計(jì)算羅經(jīng)差軟件的開發(fā)與研究

（武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院 武漢430050）

羅經(jīng)是船舶上的重要航行儀器，羅經(jīng)誤差的大小直接關(guān)系到船舶航行的經(jīng)濟(jì)性和航行的安全性，只有快速地計(jì)算出羅經(jīng)的誤差并進(jìn)行及時(shí)地校正，才能確保船舶在計(jì)劃航線上安全地航行．船舶在沿岸或近岸航行時(shí)，可以利用專設(shè)的疊標(biāo)或給定的航行物標(biāo)來測(cè)定羅經(jīng)差，但在開闊的海面上時(shí)，一般則只有利用天體來測(cè)定羅經(jīng)差了．而傳統(tǒng)的利用觀測(cè)低高度太陽方位求羅經(jīng)差通常是通過六分儀觀測(cè)太陽方位，然后根據(jù)已知數(shù)據(jù)查航海天文歷，再將所得數(shù)據(jù)代入公式進(jìn)行計(jì)算，該方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且所得羅經(jīng)差值精度也不高［1］．本文通過分析航海天文歷的數(shù)據(jù)規(guī)律，建立數(shù)據(jù)庫，然后利用Visual Basic語言，編寫計(jì)算羅經(jīng)差的計(jì)算軟件，避免查表和計(jì)算的繁瑣．

1 觀測(cè)低高度太陽方位求羅經(jīng)差的原理

觀測(cè)低高度太陽方位求羅經(jīng)差ΔC可以利用疊標(biāo)的真方位TB與其羅方位CB之差求得，即：ΔC＝TB－CB．疊標(biāo)的真方位TB可以從海圖上量取，當(dāng)疊標(biāo)“串視”時(shí)利用羅經(jīng)可測(cè)得疊標(biāo)的羅方位CB．

由于觀測(cè)時(shí)的真實(shí)船位未知，所以無法求出天體的真方位，在海上是以推算船位（φc，λc）為基準(zhǔn)求得的天體的計(jì)算方位Ac來代替天體的真方位TB［2－3］來進(jìn)行計(jì)算求羅經(jīng)差的．

1.1 測(cè)量所需的相關(guān)數(shù)據(jù)

1）選擇好觀測(cè)太陽低高度的好時(shí)機(jī)，太陽低高度應(yīng)小于30°，最好小于15°，準(zhǔn)備好方位圈，秒表等器材．

2）連續(xù)測(cè)量3次太陽的高度，記下此時(shí)的低高度太陽的羅方位，取平均值作為對(duì)應(yīng)于平均時(shí)間的羅方位CB，記下觀測(cè)時(shí)的平均時(shí)間SMT．

1.2 利用《航海天文歷》查有關(guān)數(shù)據(jù)

1）在航海天文歷的天體位置表中，以觀測(cè)日期和整小時(shí)世界時(shí)為引數(shù)，在相應(yīng)天體的一欄中查得整小時(shí)世界時(shí)的格林時(shí)角GHA′，整小時(shí)世界時(shí)的赤緯Dec′，赤緯差數(shù)d．

2）在航海天文歷附表的時(shí)角、赤緯內(nèi)插表中，以分、秒世界時(shí)為引數(shù)λ，在相應(yīng)天體的一欄中查得太陽的時(shí)角基本變量m．s（分、秒、世界時(shí)的時(shí)角基本變量，取“＋”）．

3）在上述時(shí)角、赤緯內(nèi)插表同一頁中，以d引數(shù)，在d訂正值一欄中查得訂正值d′．

4）根據(jù)以上查得數(shù)據(jù)，由公式：LHA＝GHA′＋m．s±λEc和Dec＝ Dec′＋d′計(jì)算出赤緯Dec和地方時(shí)角LHA．

1.3 將數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算結(jié)果

觀測(cè)低高度太陽求羅經(jīng)差的計(jì)算公式為

公式中的數(shù)據(jù)來自觀測(cè)以及根據(jù)推算船位查《航海天文歷》所得，將上述觀測(cè)及查表計(jì)算求得的數(shù)據(jù)代入計(jì)算式（1）和（2）即可求得羅經(jīng)差ΔC［4－5］．

