107 警察特考四等 水上警察人員航海組 航海學概要 考古題詳解

核心觀念

本題測驗水上警察（航海組）人員對於我國航海圖資標準、海圖編目管理體系及海圖判讀之基礎知識。

1. 發行主管機關：中華民國官方航海海圖（包含紙版海圖與電子航行圖 ENC）之測繪與出版，法源與職掌以命題當年（民國 107 年）體制為準，由國防部海軍司令部大氣海洋局（Naval Meteorological and Oceanographic Office, NMOO）專責辦理。
2. 圖號系統目的：海圖編號旨在建立系統化的索引架構，使航行人員能自圖號迅速辨識海圖之「涵蓋海域（地理區位）」、「行政管理分區」與「圖幅比例尺等級」。

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解題方法

本題為國家考試專業科目之申論題，作答應採取「體系化拆解法」：

1. 主體結構：先明確指出我國紙版海圖標準編號係由四位阿拉伯數字構成，並依位值（千位、百位、十位及個位）由大至小逐層說明其所代表之地理意義。
2. 補充要素：說明當有港灣詳圖、局部放大圖或連續圖時，後綴英文字母之命名規則。
3. 延伸加分點：補充說明現代航行全面配備之「中華民國電子航行圖（ENC）」依國際海事組織（IMO）與國際航道組織（IHO）S-57 規範之編碼組成，展現兼具傳統紙圖與現代數位航儀之完整專業知識。

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選項分析（圖號要素拆解剖析）

本題為申論題，非選擇題。針對中華民國海圖圖號系統之組成要素，依序作以下標準剖析：

一、 紙版航海海圖（Paper Charts）

我國紙版海圖之圖號通常由 四位阿拉伯數字 組成（格式記為 $X_1 X_2 X_3 X_4$），必要時輔以英文字母後綴：

1. 第一位數字（千位數，$X_1$）——海區代碼（Major Ocean/Sea Region）

• 代表海圖所涵蓋的大地理區域（大海區）。
• 例如：編號以「$0$」開頭者，代表臺灣本島、澎湖群島及其周遭沿海水域；以其他數字開頭者，則代表南海諸島（東沙、南沙）、鄰近大陸沿海或特定遠洋海域。

2. 第二位數字（百位數，$X_2$）——分區代碼（Sub-region）

• 代表大海區內劃分之次級海域（次海區或沿岸分區）。
• 係按地理走向或特定水域範圍順序劃分（例如區分臺灣北部、西部、南部、東部及離島沿岸）。

3. 第三與第四位數字（十位與個位數，$X_3 X_4$）——圖順號（Serial Number / Sequence）

• 代表該分區範圍內海圖的流水序號或特定港灣／航道圖號，用以識別個別獨立之圖幅。

4. 後綴英文字母（Suffix Letter）

• 若特定水域具有局部大比例尺之港灣平面分圖、延伸接續圖、替代圖或專用附圖，則於四位數字之後附加英文字母（例如：$A$、$B$、$C$ 等），以資區別（如圖號 0340A）。

核心觀念

本題測驗航海學中航法（Sailings）的基礎運算——平行航法（Parallel Sailing）。

1. 平行航法之定義： 當出發地與目的地之緯度相同（$L_1 = L_2$）時，船舶係沿著該特定緯度圈向正東（$090^\circ$）或正西（$270^\circ$）航行。
2. 東西距（Departure, 簡記為 $p$ 或 $\mathrm{Dep}$）： 兩子午線（經線）在特定緯度圈上所截取的弧長，單位通常表示為「浬」（海浬，nautical mile, NM）。
3. 經度差（Difference of Longitude, $\mathrm{DLo}$）： 兩子午線在赤道上所截取的弧長。若將 $\mathrm{DLo}$ 化為「分」（弧分, $'$），因赤道上 $1'$ 弧長即為 $1\text{ 浬}$，故 $\mathrm{DLo}$ 在數值上等於赤道上的東西距。
4. 平行航法基本關係式： 地球各緯度圈半徑 $r$ 與赤道半徑 $R$ 之關係為 $r = R \cos L$。因此，同一經度差在該緯度圈所截之弧長（$p$）與赤道上之弧長（$\mathrm{DLo}$）成正比： $p = \mathrm{DLo} \times \cos L$ 式中：

