107 高普考高考三級 航海技術 航海學 考古題詳解
第 一 題20 分
請說明國際燈塔協會(IALA)浮標系統中浮標的種類、特徵與用途。
下列是某海港景觀的簡圖:一艘船正行駛於進出港的航道上,且由一個浮標旁經過。該浮標全座均漆上紅色,請由簡圖中的線索判斷:
- 該港口為 IALA 浮標系統中的哪一個系統?
- 該船舶正要進港或出港?
- 請說明其理由。
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核心觀念
本題測驗航行安全與助航設施之核心規範——國際燈塔協會海上浮標系統(IALA Maritime Buoyage System, MBS)(以命題當年民國 107 年規範為準,包含 2010 年修訂納入之新危險物標)。核心知識點涵蓋:
- 浮標種類與功能:側標、方位標、孤立危險物標、安全水域標、特殊標、新危險物應急標等六大類浮標之塗色、形狀、頂標及燈光特徵。
- 側標兩大分區(Region A 與 Region B)之差異:
- 常規浮標方向(Conventional Direction of Buoyage):定義為「由外海駛向港灣、河流、河口或其他水路」的進港方向。
- A 系統:進港時左舷為紅色罐形、右舷為綠色錐形。
- B 系統:進港時左舷為綠色罐形、右舷為紅色錐形。
- 海圖與助航標誌辨識法則:利用浮標體色(紅色)結合幾何形狀(錐形 Conical vs. 罐形 Can),先鎖定浮標性質與所屬系統,再比對船舶之航向及相對舷位判定進出港狀態。
解題方法
第一部分:IALA 浮標系統中浮標之種類、特徵與用途
IALA 系統將海上助航浮標分為六大類:
- 側標(Lateral Marks)
- 用途:標示航道左右兩側邊界或指示分流推薦航道,航行時須遵照「常規浮標方向」(由海進港方向)。
- 特徵:全球劃分為 A、B 兩大系統:
- A 系統(歐洲、非洲、澳洲及亞洲多數地區):
- 左舷標:體色紅色,形狀為罐形(Can/Cylindrical)或柱/桿形,頂標為單一紅色罐形,光色為紅光。
- 右舷標:體色綠色,形狀為錐形(Conical)或柱/桿形,頂標為單一綠色錐形(頂點朝上),光色為綠光。
- B 系統(美洲、台灣、日本、韓國、菲律賓):
- 左舷標:體色綠色,形狀為罐形,頂標為單一綠色罐形,光色為綠光。
- 右舷標:體色紅色,形狀為錐形,頂標為單一紅色錐形(頂點朝上),光色為紅光。
- 推薦航道標(Preferred Channel Marks):為紅綠相間橫條紋,燈光節奏為複合群閃光 。
- 方位標(Cardinal Marks)
- 用途:以危險物為中心,依據四個真方位(北、東、南、西)標示可通航的安全水域(「標在危險物之何方,船舶行於該標之該側即安全」)。
- 特徵:
- 體色:黑黃相間橫條紋;形狀:柱形或桿形;燈光:一律為白光。
- 北方位標:雙黑錐尖端朝上(▲▲),黑上黃下,連續快閃(Q)或連續極速快閃(VQ)。
- 東方位標:雙黑錐底對底呈菱形(▲▼),黑-黃-黑,3 閃光( 每 10 秒或 每 5 秒)。
- 南方位標:雙黑錐尖端朝下(▼▼),黃上黑下,6 快閃加 1 長閃( 每 15 秒或 每 10 秒)。
- 西方位標:雙黑錐尖對尖呈沙漏形(▼▲),黃-黑-黃,9 閃光( 每 15 秒或 每 10 秒)。
- 孤立危險物標(Isolated Danger Marks)
- 用途:設置於範圍較小、四周均有通航深水之單一孤立危險物(如暗礁、沉船)上方或其近旁。
- 特徵:體色為黑紅黑橫條紋;頂標為垂直排列之雙黑球;燈光為白光群閃兩次 。
- 安全水域標(Safe Water Marks)
