107 高普考普通考試 漁業技術 航海學概要 考古題詳解

核心觀念

本題測驗航海學中「大圈」（Great Circle）之幾何定義及其在航海實務（大圈航法，Great Circle Sailing）上的重要物理與幾何特性。

1. 大圈定義：通過球心之平面與球面相割所形成的圓稱為大圈。其圓心即為球心，半徑等於球體半徑。
2. 對應要素：航海學中常見的大圈包括「赤道」（Equator）、「子午線圈」（Meridian circle）及天球上的「真地平」（True Horizon）。
3. 對比概念：航海上另一核心線條為「恆向線」（Rhumb Line / Loxodrome，與所有子午線交角均相等的航線），大圈航線除特例航向外並非恆向線。

解題方法

回答申論題時，應從「距離幾何」、「航向角度變化」、「海圖投影型態」、「特殊點（頂點與節點）」及「航務實作特性」等五個獨立維度切入，條理分明且具備專業術語，展現扎實的球面幾何與船藝實務功底。

選項分析

（註：本題為國家考試專業科目申論題，非選擇題。以下依考選部評分標準，逐項析論考生作答時應列出之核心特性）：

1. 最短距離特性（兩點間之表面最短路徑）： 在球面幾何中，連接球面上任意兩點的最短表面距離，為通過此兩點之大圈「劣弧」（Minor arc，即弧長小於 $180^\circ$ 者）。若兩點恰為對蹠點（Antipodal points），經度差為 $180^\circ$ 且緯度數值相等符號相反，則有無數個大圈通過該兩點，其最短距離均為半個大圈周長（約 $10,800\text{ 浬}$）。

2. 航向隨經度連續改變（非等角特性）： 因為地球各子午線向兩極收斂，大圈航線與各條子午線相交的夾角（即大圈航向，Great Circle Course）隨船舶航行位置不斷改變。唯一的特例為：

• 沿赤道航行時（航向維持固定為 $090^\circ$ 或 $270^\circ$）。
• 沿子午線航行時（航向維持固定為 $000^\circ$ 或 $180^\circ$）。 除上述特例之外，大圈航線均不是固定航向的恆向線。

3. 在各類海圖上的投影幾何型態：

• 心射海圖（Gnomonic Chart）：視點在球心，大圈所在平面與切面相交必成直線，故所有大圈在心射海圖上均投影為直線。
• 麥卡托海圖（Mercator Chart）：除赤道與子午線為直線外，一般大圈航線在麥卡托海圖上均投影為朝高緯度（極地方向）彎曲凸出的曲線，且該曲線始終位於同兩點間恆向線的極向側（高緯側）。

4. 頂點（Vertex）之幾何與航向特性： 每一條與赤道傾斜的大圈，在南北兩半球均各有一個達到最高緯度的點，稱為頂點（Vertex, 記為 $V$）。頂點具有以下關鍵幾何特性：

核心觀念

本題考查航海學中的​「航海圖書與出版品」（Nautical Publications & Charts）及​「航線規劃」（Passage Planning）領域。 導航圖（Pilot Chart）為船舶進行大洋航行（Ocean Navigation）時，用以掌握特定月份之宏觀氣象、水文與環境條件的專題參考航圖。核心考點包含：

1. 導航圖之定義與功用：統計長期海洋觀象資料，供船長或航海人員選擇最安全、最經濟航路之大洋氣象水文專題圖。
2. 發行體系與週期：主要發行主管機關（如美國國家地理空間情報局 NGA、水道局）、涵蓋海域（大西洋、太平洋、印度洋等）及以「月份」為單位之出版週期。
3. 圖面內容構成：掌握圖上呈現之各類自然現象（風、流、氣壓、氣溫、浪、霧、冰）及人為航行資訊（推薦航線、地磁偏角等）。

解題方法

本題為標準的國家考試申論題，採​「總論定義 $\rightarrow$ 發行架構 $\rightarrow$ 圖面內容 $\rightarrow$ 航行應用價值」​的邏輯脈絡作答：

1. 開門見山定義導航圖：先釐清 Pilot Chart 與一般導航海圖（Navigational Chart）之本質差異（前者為「統計資料專題圖」，不可直接用於實務定位測量；後者供即時船位繪算定位）。
2. 條列說明發行情形：交代發行機構、涵蓋範圍（洋區圖集 Atlas）、發行頻率（每月一張圖）與現代發行型態（電子檔/數位化）。
3. 系統化歸納圖面內容：依「氣象環境」、「海洋水文」、「航行安全與航線」三大構面詳細分類列述，並特別闡述關鍵符號（如風玫瑰圖 Wind Rose）之讀法與意涵，展現航海專業深度。