• $p$：東西距（浬）
• $\mathrm{DLo}$：經度差（分, $'$）
• $L$：航行之緯度圈緯度

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解題方法

本題為標準的平行航法計算題，解題切入點為「先求兩地經度差（化為分），再代入平行航法公式求東西距」。

步驟一：計算兩地之經度差（$\mathrm{DLo}$）

甲地經度 $\lambda_1 = 120^\circ10'\mathrm{E}$，乙地經度 $\lambda_2 = 123^\circ30'\mathrm{E}$。兩地同在東半球，經度差即為兩者度數之差： $\mathrm{DLo} = 123^\circ30'\mathrm{E} - 120^\circ10'\mathrm{E} = 3^\circ20'\mathrm{E}$

將度數全部化為弧分（$'$）： $\mathrm{DLo} = (3 \times 60') + 20' = 180' + 20' = 200'\mathrm{E}$

步驟二：代入平行航法公式計算 Departure（$p$）

甲地與乙地均位於同緯度圈 $L = 25^\circ30'\mathrm{N}$，依平行航法公式： $p = \mathrm{DLo} \times \cos L$

核心觀念

本題考查航海學中之視風（Apparent Wind）與真風（True Wind）的向量三角關係及其幾何作圖解法。

1. 基本名詞定義

• 真風（True Wind, $V_T$）：地球表面空氣運動的真實速度與方向。
• 船風／航行風（Ship's Wind, $V_S'$）：船舶航行時，因自身運動而在船上所感應到的反向相對氣流。其大小等於船速（$V_S$），方向與船舶航向（Course）剛好相反（逆船首向）。
• 視風／相對風（Apparent Wind, $V_A$）：船上觀測者（或風向風速儀）實際測得之風。它是「真風」與「航行風」的向量合成。
• 風向之航海定義：航海學中，風向是指「風吹來的方向」（來向），而非風吹去的流向。

2. 向量關係式 若以空氣質點之流動方向（吹去方向）​表示： $\vec{V}_T = \vec{V}_A + \vec{V}_S$ （真風流動向量 $=$ 視風流動向量 $+$ 船體運動向量）

若以風向之來向（吹來方向）​向量作圖分析： $\vec{W}_A = \vec{W}_T + \vec{W}_S' \implies \vec{W}_T = \vec{W}_A - \vec{W}_S'$ 其中 $\vec{W}_S'$ 為由船首吹向船尾之航行風來向向量。

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解題方法

一、條件彙整與方向轉換

1. 本船運動：

• 航向 $Co = 090^\circ$（正東向），船速 $V_S = 10\text{ 節}$。
• 航向流動向量：朝向 $090^\circ$，大小 $10$。

2. 測得之視風：

• 風由「本船左側吹來」（即左舷正橫，Port Beam，相對方位 $270^\circ$）。
• 視風來向方位角 $= 090^\circ - 090^\circ = 000^\circ$（正北方）。
• 視風風速 $V_A = 10\text{ 節}$。
• 視風流動方向：自北向南吹，即流向 $180^\circ$，大小 $10$。

二、向量代數計算（直角座標分量法）

建立直角座標系，令正東為 $+x$ 軸、正北為 $+y$ 軸：

1. 本船運動向量 $\vec{V}_S$： $V_{Sx} = 10 \cdot \sin(090^\circ) = +10$ $V_{Sy} = 10 \cdot \cos(090^\circ) = 0$ 即 $\vec{V}_S = (10, 0)$

2. 視風流動向量 $\vec{V}_A$（自正北吹向正南）： $V_{Ax} = 10 \cdot \sin(180^\circ) = 0$ $V_{Ay} = 10 \cdot \cos(180^\circ) = -10$ 即 $\vec{V}_A = (0, -10)$

3. 合成真風流動向量 $\vec{V}_T$： $\vec{V}_T = \vec{V}_A + \vec{V}_S = (0 + 10, -10 + 0) = (10, -10)$

