navigasjon

Navigasjon - fra det latinske navigare (som leder et skip), sanskrit navgathi - er " navigasjonskunsten " på vann (se nautisk vitenskap ), på land og i luften . Målet ditt er å styre bilen eller flyet trygt til ønsket destinasjon. To geometriske oppgaver går foran styringen: bestemme gjeldende posisjon ( plassering ) og bestemme den beste ruten til destinasjonen.

Med begynnelsen av romfart ble navigasjonsoppgavene generalisert til rom nær jord, noe som blant annet krevde overgang fra todimensjonale metoder ( 2D , inkludert flyhøyde 2½D ) til tredimensjonale metoder. Luftfartens akselerasjon har også ført til utvikling av integrerte systemer, for eksempel flystyringssystemer .

Navigasjon i den mest generelle forstand inkluderer også andre aspekter, for eksempel følelsen av balanse og fantasi i rommet . Det kan deretter defineres som å finne veien rundt et topografisk rom for å nå et ønsket sted. Av lignende årsaker har det også blitt referert til som navigering å finne veien rundt på Internett med dataprogrammer . Netscape Navigator er navnet på den ledende nettleseren for 16-biters operativsystemer fra Microsoft og Mac OS fra Apple på midten av 1990-tallet.

For en stund nå har begrepet også blitt brukt for orientering på Internett eller på en hjemmeside .

Grunnleggende

Navigasjonsaktiviteten består av tre delområder:

1. Bestemmelse av den geografiske posisjonen ved å bestemme plasseringen ved hjelp av forskjellige metoder,
2. Beregn den optimale ruten til destinasjonen og
3. Veilede kjøretøyet til dette målet, det vil si fremfor alt å holde det optimale kurset , muligens med tanke på driften .

Deloppgaver 2 og 3 krever evnen til å opprettholde trafikken selv under vanskelige forhold (f.eks. Tåke , fare for is eller tordenvær ) og utelukke enhver mulighet for kollisjon med andre kjøretøyer. Av denne grunn inkluderer navigasjon også teknologien og vitenskapen om å kunne optimalisere ruten igjen i tillegg til lokalisering , samt raskt å bestemme endringer i holdning og høyde i fly og justere kurs / hastighet deretter.

Grunnlaget for all navigasjon er visuell navigasjon (romfølelse og visuell kontroll) og kobling (rute beregnet ut fra banen), men i dag suppleres den med radio- eller satellittnavigasjonsmetoder . Sistnevnte lar en posisjon bestemmes med en nøyaktighet på omtrent 10–20 meter, selv med billige håndholdte enheter under € 100.

Fram til omkring år 2000 var imidlertid døde beregningsmetoder av største betydning - beregning eller estimering av avstanden som er tilbakelagt med kurs og hastighet (eller, for større fly og raketter, også ved hjelp av akselerasjon ). Jo lengre ruten eller mer komplisert ruten er, desto mer må denne (vanligvis bevisstløs for fotgjengere eller sjåfører) navigasjonen suppleres med posisjonsmålinger underveis. Selv med gode kompasser osv. Er koplingsnøyaktigheten i beste fall begrenset til 1-3 prosent av avstanden som tilbakelegges, men kan også avvike fra den antatte (" kastede ") kursen med 10 prosent på grunn av kryssvind og havstrømmer .

Grunnleggende metoder

De fleste navigasjonsmetoder stammer fra nautisk vitenskap, det vil si bestemmelse av plassering og kontroll av skip . De klassiske lokaliseringsverktøyene er av geometrisk karakter ( vinkelmåling og retningsmåling ) samt bestemmelse av kjøretøyets egen hastighet og avstander. De har blitt brukt i århundrer i følgende grupper av metoder:

• Visuell navigasjon : finne veien nær kysten ved hjelp av minne og enkle kyst- eller sjøkart (" Portolane ")
• Terrestrisk navigasjon : bestemmelse av plasseringen nær kysten ved hjelp av landemerker (fremtredende punkter på land) og isolerte fyrtårn . Dette inkluderer også lyding (bestemmelse av faredybden). Disse velprøvde metodene blir nå supplert med tett merkede portinnganger, forskjellige navigasjonsskilt og radiofyr .
• Dead Reckoning (engelsk Dead Reckoning.): Den nåværende posisjonsbestemmelsen av pris og hastighet. Kurset kan bestemmes med solen, stjernene og (siden middelalderen) med kompasset , reisen ved estimering eller med rekkverkstokk . Oppføringen i loggboken kompletteres den dag i dag ved å grafisk legge delene av ruten i sjøkartet . Posisjonen som er bestemt på denne måten omtales som et "støpt" eller koblingspunkt og er - avhengig av været - noen få prosent nøyaktig (se også Etmal ).
• Hvis mulig, blir vinddrift tatt i betraktning ved tilkobling; Moderne hjelpemidler som kurskalkulator (for vindtrekant , radiofyr, etc.) og Doppler -radar øker nøyaktigheten til omtrent 0,5% av ruten, og treghetsnavigasjonen igjen.
• Astronomisk navigasjon : bestemmelse av posisjon ved å måle høydevinkelen til solen, navigasjonsstjerner eller planeter. Den utfyller de tre metodene ovenfor på langdistanseruter. Nøyaktigheten som kan oppnås med Jacobs stab er rundt 20 km, med moderne sekstanter 1–2 km.
• I tillegg til disse metodene, som har blitt prøvd og testet i århundrer , ble radionavigasjon introdusert for første gang i 1899 og satellittnavigasjon i 1964 (se det neste, men ett kapittel).
• Den stort sett tapte polynesiske navigasjonen var blant annet basert på en stjernebane og zenith -stjernenavigasjon. Sammen med å se på bølger, vind, dyr og skyer, var polynesierne i stand til å finne enda fjerne, flate atoller.

Langdistanse navigasjon

Som en langdistanse navigasjon (engelsk: Long-Range Navigation -LRN) kalles i nautisk og luftfart ( langdistanseflyging ) km på ruter med rundt 100 nødvendige lokaliseringsprosesser og kjøretøykontroll.

De spesielle metodene for langdistanse -navigasjon har nå trukket seg tilbake i bakgrunnen - på grunn av overvekt av GNSS -satellittmetoder som GPS og GLONASS - men er fortsatt nødvendige for redundant sikret navigasjon som er uavhengig av GPS. Fram til rundt 1995 kan det sies i nautisk vitenskap at langdistanse navigasjon alltid er nødvendig når terrestrisk navigasjon (i det bredere synsfeltet til en kyst eller øyer ) ikke lenger er tilstrekkelig og destinasjonen må nærmer seg mer presist enn ca. 50 km.

Astronavigasjon

Astronavigasjon ved hjelp av tids- og vinkelmålinger til solen og lyse stjerner er den klassiske metoden som har vært en del av opplevelsen til alle navigatører - og er fortsatt en del av treningen i dag - siden ekspedisjonene til polynesierne og andre sjøfolk. Fram til rundt 1970 var det grunnlaget for langdistanse-navigasjon på hele den sørlige halvkule , men ble også brukt i nordlige land for rundt 10–20% av alle lokaliseringsbestemmelser. Siden 1970 -tallet har den i stadig større grad blitt fortrengt av radio- og satellittprosedyrer i sør (se nedenfor), men er fortsatt nødvendig for små skip og for nødstilfeller (strømbrudd, etc.).

Radionavigasjon

Er viktige i radionavigasjon

• Det bør nevnes LORAN (LOng RAnge Navigation) (i tillegg til den eldre LORAN-A (middels bølger) spesielt LORAN-C (en hyperbolsk metode med lange bølger basert på transittidsmåling )). Selv om det ofte lider av utilstrekkelig dekning i fjerntliggende regioner, har det blitt viktig igjen det siste tiåret på grunn av teknisk modernisering og signalbehandling. Den føderale radionavigasjonsplanen fra 1994 og EU hadde allerede vurdert å fase ut LORAN, men dens betydning som sikkerhetskopiering ved sving og ved GPS- eller Galileo -feil ble anerkjent i god tid.
• Mellom 1975 og 1995 var det også det globale OMEGA -systemet, som klarte å klare seg med bare 8 sendere på grunn av bruk av langsgående bølger , men hvis drift ble for dyr til tross for internasjonalt samarbeid eller ikke var nødvendig på grunn av GPS -en som dukker opp.
• Andre - mer regionale - prosedyrer som Russian Alpha (en LORAN -ekvivalent), britiske Decca , NavaRho bygget etter andre verdenskrig og andre.