選項分析（申論題評分重點解析）

本題為非選擇題（申論題），閱卷重點與給分結構落在以下要件之完整度：

• 發行面（占分約 40%）：
• 發行機構：必須寫出國際主要權威機構（如美國 NGA／DMA 等）。
• 發行形態與單元：需點明以「洋區」為圖集（Atlas），各圖集內依「12 個月份」各刊發一張月圖，總覽該月歷年平均統計態勢。
• 內容面（占分約 60%）：
• 氣象要素：風玫瑰圖（風向頻率、平均風力、無風率）、蒲福風級 $\ge 8$ 級之強風（Gale）出現機率等值線、霧況分布率、氣溫與氣壓等值線、熱帶氣旋（颱風／颶風）歷史移動路徑。
• 水文要素：主要洋流之平均流向與流速（節數，knots）、海冰與冰山漂移極限線（Ice Limits）、顯著浪高。
• 航海輔助要素：各大洋建議推薦航路（Recommended Routes）、等磁偏線（Isogonic Lines）。

解題技巧

1. 答題結構化：使用醒目的標題與編號（一、二、(一)、(二)、1、2），利於閱卷委員在短時間內掌握得分關鍵字。
2. 關鍵字務必精準：作答時帶入中英對照之術語，如「風玫瑰（Wind Rose）」、「蒲福風級（Beaufort Scale）」、「等磁偏線（Isogonic Lines）」、「冰山極限（Limit of Icebergs）」，能顯著提高專業得分。
3. 常見失分陷阱：

• 誤將導航圖當成「進出港引水（Pilotage）使用的港灣平面圖」：英文雖名為 Pilot Chart，但其主旨為「海洋季風氣候與航路環境統計圖」，絕非引水人專用的進港圖。
• 忽略風玫瑰圖的細節：風玫瑰是導航圖的核心靈魂，務必說明中心圓圈與放射線的意義（中心數字代表無風率，箭尾羽片或箭桿長度代表風級與吹向中心之頻率）。

【答案】

一、導航圖（Pilot Chart）之定義與目的

導航圖（Pilot Chart）是以長年累積的海洋水文、氣象與航行觀測數據為基礎，經統計分析後繪製之大洋專題參考圖，多採用麥卡托投影（Mercator Projection）。其主要目的在於協助航海人員於航程規劃（Passage Planning）階段，宏觀掌握特定航區在不同月份之平均天候、風況、海流及各類航海危險分布，以選擇最安全且具經濟效益之航路。注意：導航圖僅供航線設計與氣候預測參考，不得用於船位標繪（Plotting）與沿岸避險定位。

核心觀念

天文航海三角形（Navigational Triangle，又稱 $PZX$ 三角形）是天文航海學進行位置線計算（如截距法、高度計算與方位計算）的核心基礎。它是由天球上的三個特定幾何點為頂點所構成的球面三角形（Spherical Triangle）：

1. 天極（Celestial Pole，$P$）：通常指觀測者所在半球的升高極（Elevated Pole）。
2. 天頂（Zenith，$Z$）：觀測者鉛垂線向上延伸與天球相交之點。
3. 天體（Celestial Body，$X$）：所觀測天體的視位置。

連接此三頂點的大圓弧分別構成三邊：餘緯度（$PZ$）、極距（$PX$）、天頂距（$ZX$）；在各頂點所對應的球面角則為內角：子午角（$\angle P$）、方位角（$\angle Z$）、視差角（$\angle X$）。

解題方法

本題為標準的申論圖形與著名定義題。解題關鍵在於：

1. 構圖準確：以球面幾何視角繪製 $PZX$ 三角形，精確標明三頂點（$P$、$Z$、$X$）、三邊長與各內角。
2. 定義嚴謹：針對各小題之邊長與內角，必須依序說明：

• 頂點與通過的大圓（如天球子午圈、時圈、垂直圈）。
• 與航海常用座標（緯度 $L$、赤緯 $d$、真高度 $h$、地方時角 $\text{LHA}$、真方位 $Zn$）的數學互換公式與符號規範。
• 數值之取值範圍與正負名（同名/異名、偏東/偏西）規則。

各小題詳解與圖形標註

（一）劃出天文航海三角形

 天極 P (Celestial Pole)
 /\
 / \
 / \
 餘緯度 (Co-Latitude) \ 極距 (Polar Distance)
 co-Lat = 90°- L / t \ p = 90° ± d
 / (子午角)\
 / \
 / Z (方位角) \
 天頂 Z -----------/------------------\----------- 天體 X
 (Zenith) 天頂距 (Zenith Distance) (Body)
 z = 90°- h

• 頂點定義：
• $P$：天極（升高天極，Elevated Celestial Pole）。
• $Z$：天頂（觀測者天頂，Observer's Zenith）。
• $X$：天體位置（Observed Celestial Body）。
• 三邊：邊 $PZ = 90^\circ - L$、邊 $PX = 90^\circ \pm d$、邊 $ZX = 90^\circ - h$。
• 內角：$\angle P$ 為子午角 $t$；$\angle Z$ 為方位角 $Az$（或 $Z$）；$\angle X$ 為視差角（Parallactic Angle，$p_x$ 或 $X$）。

（二）極距（Polar Distance；代號 $p$）

1. 定義：天極（$P$）至天體（$X$）沿天體所在之時圈（Hour Circle）​所截取的大圓弧長，為天文航海三角形之 $PX$ 邊。
2. 與赤緯（$d$）之關係：