4. 真風風速計算： $V_T = \sqrt{V_{Tx}^2 + V_{Ty}^2} = \sqrt{10^2 + (-10)^2} = \sqrt{200} = 10\sqrt{2} \approx 14.14\text{ 節}$

核心觀念

本題測驗航海學中「天體導航（Celestial Navigation）」的天球座標系幾何架構與天體運行規律，涉及以下核心觀念與定義：

1. 天體之視運動（Apparent Motion of Celestial Bodies）：

• 成因：地球由西向東自轉（周日自轉）與繞太陽公轉（周年公轉），使地表觀測者以地球為靜止參考系時，觀測到天球上天體相對於地平坐標系的視運動。
• 分類：主要包含因地球自轉引起的「周日視運動（Diurnal Motion）」，以及因地球公轉或天體本身軌道運動引起的「周年視運動（Annual Motion）」。

2. 天體可見之條件：

• 幾何條件：天體必須位於觀測者的「測者真地平（Celestial Horizon）」之上，即真高度 $a > 0^\circ$（天頂距 $z < 90^\circ$）。
• 物理與氣象條件：天空背景對比度足夠（恆星需在夜間或晨昏蒙影時段觀測）、大氣能見度良好且無雲霧遮蔽。
• 赤緯與緯度關係公式：
• 上中天高度：$a_{\max} = 90^\circ - |L \mp d|$（$L$ 與 $d$ 同名取減，異名取加）。
• 下中天高度：$a_{\min} = |L \pm d| - 90^\circ$（$L$ 與 $d$ 同名取加，異名取減）。

3. 不同緯度之地平天球特性：

• 地平座標系中，天極高度等於測者地理緯度（$a_p = L$）；天赤道與地平圈之交角等於測者之餘緯（$Co\text{-}L = 90^\circ - |L|$）。

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解題方法

本題為典型的航海學理申論題，答題結構應分為三部分層層剖析：

1. 破題定義視運動： 清楚區分「周日視運動」與「周年視運動」，以地球由西向東自轉導致天體由東向西繞天極旋轉為論述核心。
2. 歸納天體被看到的條件： 由「幾何空間條件（地平之上）」推導至「光學觀測條件（天光與氣象）」，並引入天體依赤緯與緯度所劃分的三大類別（恆顯天體、出沒天體、恆隱天體），說明其幾何界限。
3. 特殊緯度（赤道與兩極）之幾何推演：

• 赤道（$L = 0^\circ$）：天極位於地平線南北端，天赤道垂直於地平圈。將 $L = 0^\circ$ 代入周日圈交角與高度公式，推導出所有天體周日圈均被地平圈平分。
• 兩極（$L = 90^\circ\text{ N}$ 或 $90^\circ\text{ S}$）：天極與天頂重合，天赤道與地平圈重合。代入公式推導出天體周日圈完全平行於地平線，天體高度恆等於其赤緯值。

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選項分析

本題為申論問答題，無選擇題選項。以下將題目要求之三大子題作深入切入與逐項剖析：

一、天體視運動之定義與本質

• 周日視運動（Diurnal Motion）：地球由西向東繞地軸自轉（角速度約 $15^\circ/\text{hr}$），使天球上所有天體看似以相同的角速度、由東向西沿著平行於天赤道的平面（周日圈，Diurnal Circle）繞南北天極旋轉。這是航海天文觀測最主要面對的視運動。
• 周年視運動（Annual Motion）：地球繞太陽公轉，造成太陽在黃道（Ecliptic）上相對於背景恆星由西向東每日移動約 $1^\circ$ 的視運動；月球與各大行星亦因自身公轉而在天球上產生相對於恆星的視運動。

二、天體要被觀測者看到的必備條件

1. 幾何高度條件（核心條件）：

• 天體的真高度（True Altitude, $a$）必須大於 $0^\circ$（即天頂距 $z < 90^\circ$）。
• 若天體的上中天高度 $a_{\max} < 0^\circ$，天體終日位於地平線之下，稱為「恆隱星（Never-visible Stars）」，觀測者絕不可能看見。其條件為赤緯與緯度異名，且 $|d| > 90^\circ - |L|$。

