
ELP2000/82 以 及 FK5 等 方 法 論 計 算 太 陽 、 月 球 、 航 海 用 行 星 、 航 海 用 恆 星 以 及
北 極 星 之 視 位 置 , 利 用 數 值 計 算 工 具 (MATLAB) 建 構 其 計 算 模 組 , 並 且 進 一 步 整
合 成 兩 套 天 體 視 位 置 計 算 軟 體 :NavAPS1 與 NavAPS2。 隨 後 以 美 國 航 空 暨 太 空
總 署 噴 射 推 進 實 驗 室 所 公 佈 之 資 料 為 基 本 , 利 用 統 計 分 析 比 較 兩 套 軟 體 與 英 美 版
航 海 曆 書 之 精 準 度 。 其 結 果 顯 示 兩 套 軟 體 之 精 準 度 與 航 海 員 慣 用 之 英 美 版 航 海 曆
書 (NA) 差 異 甚 小 , 尤 以 NavAPS2 之 表 現 更 略 優 於 NA。 而 本 計 畫 所 開 發 的 兩 套
軟 體 之 圖 形 化 介 面 亦 可 依 照 航 海 員 需 求 逕 自 選 擇 其 須 觀 測 之 天 體 ; 且 其 計 算 快
速 、 操 作 簡 便 , 俾 能 大 幅 改 善 傳 統 查 表 之 繁 複 與 人 為 誤 差 , 亦 能 減 輕 航 海 員 之 負
擔 以 及 商 船 教 育 與 實 務 之 現 況 。
關 鍵 詞 : 航 海 曆 書 、 天 體 視 位 置 、 天 文 曆 書 、 天 文 觀 測 船 位
一 、 前 言
航 海 , 係 指 安 全 且 經 濟 的 導 引 海 上 運 具 將 人 或 物 從 一 港 口 移 送 至 另 一 港 口 的
過 程 。 其 中 , 船 位 之 確 定 為 每 日 必 要 之 工 作 。 尤 其 在 大 洋 航 行 時 , 若 非 透 過 抑 全
球 定 位 系 統 或 天 文 觀 測 進 行 定 位 , 恐 有 偏 航 之 虞 。 然 而 , 此 等 全 球 定 位 系 統 , 包
括 美 國 國 防 部 架 設 的 GPS、 獨 立 國 協 架 設 的 Glonass 以 及 歐 盟 正 架 設 中 的 Galilei
等 , 均 由 於 其 軍 事 用 途 而 設 定 商 業 使 用 上 之 誤 差 。 而 傳 統 天 文 觀 測 之 解 算 過 程 甚
為 繁 複 , 在 科 技 急 速 發 展 而 運 算 工 具 成 倍 速 成 長 的 趨 勢 下 , 利 用 數 位 化 的 方 式 建
構 天 文 觀 測 船 位 整 合 系 統 更 顯 得 重 要 。
天 文 觀 測 船 位 整 合 系 統 之 核 心 , 係 透 過 太 陽 、 月 球 、 行 星 與 恆 星 等 天 體 之 觀
測 來 決 定 船 位 。 其 中 , 最 基 本 的 資 訊 為 天 體 視 位 置 。 傳 統 上 , 天 體 視 位 置 係 透 過
查 閱 航 海 曆 書 (Nautical Almanac; NA), 但 其 僅 列 出 整 度 數 , 尚 須 進 行 修 正 , 其 查
表 與 修 正 過 程 稍 嫌 繁 複 , 且 極 易 造 成 誤 差 ; 再 者 , 其 計 算 過 程 因 商 業 因 素 而 未 能
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