- 用途:標示該標四周皆為可航行深水區,常用於航道中線、航道起點、引水站水域或港外落錨區中心。
- 特徵:體色為紅白垂直條紋;形狀為球形、柱形或桿形;頂標為單一紅球;燈光為白光,閃爍週期為等明暗(Iso)、明暗(Occ)、長閃光( 每 10 秒)或莫氏碼「A」()。
- 特殊標(Special Marks)
- 用途:不以指引航向為主要目的,專門標示特殊區域或水下設施(如軍事演習區、管線區、廢棄物傾倒區、水產養殖區、休閒水域、氣象水文觀測浮標 ODAS)。
- 特徵:體色為全黃色;頂標為單一黃色斜十字「X」形;燈光為黃光,閃光節奏與上述白光標誌顯著有別。
第 二 題20 分
假設某船 1 月 28 日正午時位於 A 地,已知該處經度為 ,但不知該處緯度。於正午時測得太陽中天資料如下:
- 六分儀高度():
- 指標差(IE):,在弧外(off the arc)
- 眼高修正量:
- 太陽下緣修正量:
- 太陽赤緯(Dec):
- 太陽方位:正北()
- 時差(equation of time):
請根據以上資料:
(一)求 1 月 28 日 A 地中午的太陽中天時間(ZT)。
(二)假設該船於 1 月 28 日中午太陽中天時,自 A 地出發駛往 B 地(,),最大限制緯度 ,依混合航法航行,航速 18 節,求抵達 B 地之日期與時間(ZT)。
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核心觀念
- 太陽中天(Local Apparent Noon, LAN)與時間系統轉換:
- 太陽中天時,觀測者所在處之地方視時(Local Apparent Time, LAT)為 。
- 地方平時(LMT)與視時關係:由時差定義 ,得 。
- 經度時差與格林威治平時(GMT):(西經加、東經減)。
- 時區時間(Zone Time, ZT):( 為時區描述,西時區為正,東時區為負)。
- 太陽中天高度求緯度(Latitude by Meridian Altitude):
- 六分儀高度修正公式:。
- 天頂距:。
- 觀測方位為正北(),代表天體在觀測者北方,天頂位於天體南方( 命名為 )。天體赤緯亦為南(),故緯度 。
- 混合大圈航法(Composite Great Circle Sailing):
- 當大圈航線穿越高緯度危險區域時,需設定一限制緯度圈 (Parallel of limiting latitude)。
- 航線由三段組成:
- 第一段大圈弧():自起點 切於限制緯度圈之頂點 。
- 第二段緯度航法():沿限制緯度圈 平行航行(Parallel sailing)。
- 第三段大圈弧():自限制緯度圈切點 大圈航行至終點 。
- 頂點直角球面三角公式(Napier's Rules):
- 限制緯度圈之平行航程:(其中 )。
- 航行時間 ,將出發之 GMT 加上航行時間後,再轉換為抵達地的時區時間(ZT)。
解題方法
(一)求 1 月 28 日 A 地中午的太陽中天時間(ZT)
-
求地方平時(LMT): 正午太陽中天時,地方視時 。 題目給定時差 :
-
求經度時差與格林威治平時(GMT): A 地經度 ,換算為時間: 西經加回 GMT:
-
求 A 地時區時間(ZT): A 地經度 位於西經 至 之間,中央子午線為 ,時區描述 。
(二)求抵達 B 地之日期與時間(ZT)
- 計算 A 地緯度 :
- 六分儀高度
- 指標差修正量(IC):在弧外為加,
- 器差高度
- 眼高修正量(Dip):
- 視高度
- 太陽下緣修正量:
- 真高度
- 天頂距