2. 光學與對比度條件（實務觀測）：

• 恆星與行星：因光度微弱，白晝受太陽大氣散射光干擾不可見；必須在夜間或「航海晨昏蒙影（Nautical Twilight，太陽中心在地平下 $6^\circ \sim 12^\circ$）」時，天色微暗且海平線清晰可見時才能被觀測。
• 太陽與月球：太陽高度大於 $0^\circ$ 即可見；月球則取決於月相與大氣眩光。

3. 氣象與大氣條件：

• 觀測方向無視線障礙物（如船舶上層結構），天體未被雲、霧、霾等遮蔽。

三、觀測者位於特定地點之情形

1. 觀測者位於赤道（$L = 0^\circ$）：

• 天球特徵：北天極位於地平正北點、南天極位於地平正南點（天極仰角 $a_p = 0^\circ$）。天赤道通過天頂與天底，且垂直於地平圈。
• 運動型態：所有天體的周日圈皆與地平面呈 $90^\circ$ 正交，天體自東方地平線垂直升起，至西方地平線垂直降落。
• 可見性結論：
• 地平圈恰好平分天球上的所有周日圈，因此全天球的天體在赤道上全部皆為出沒天體。
• 無恆顯星，亦無恆隱星。
• 每個天體在地平上的時間皆為 12 小時，在地平下的時間亦為 12 小時。

核心觀念

本題旨在測驗考生對於現代電子航海儀器——船舶自動識別系統（Automatic Identification System, AIS）​之運作原理、功能特性，及其在航行當值實務（Bridge Watchkeeping）與防泊避碰作業中之具體應用價值。

1. 法規依據：

• 本題以命題當年（民國 107 年）之法規為準，依據國際海事組織（IMO）《國際海上人命安全公約》（SOLAS）第 V 章第 19 條規定，一定總噸位以上之國際航線船舶與客船均強制安裝 AIS。現行法規相關設備標準亦延續此規範。
• 涉及當值實務：《國際海上避碰規則》（COLREGs）第 5 條（瞭望）與第 7 條（碰撞危險之判斷），以及 STCW 國際公約中航行當值之安全標準。

2. 工作原理與資料特性： AIS 係利用特高頻（VHF）海事頻段及自組織分時多工（SOTDMA）技術，主動、連續且自動地在船與船、船與岸台之間廣播與接收船舶資料，內容包含：

• 靜態資訊（Static Information）：船名、呼號、MMSI（水上行動業務識別碼）、IMO 編號、船長與船寬。
• 動態資訊（Dynamic Information）：船位（經緯度）、對地航向（$COG$）、對地航速（$SOG$）、船艏向（Heading）、轉向率（$ROT$）、航行狀態。
• 航程資訊（Voyage-related Information）：船舶吃水、危險貨物類別、目的港及預估到達時間（$ETA$）。

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解題方法

本題為典型的航海學儀器應用申論題。解題關鍵在於立足於「航行值更人員（OOW）」的作業視角，以「航行安全、態勢感知、避碰決策、通訊聯絡」四個維度展開論述，避免流於空泛的儀器規格介紹。

答題架構應包含：

1. 目標正面識別（Positive Identification）：徹底解決傳統雷達辨識物標不易與呼叫錯誤的弊端。
2. 近乎即時之動態反映（Real-time Dynamics）：比較 ARPA 雷達需數分鐘濾波追蹤之劣勢，凸顯 AIS 轉向率（$ROT$）與即時向量之優勢。
3. 突破視線障礙與氣候干擾（Non-Line-of-Sight & Anti-clutter）：利用 VHF 電波繞射特性克服島嶼、岬角遮蔽及海浪／雨雪雜訊。
4. 避碰參數直覺化與早期預警（Collision Risk Assessment）：自動計算會遇幾何（$CPA$ / $TCPA$）並觸發警報。
5. 增進航行態勢感知（Enhanced Situational Awareness）：整合海圖與雷達螢幕，獲知他船狀態（如操縱能力受限船舶）。