Satellittnavigasjon

• Fra rundt 1960 var transitt-NNSS- systemet til den amerikanske marinen (5-6 navigasjonssatellitter i polar bane), som ble utgitt i 1963/1964 for all sivil bruk og tilgjengelig til slutten av 1990-tallet ,
• og, siden rundt 1990, det amerikanske forsvarsdepartementets globale posisjoneringssystem (GPS). Den enkle versjonen ( CA-koden ), som har blitt brukt i sivil bruk siden begynnelsen, er tilstrekkelig for 99% av langdistanselokaliseringsoppgaver. Antall satellitter (20 200 km høye) steg over tid fra 5–10 til rundt 30 og gir global dekning med 5–8 samtidig målbare satellitter (4 er nødvendige).
• Videre er GLONASS (russisk / engelsk GLObal NAvigation Satellite System ) utviklet av Sovjetunionen, som ligner på GPS
• og fra 2012–2015 det europeiske Galileo -systemet, som forbedrer GPS -metoden betydelig og gjør det enda mer brukbart.

Spesielle prosedyrer

Sist, men ikke minst, spesielle prosedyrer som f.eks B. Meteorologisk navigasjon , magnetikk , polarnavigasjon eller dybdemåling ( ekkolodd, etc.) bør nevnes. I antikken og i begynnelsen av den store "oppdagelsen period" (14. - 16. århundre), metoden for måne parallaxes og observasjon av naturlige fenomener som fly av fugler , drivende gress , død ved, tang , etc. var også viktig . Omtrent kjente havstrømmer eller vindsystemer ( passatvind !) Var også nyttige for å finne veien over Atlanterhavet eller Stillehavet.

Navigasjonshistorie

Navigasjonskunsten ble først utviklet i India på Sindh for rundt 6000 år siden og sannsynligvis også i Egypt og dagens Libanon samtidig. Disse koblingsmetodene og delvis astronavigasjonen ble opprinnelig brukt til sjøfart , fra rundt det første årtusen f.Kr. F.Kr., men også for ekspedisjoner på land. I løpet av denne perioden var fønikerne de første som seilte på åpent hav (i det østlige Atlanterhavet og da de seilte rundt i Sør -Afrika ). Om lydinger rapporter Herodotus (500 v. Chr.) Og Bibelen , f.eks. B. Lukas ' Apostlenes gjerninger (27 : 28-30).

Den enkle dødsberegningen med å sette ned kursen og estimering av drift og hastighet ble utvidet til å omfatte de første målemetodene rundt århundreskiftet . Hvor kompasset ble oppfunnet er fortsatt et spørsmål om debatt; Det sies å ha blitt nevnt for første gang i Kina på 1000 -tallet og i Europa på 1100 -tallet. Kystfarten fortsatte å være av syne . Fra rundt 800 -tallet kompletterte vikingene metoden med å observere fugler , vind og strømmer og kom til Grønland og Nord -Amerika rundt 980 til 999. Araberne og andre forfattere som skrev arabisk overleverte og utviklet antikkens astronomiske kunnskap og måleinstrumenter (inkludert astrolabiet ).

På 1000 -tallet hadde Avicenna utviklet en forløper for Jakobs stab og en metode for å bestemme lengdegrad. Al-Biruni nevnte forskjellige navigasjonshjelpemidler i et manus som ikke ble oversatt til latin, inkludert "den båtformede" som (basert på ideen om at jorden og faste stjerner alltid roterer på samme sted) fungerte på samme måte som flat (planisfærisk ) astrolabe. ^[1]

Senest på 400 -tallet f.Kr. Hver region i Middelhavet hadde sin egen sjømanual . Slike har ikke blitt overført i årtusen mellom Romerriket og Compasso di Navigare ( 1296 ). Den eldste mellomtyske tysk "Seebuch" (rundt 1490 ) er basert på kilder fra 1200- til 1300 -tallet og beskriver havdyp , havner og tidevann , i den nyere delen også kurs mellom forskjellige punkter. De første portolanerne dukket opp rundt slutten av 1200 -tallet og reproduserte Middelhavet og alle havnebyene med fantastisk nøyaktighet. Mot slutten av 1400 -tallet ble astronomisk navigasjon i henhold til solen og polarstjernen utviklet til praktisk bruk i Portugal. Astrolaben holdt på pendelringen og Jakobs stav (linjal) tjente som måleinstrumenter.