- 因太陽方位為正北(),天頂位於天體以南,故 。
- 太陽赤緯 。
- A 地緯度:
- 混合航法要素計算:
- 起點 :
第 三 題20 分
某船吃水 ,船桅頂至水面 ,要通過垂直間隙 的大橋。
已知:
- 橋下海圖最小水深為
- 高度基準面為平均高潮面(MHW)
- 深度基準面為平均低潮面(MLW)
- 平均潮差(Mean Range)為
- 當日潮汐資料:06:15,;12:58,
為保證安全通過,要求 以上之水深餘裕(UKC),並與橋下保持 以上之高度。求可安全通過的時段。
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核心觀念
本題為航海學中極具代表性的「潮汐、水深與橋下淨空綜合計算題」,主要考核航行安全計畫(Passage Planning)中受限水域通過大橋的潮窗(Tidal Window)估算。核心法理與公式包含:
-
深度基準面(Chart Datum, CD)與實際水深: 海圖水深基準面多採用平均低潮面(Mean Low Water, MLW)。
-
高度基準面(Vertical Datum)與實際橋下淨空: 大橋之垂直間隙(Vertical Clearance, )係以平均高潮面(Mean High Water, MHW)為基準面向上量取。 本題已知平均低潮面(MLW)至平均高潮面(MHW)之差距為平均潮差(Mean Range, )。因此:
- 橋樑底端相對於海圖深度基準面(CD)的絕對高度為:
- 當潮高為 時,實際橋下淨空(Actual Clearance)為:
- 船桅頂端與橋底之間的「高度餘裕(Clearance Margin)」為:
- 正弦潮高內插公式(Harmonic Method / Sine Rule): 航海學計算兩潮之間的任意時刻潮高,依標準簡化簡諧潮波理論:
- :當次潮差(Tide Range),
- :漲潮或落潮之歷時(Duration)
- :自低潮(或高潮)起算經過之時間
- :自低潮起算之潮升值(Rise of tide)
解題方法
本題解題步驟分為兩階段:第一階段求出滿足安全條件的「容許潮高區間」,第二階段由「潮汐資料」推算對應的「安全通過時段」。
第一階段:求解容許潮高範圍
-
依水深餘裕(UKC)求「最低容許潮高」 : 要求 : 故滿足吃水安全之最低潮高為 。
-
依橋下高度餘裕求「最高容許潮高」 : 大橋基準面為 MHW(潮高 ),垂直間隙為 。 當潮高為 時,水面高出 MHW 的量為 ,故實際間隙為 。 要求桅頂與橋下保持 以上之高度: 故避免撞橋之最高容許潮高為 。
第 四 題20 分
試說明海霧的種類、形成原因,以及在霧中航行時的注意事項,包含航行與避碰規則之應用。
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核心觀念
本題為典型的「航海氣象」與「航行避碰法規及實務」跨單元綜合申論題,命題核心涵蓋以下三大領域:
- 氣象學成霧機制:空氣達水氣飽和狀態之物理途徑——降溫冷卻使氣溫 下降至露點溫度 (即相對濕度 ),或藉由蒸發增濕提高水氣壓,配合大氣凝結核(如海鹽顆粒)凝結成水滴懸浮於近地面/海面空氣中。
- 駕駛台資源管理與航行實務(Bridge Resource Management & Seamanship):船長指示、備俥狀態、瞭望加強、雷達觀測與標繪、水密關閉及船位監控。
- 法規依據(以命題當年民國 107 年法規為準):中華民國《國際海上避碰規則》(依據 1972 年國際海上避碰規則 COLREGs 及其修正案制定;現行法規內容於本題所涉規範實質一致):
- 第 5 條(瞭望)