2 羅經(jīng)差軟件中歷書數(shù)據(jù)庫的建立

在航海天文歷的天體位置表中，以觀測(cè)日期和整小時(shí)世界時(shí)為引數(shù)，在相應(yīng)天體的一欄中查得的整小時(shí)世界時(shí)的格林時(shí)角GHA′和整小時(shí)世界時(shí)的赤緯Dec′都有規(guī)律性．每1d，整小時(shí)世界時(shí)的格林時(shí)角GHA′的整“度”部分GHA1是一個(gè)以小時(shí)為序數(shù)的遞減等差數(shù)列，差值為15°；整小時(shí)世界時(shí)的格林時(shí)角GHA′的“分”部分GHA′2是一個(gè)遞減的等差數(shù)列．整小時(shí)世界時(shí)的赤緯Dec′也有規(guī)律性，在每1d中，“度”部分DEC1不變，“分”部分DEC′2是一個(gè)遞減的等差數(shù)列．在研究過程中，找出數(shù)列的差值rule1和rule2是很容易的，根據(jù)航海天文歷中每天00時(shí)刻的格林時(shí)角GHA′和赤緯Dec′，利用其差值規(guī)律，就可以建立查表數(shù)據(jù)庫．建立的數(shù)據(jù)庫只需要輸入1年365d每天00時(shí)刻的格林時(shí)角GHA′和赤緯Dec′，利用遞減等差規(guī)律就可以了．每天的赤緯差數(shù)D是一個(gè)定值，直接輸入即可，表1是建立數(shù)據(jù)庫的部分輸入數(shù)據(jù)表．

表1 數(shù)據(jù)庫中太陽位置數(shù)據(jù)表

該部分查表取值的代碼程序如下［6－7］：

gha1＝rs．Fields（“GHA1”）

gha2＝rs．Fields（“GHA2”）

dec1＝rs．Fields（“DEC1”）

dec2＝rs．Fields（“DEC2”）

str＝rs．Fields（“D”）

rule1＝rs．Fields（“rule1”）

rule2＝rs．Fields（“rule2”）

在查得格林時(shí)角、赤緯和赤緯差數(shù)后，另外還需要在時(shí)角、赤緯內(nèi)插表中，以分、秒世界時(shí)為引數(shù)，在相應(yīng)天體的一欄中查得太陽的m．s，并且在同一頁中，以d引數(shù)，在d訂正值一欄中查訂正值d′．

由于觀測(cè)太陽時(shí)一般不精確到秒，通常以整min，0s為引數(shù)查得對(duì)應(yīng)的一個(gè)值．在建立數(shù)據(jù)庫時(shí)需要將0～59分中每1min 0s時(shí)的那個(gè)分、秒世界時(shí)的時(shí)角基本變量m．s輸入數(shù)據(jù)庫即可．然后建立以上一個(gè)數(shù)據(jù)庫表中D為引數(shù)的第二個(gè)數(shù)據(jù)庫表，查得訂正值d′．由于太陽的赤緯差數(shù)d通常不超過1．4，因此，只需要輸入0．0～1．4s對(duì)應(yīng)的15個(gè)訂正值d′即可．由于數(shù)據(jù)量不大，將所有數(shù)據(jù)輸入也很方便，見表2．

該部分查表取值的代碼程序如下：

ms1＝rs．Fields（“du”）

ms2＝rs．Fields（“fen”）

d1＝rs．Fields（str）

表2 數(shù)據(jù)庫中時(shí)角、赤緯內(nèi)插表

通過將航海天文歷中的相關(guān)數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)庫，就可以建立完整的查表數(shù)據(jù)庫．因此，建立數(shù)據(jù)庫輸入的數(shù)據(jù)量比較小．另外，航海天文歷每年都需要更新，因之?dāng)?shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的更新也比較方便．

3 羅經(jīng)差軟件計(jì)算程序的編寫

3.1 計(jì)算羅經(jīng)差的軟件界面

計(jì)算羅經(jīng)差的軟件程序是在VB環(huán)境中開發(fā)出來的，VB軟件中double變量可以計(jì)算到小數(shù)點(diǎn)后14位，為了精確計(jì)算，所以把計(jì)算方位定義為double類型的變量．由于計(jì)算羅經(jīng)差時(shí)，利用的已知數(shù)據(jù)有日期、船時(shí)、船位數(shù)據(jù)（經(jīng)緯度）、觀測(cè)方位，因此可以建立如圖1所示的程序界面．

圖1 羅經(jīng)差軟件界面

3.2 羅經(jīng)差的計(jì)算程序

為了計(jì)算羅經(jīng)差，通過下列程序［8－9］

If（（jingdu Mod 15）＊60＋jingfen）＜450Then

zd＝j(luò)ingdu＼15

ElseIf（（jingdu Mod 15）＊60＋jingfen）＞450 Then

zd＝j(luò)ingdu＼15＋1

求得區(qū)時(shí)ZD，然后通過下列程序獲得數(shù)據(jù)庫中的查表引數(shù)“日期ri”、“小時(shí)shi”、“分鐘fen”

hi＝chuanshi－zd

fen＝chuanfen／此處得出查表參數(shù)世界時(shí)的整分

If shi＞24Then

shi＝shi－24

ri＝ri＋1

ElseIf shi＜0Then

shi＝shi＋24／此處得查表參數(shù)世界時(shí)的整小時(shí)

ri＝ri－1／此處為查表參數(shù)日

以上述程序中求得的“日期ri”、“小時(shí)shi”、“分鐘fen”為引數(shù)，通過下列程序

cnn．ConnectionString＝"Provider＝Microsoft．

Jet．OLEDB．4．0；

Data Source＝"＆ App．Path ＆ "＼db1．mdb"