Fra 1500 og utover ble det laget mange verdenskart , logging og kvadranter ble brukt og Mercator -projeksjonen ble oppfunnet. Imidlertid ble en løsning på lengdeproblemet bare funnet på 1700 -tallet gjennom metoden for å måle måneavstander til stjerner (se også månens parallaks ) og gjennom konstruksjon av presise klokker. De fire chronometers (1735-1759) av John Harrison og tvisten over speilet sekstant, oppfunnet tre ganger mellom 1731 til 1740, ble berømt. Som Boston -kaptein Thomas Sumner hadde metoden for astronomisk 1.837 ridehøyde linje funnet mangler i dagens kjente navigasjonsprinsipper, bare radionavigasjonen (fra 1899) og treghetsnavigasjonen ( Johann Maria Boykow 1935, ^[2] Siegfried Reisch 1941 ^{[3 ]} ). Bruken av kunstige jordsatellitter kan derimot sees på som en kombinasjon av astro og radionavigasjon.

I dag brukes navigasjonssystemer (hovedsakelig automatiserte metoder for å bestemme posisjon) innen sjøfart , luftfart , veitrafikk og landmåling ( geodesi ). I noen år nå har også små enheter i form av mobiltelefoner blitt utviklet for fotgjengernavigasjon .

Dagens navigasjonsmetoder

I løpet av tiden ble flere lagt til de 3 klassiske metodene (se ovenfor). I dag er det et generelt skille mellom 7 grupper av metoder og den åttende deres optimale kombinasjon: ^[4]

• Den terrestriske navigasjonen inkluderer bestemmelse av posisjonen nær kysten ved hjelp av landemerker (fremtredende punkter på land), radiofyr og andre navigasjonsskilt .
• Visuell navigasjon er basert på sammenligning av kart og terreng (kystens form, kapper , steder nær kysten).
• Astronomisk navigasjon lokaliserer posisjonen ved å måle retning og høyde stjerner (sol, planeter eller faste stjerner).
• Den nåværende lokaliseringsbestemmelsen fra kurs og hastighet omtales som dødsregning . Posisjonen som er bestemt på denne måten kalles et koblingspunkt eller et støpt (antatt) sted. Den laterale forskyvningen forårsaket av vinden tas i betraktning ved å beregne eller direkte observere driften ; Dopplerradar og treghetsnavigasjon øker nøyaktigheten fra noen få prosent til rundt 0,2 prosent av den tilbakelagte distansen.
• Radionavigasjon bruker senderstasjoner hvis radiosignaler resulterer i geometriske posisjoner for egen posisjon (rette linjer, sirkler og hyperboler ).
• Inertial navigation tillater autonom navigasjon gjennom bruk av akselerometre og gyroskoper .
• Med satellittnavigasjon (se også GPS , GLONASS og Galileo ) brukes signaler fra 4-6 samtidig synlige satellitter, fra hvis transittider til plasseringen av en mottaker posisjonen kan beregnes.
• Integrert navigasjon eller hybridnavigasjon kombinerer flere av disse metodene og veier dem i henhold til kvaliteten. Den optimalt beregnede posisjonen tillater utsagn om nøyaktigheten og påliteligheten ("integritet").

Spesielle tilfeller av navigasjon

Selv om det ikke er mulig å navigere ved hjelp av et magnetisk kompass nær de magnetiske polene , feiler gyrokompasset ved de geografiske polene på grunn av mangel på presesjon .

Marinen bruker også begrepet taktisk navigasjon , som handler om å innta en bestemt posisjon i en forening .

Romfart : Det er også spesielle problemer som skal løses ved navigering av romprober , ^[5] fremfor alt mangel på et gravitasjonsfelt som referansesystem.

Navigasjon brukes også oftere og oftere på operasjonssalen . Eksempler på dette er navigasjonsassisterte kne- og hofteendoproteser , ryggradskirurgi og inngrep i hjernen. Det skilles mellom bildediagnostikk og ikke-bilde-navigasjon.

Brødpose -navigasjonen er populær, men ikke uten risiko .