• 若觀測者緯度與天體赤緯為同名（Same name）（同為北或同為南）： $p = 90^\circ - d$
• 若觀測者緯度與天體赤緯為異名（Contrary name）： $p = 90^\circ + d$

3. 數值範圍：$0^\circ \le p \le 180^\circ$。

（三）餘緯度（Co-Latitude；代號 $co\text{-}Lat$）

1. 定義：天極（$P$）至觀測者天頂（$Z$）沿觀測者天球子午線（Observer's Celestial Meridian）​所截取的大圓弧長，為天文航海三角形之 $PZ$ 邊。
2. 與緯度（$L$）之關係：

• 因天頂至天球赤道之角距等於觀測者緯度 $L$，天極至天球赤道為 $90^\circ$，故天極至天頂之角距為緯度之餘角： $co\text{-}Lat = 90^\circ - L$

3. 數值範圍：$0^\circ \le co\text{-}Lat \le 90^\circ$。

（四）天頂距（Zenith Distance；代號 $z$）

1. 定義：天頂（$Z$）至天體（$X$）沿通過天體之垂直圈（Vertical Circle）​所截取的大圓弧長，為天文航海三角形之 $ZX$ 邊。
2. 與真高度（$h$）之關係：

• 天頂至真地平為 $90^\circ$，天體由地平沿垂直圈向上測得之高度為真高度 $h$，故天頂距為高度之餘角： $z = 90^\circ - h$

3. 數值範圍：當天體位於地平線上方可觀測時，$0^\circ \le z \le 90^\circ$。

核心觀念

本題評量船舶自動識別系統（Automatic Identification System, AIS）之架構與資訊傳輸規範，本題以命題當年（民國 107 年）國際法規與標準為準。法源與技術規範依據如下：

1. 國際海事組織（IMO）決議案：《通用船載自動識別系統（AIS）性能標準》（IMO Resolution MSC.74(69) Annex 3）。
2. 國際海上人命安全公約（SOLAS 1974）：第 V 章第 19 條（Reg. V/19.2.4）關於 AIS 設備之配載與傳輸功能要求。
3. 國際電信聯盟（ITU）無線電通信部門建議書：ITU-R M.1371 規範之技術標準。

AIS 系統藉由自我協調分時多工接取（SOTDMA）技術，在特高頻（VHF）海事頻段自動對外廣播。其傳輸內容依據「資料變動週期」與「資料屬性」嚴格劃分為三大本船資訊（靜態、動態、航行相關），並提供第四類供船舶及岸台（如岸端船舶交通服務 VTS）緊急通報之「安全相關資訊」。

解題方法

解答此申論題的核心切入點，在於依據「資料來源的更新方式」與「傳輸頻率」進行分類歸納：

1. 靜態資訊（Static Information）：源自船舶出廠註冊、安裝時設定之船體與識別參數，通常永久或長年不變，除非變更船旗或重新改裝。固定以每 6 分鐘或應請求（On request）時傳送一次。
2. 動態資訊（Dynamic Information）：源自船載導航感測器（如 GNSS、電羅經、速率迴轉儀、都卜勒計程儀）自動連續讀取之即時航行數據。傳輸週期視船速與轉向狀態而定（每 2 秒至 3 分鐘不等）。
3. 航行相關資訊（Voyage-related Information）：由船副或當值航行員於每航次出港前或航程中手動鍵入更新，每 6 分鐘或應請求時發送。
4. 安全相關資訊（Safety-related Messages）：採用簡短文字訊息格式（廣播或定址發送），由船端航行員或岸端 VTS 操作員依實際安全需要即時傳輸。

按此邏輯分項陳列 IMO 規範之具體項目，即可獲得完整分數。

選項分析

本題為申論題，非選擇題，考生須將四大資訊內容的細項與邊界釐清，避免混淆：

1. 靜態資訊 vs. 航行相關資訊：

• 船舶尺寸（長、寬）與天線幾何位置屬「靜態資訊」。
• 船舶吃水（Draught）會隨載貨、壓載與燃油消耗而變化，屬「航行相關資訊」，不可歸為靜態。

2. 動態資訊 vs. 航行相關資訊：

• 「航行狀態（Navigational Status）」（如：在航、錨泊、操縱能力受限制）由駕駛台航儀或人工切換標籤，但它是透過動態報文發送，屬於「動態資訊」。
• 「目的地（Destination）」與「預計抵達時間（ETA）」為航程規劃項目，屬於「航行相關資訊」。

3. 安全相關資訊之屬性：

• 屬文字訊息（Short safety-related text messages），非導航數值數據，由 VTS 或船舶於必要時手動或預設觸發，用於防碰警告、航行通告或氣象預警。

解題技巧

1. 記憶口訣與心智分組：

• 靜態（身分證與身材）：MMSI、IMO 編號、呼號、船名、型式（船型）、長寬與天線相對位置。
• 動態（儀表板即時讀數）：船位（經緯度）、UTC 時間、對地航向（COG）、對地航速（SOG）、艏向（Heading）、迴轉率（ROT）、航行狀態。
• 航行相關（航行日誌每航次填寫）：現在吃水、危險品類別、目的港、預估抵達時間（ETA）、航行計畫（選填）。