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選項分析

本題為申論題，並無選項。考生作答時應以結構化條列方式完整呈現，展現「航行實務」與「學理法規」的結合深度。評分標準取決於論點是否涵蓋目標識別、雷達盲區補強、避碰運算及通訊效率等核心指標。

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解題技巧

1. 記憶口訣：「名、動、障、避、整」

• 名（辨明身分）：顯示 MMSI／船名，精準 VHF 語音呼叫。
• 動（動態即時）：$ROT$ 早期得知他船轉向，無 ARPA 追蹤延遲。
• 障（克服障礙）：繞射電波偵測岬角後方、狹水道盲彎目標。
• 避（輔助避碰）：自動計算 $CPA$ 與 $TCPA$。
• 整（整合顯示）：疊合 ECDIS／Radar，全盤掌握受限狀態。

2. 高分關鍵小叮嚀：

核心觀念

本題考查電子海圖顯示與資訊系統（ECDIS）在疊加外來航行資訊（Other Navigational Information）時的國際性能標準與法規技術規範。

以命題當年（民國 107 年）法規為準，核心規範依據為國際海事組織（IMO）決議案 IMO Res. MSC.232(82)《修訂之電子海圖顯示與資訊系統性能標準》（Revised Performance Standards for ECDIS）第 7 節「其他航行資訊之顯示」（Display of other navigational information），並對應我國《船舶設備規則》與國際海上人命安全公約（SOLAS）第 V 章之要求。（現行法已修正：IMO 於 2022 年通過 MSC.530(106) 決議案納入 S-100 架構標準，但針對外來資訊疊加之基本安全顯示原則仍維持一致，解題依命題當年標準為準）。

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解題方法

本題為標準的海事法規與航海儀器申論題。解題切入點應依據 IMO MSC.232(82) 第 7 節之結構，由「宏觀原則」推展至實務上最主要疊加的「雷達資訊特殊技術要求」，分為兩大主軸作答：

1. 通則規範（General Principles）：定義外來資訊與法定 SENC（系統電子航行海圖）之間的層級關係（主從地位）與幾何基準相容性。
2. 雷達與目標資訊之具體要求（Radar Specific Requirements）：針對雷達影像（Radar Image）及雷達追蹤目標（Tracked Targets）在尺度匹配、座標偏置修正、光度控制及緊急排除等五大關鍵功能提出規範。

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選項分析

本題為申論（問答）題，無選擇題選項。依據閱卷評分重點，將法規規範之各要點逐一拆解分析如下：

1. 不可降低海圖資訊品質且須清楚區分（Non-degradation & Distinguishability）

• 法規要求：雷達資訊及其他航行資訊均可加入 ECDIS 顯示，但絕對不得降低（減損）SENC 資訊之內容與清晰度，且額外加入之資訊必須能與 SENC 資訊明確區分。
• 意涵：SENC 是法定航海避航的核心，疊加圖層（如雷達回波、AIS 圖標）不可覆蓋或混淆關鍵水深、暗礁、航道標誌等助航圖元。

2. 共同參考系統（Common Reference System）

• 法規要求：ECDIS 與外加之航行資訊必須使用相同的共同地理參考系統（通常為 WGS-84 大地基準）。
• 意涵：若感測器輸入之資料與 ECDIS 所用基準不一致，系統必須發出明確之指示標記（Indication），以防產生空間定位偏差。

3. 雷達傳送資訊之組成內容（Content of Radar Information）

• 法規要求：傳送至 ECDIS 的雷達資訊，可包含「雷達影像圖層（Radar image / Raw video overlay）」及／或「追蹤雷達目標（Tracked radar targets / ARPA targets）」。

4. 比例尺、投影法與方位之一致匹配（Match in Scale, Projection, and Orientation）

• 法規要求：當雷達影像疊加至海圖畫面上時，海圖與雷達影像在比例尺（Scale）、地圖投影法（Projection）​以及方位顯示導向（Orientation，如 North-up、Course-up）​必須完全吻合一致。