Autonom navigasjon

Overgangen fra navigasjon som hjelpemiddel til autonom navigasjon er en aktuell utvikling. Dette er ment å øke sikkerheten og den økonomiske effektiviteten. ^{[6] [7]}

Se også

• Flynavigasjon
• kompass
• Nyheter for sjøfolk
• navigator

litteratur

• Wolfgang Köberer: Bibliografi om navigasjonshistorien på tysk , Oceanum Verlag, Wiefelstede 2011, ISBN 978-3-86927-007-4
• Corvette Captain a. D. Capelle: Opplæring i navigasjon i Imperial Navy , i: Marine-Rundschau , 13. år 1902, s. 287-294.
• Lothar Uhlig et al.: Handbuch der Navigation (i 4 bind), Verlag für Bauwesen, Ostberlin ~ 1970 til 1990
• HMSO & Royal Institute of Navigation, Nautical Almanac (årlig)
• Ulike manualer og brosjyrer fra produsenter for LORAN, Decca og andre radiomottakere
• Karl Ramsayer , J. Hartl: Publikasjoner av Institute for Navigation , Stuttgart 1965 til 2006
• Gottfried Gerstbach , Herbert Lichtenegger og Karl Rinner : Studieblad for kursene "Navigasjon" og "Landmåling", TU Wien og TU Graz
• Artikkel om "langdistanse- navigasjon " i Yachtrevue , Austroflug , tidvis Stars and Space og andre spesialblader (fra 1995)
• TRANSIT Satellite Navigation , United States Naval Observatory (Paperback)
• Bernhard Hofmann -Wellenhof et al.: GPS - Teori og praksis . Springer, Wien / New York 1993 (og nyere utgaver siden 2000)
• Federal Radionavigation Plan (FRP) 2005 ( Memento 21. februar 2006 i Internettarkivet ) (PDF; 1,22 MB)
• Sjøforsvarets rolle i utvikling av PTTI , lærebok, National Academy Press. Kort versjon i Naval Studies Board , 2002

Litteratur om navigasjonshistorien

• Hans-Christian Free Life : History of Navigation . Wiesbaden 1978
• Peter Hertel: Hemmeligheten til de gamle sjøfolkene. Fra navigasjonshistorien . Gotha 1990
• G. Hilscher: Fly uten stjerner. Siegfried Reisch - pioner innen treghetsnavigasjon . Vaduz 1992
• Dava Sobel : Lengdegrad (om historien til tidsmåling). Berlin 1999
• Wolfgang Köberer (red.): Det rette grunnlaget for sjøfart: Tyske bidrag til navigasjonshistorien . Berlin 1982,
• Wolfgang Köberer: Bibliografi om navigasjonshistorien på tysk . Bremerhaven 2011, ISBN 978-3-86927-007-4
• Eugen Gelcich : Studier av skipsfartens utviklingshistorie med spesiell omtanke for nautisk vitenskap . Laibach 1882
• Thule og den lange veien til Amerika (vikinger til Harrison). I: Salzburger Nachrichten , 18. mai 1991
• EGR Taylor: The Haven Finding Art. A History of Navigation fra Odysseus til Captain Cook . London 1956

weblenker

• German Society for Positioning and Navigation
• Lokalisering og posisjonering - er det en forskjell? (PDF; 42 kB)
• Grunnleggende om navigasjon - Online kurs
• astronavigation.net - krasjkurs i astronavigasjon

Individuelle bevis

1. ^ Gotthard Strohmaier : Avicenna. Beck, München 1999, ISBN 3-406-41946-1 , s.157 .
2. ↑ Boykow, Johann Maria i den tyske biografien
3. ^ Siegfried Reisch: Genial outsider
4. ^ C. Neuhaus, J. Hinkelbein: Eksamensforberedelse til den private pilotlisensen , bind 7A: Navigasjon (PPL-A, PPL-N). 1. utgave. AeroMed, Hördt 2008
5. ^ W. Fehse: Automatisert møte og forankring av romskip . Cambridge University Press, 2003, ISBN 0-521-82492-3
6. ↑ Autonom navigasjon på vannet Lektere snart uten kapteiner? N-TV , 8. november 2018, åpnet 8. november 2018 .  
7. ↑ Jonas Zeh: Vil skipene snart seile uten styrmann? Frankfurter Allgemeine Zeitung , 15. april 2018, åpnet 8. november 2018 .