連接數(shù)據(jù)庫，然后通過以下程序

rs．Open"select＊from Option＿table where month＝"＆yue ＆"and date＝"＆ri，cnn

rs．Open"select＊from INC＿Table where minute＝"＆fen，cnn

調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，獲得數(shù)據(jù)庫中的格林時(shí)角 值 GHA′（度，gha1；分，gha2）、赤緯 Dec′（度，DEC1；分，DEC2）、時(shí)角基本變量 m．s（度，ms1；分，ms2）和訂正值d1．再將上述程序求得的值利用下列程序代碼

從而計(jì)算得最后的羅經(jīng)差值g．

在上述程序中，三角函數(shù)的計(jì)算要用弧度，所以先要將輸入的角度轉(zhuǎn)化為弧度．另外，用4個(gè)單選按鈕選擇位置和時(shí)間，因?yàn)橛?jì)算出來的是半圓方位，所以要把它轉(zhuǎn)化為圓周方位再進(jìn)行計(jì)算．

4 程序應(yīng)用實(shí)例分析

例 2004年10月20日，船時(shí)SMT 1543，推算船位φc34°23．0′S，λc122°50．7′E，測(cè)得低高度太陽羅方位CB 280°，求羅經(jīng)差ΔC．

解析 應(yīng)用下面2種方法求羅經(jīng)差并進(jìn)行對(duì)比．

4.1 利用傳統(tǒng)的一般計(jì)算器進(jìn)行計(jì)算求羅經(jīng)差

先通過觀測(cè)及查《航海天文利》求得相關(guān)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行如下計(jì)算．

1）利用六分儀測(cè)得1543時(shí)的羅方位CB值為280°，利用世界時(shí)計(jì)算式有：GMT＝ZT＋ZD＝1543－0800＝0743．

2）以觀測(cè)日期和整小時(shí)世界時(shí)為引數(shù)，在航海天文歷中相應(yīng)天體的一欄中查得：GHA′＝288°48．4′，Dec′＝10°29．3′S，D＝0．9．

3）以分、秒世界時(shí)為引數(shù)，在航海天文歷相應(yīng)天體的一欄中查得太陽的 m．s＝10°44．3′．

4）以d引數(shù)，在上述同一頁中d訂正值一欄中查得訂正值d′＝0．7′．

5）由計(jì)算式：

6）根據(jù)公式有

7）將半圓周法表示的Ac轉(zhuǎn)換為圓周法表示

最后根據(jù)公式求得羅經(jīng)差

即所求羅經(jīng)差ΔC＝－12°．00（在上述計(jì)算過程中，由于除不盡計(jì)算過程中進(jìn)行了四舍五入）．

4.2 利用開發(fā)的計(jì)算羅經(jīng)差的軟件計(jì)算羅經(jīng)差

將已知數(shù)據(jù)輸入到設(shè)計(jì)的VB軟件程序運(yùn)行界面，并根據(jù)觀測(cè)時(shí)間（上午或下午）及測(cè)者緯度選擇北緯上午、北緯下午、南緯上午、南緯下午中的一個(gè)．然后點(diǎn)擊程序運(yùn)行界面中的控鈕（計(jì)算），程序便會(huì)自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，則羅經(jīng)差將在運(yùn)行界面中顯示出來．程序運(yùn)行界面見圖2．由圖2可知，利用軟件計(jì)算的羅經(jīng)差結(jié)果為－11．984 763 912 394 8°．

圖2 羅經(jīng)差計(jì)算軟件運(yùn)行界面圖

以上2種方法求得的羅經(jīng)差值是一致的，說明了開發(fā)的計(jì)算羅經(jīng)差軟件具有可行性．通過對(duì)比，利用開發(fā)的求羅經(jīng)差的軟件程序來求羅經(jīng)差，相對(duì)原來用計(jì)算器求羅經(jīng)差具有計(jì)算速度更快、精度更高、更省時(shí)省力等優(yōu)點(diǎn)．

5 結(jié)束語

開發(fā)求羅經(jīng)差的軟件對(duì)于求羅經(jīng)差具有重要的意義，通過應(yīng)用此軟件與傳統(tǒng)的一船計(jì)算器計(jì)算羅經(jīng)差對(duì)照，從而顯示該軟件程序在計(jì)算羅經(jīng)差過程中的省時(shí)、省力、精度高等優(yōu)越性．如將此軟件應(yīng)用于航海中，可以有效減船員的工作量，提高求羅經(jīng)差的效率，有助于船舶的安全航行．

［1］郭 禹．航海學(xué)［M］．大連：大連海事大學(xué)出版社，2005．

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