- 第 6 條(安全速度)
- 第 19 條(能見度受限制時船舶之操航)
- 第 35 條(能見度受限制時之音響信號)
解題方法
本題宜採取「三段式架構」循序作答,由學理機轉出發,再落實至操作規範:
- 第一部分:海霧分類與成因 以成霧之「物理熱力學過程」(冷卻作用 vs. 蒸發增濕作用)為切入點,將海面常見之霧分類為平流霧(海霧主體)、蒸發霧(海煙)、輻射霧、鋒面霧與升坡霧,並具體說明氣塊與水溫之交互作用條件。
- 第二部分:霧中航行注意事項(航海實務面) 依實務操作流程,自內部組織管理(備俥、通報、水密)、觀測設備操作(雷達/ARPA 設置、電子海圖、測深儀)至航行警示(燈光、關閉門窗加強聽覺)條列闡明。
- 第三部分:避碰法規之應用(法理與行動規範) 精準扣合避碰規則關鍵條文(特別是第 19 條與第 35 條),強調「非互見(Not in sight of one another)」狀態下無直航船概念,逐款解析正橫前聞音號之處置、雷達偵測後之轉向禁忌,以及霧中音響信號之發放規定。
選項分析
本題為非選擇題(申論題),無選項可資分析。評分焦點在於答題之完整性、條理層次及專業航海法規條文之引用精確度。閱卷計分主要扣緊以下三大評分構面:
- 子題一(霧之成因):能否準確區分「暖平流(冷水面)」與「冷平流(暖水面蒸發)」的成霧溫差機制。
- 子題二(實務作為):能否完整涵蓋瞭望、機艙備俥、雷達標繪、航行燈號與通訊監聽等關鍵作業。
- 子題三(避碰規則):能否精準引用第 19 條避碰轉向之禁忌(正橫前忌左轉、忌轉向正橫或正橫後之船舶)以及第 35 條對應之動靜態音號。
解題技巧
- 霧中避碰最大陷阱——「沒有直航船」:在受限制能見度且兩船未互見時,避碰規則第 19 條全面適用,絕不可適用互見中之「交叉相遇(第 15 條)」或「對遇(第 14 條)」規定。在霧中沒有任何一艘船享有「直航權(Right of Stand-on)」,兩船皆有積極採取避碰作為之義務。
- 第 19 條轉向禁忌口訣:
- 僅憑雷達偵測時之轉向限制:「正橫前不向左、正橫後不朝它」(除被追越外,對正橫以前來船不可向左轉向;對正橫或正橫以後之來船不可朝其方向轉向)。
- 正橫前聞音號之標準程序:
- 「減速至微速(維持航向之最低速度) 必要時完全停船(把船煞停) 極度謹慎航行至危險過去」。
- VHF 通訊陷阱:考題中若問及避碰作為,切忌寫出「用 VHF 呼叫對方協議避讓」,實務與判例均將過度依賴 VHF 避碰視為重大疏失(易發生辨識錯誤與語言誤解)。
【答案】
一、海霧的種類與形成原因
海上所出現之霧統稱為海霧,依其熱力學與動力學之生成機制,主要可分為以下五類:
- 平流霧(Advection Fog):
- 成因:又稱「平流冷卻霧」,為海面上最廣泛且持續時間最長之海霧。主要由暖濕空氣平流經過較冷之海面,底層空氣受冷水面冷卻降溫至露點溫度以下,水氣飽和凝結而成。此類霧常發生於寒暖流交會處的冷水區側(如西北太平洋親潮與黑潮交會區),且需維持 2 至 3 級之微風吹送,方能維持水氣攪動而不致散逸。
- 蒸發霧(Evaporation Fog / Steam Fog,俗稱海煙):
- 成因:極寒冷且乾燥之空氣(如極地大陸氣團)平流吹經相對溫暖之海面,暖水面迅速蒸發產生大量水氣注入上方冷空氣中,使空氣飽和並凝結成霧,外觀如沸水冒煙。常出現於高緯度地區冬季海面或極地冰緣水域。
- 輻射霧(Radiation Fog):
- 成因:晴朗無雲、微風之夜間,陸地表面產生強烈長波輻射冷卻,近地面空氣降溫至露點凝結成霧。輻射霧本身生成於陸地,但在夜間藉由微弱陸風被吹送至近岸、河口或港灣水域,於清晨最為濃密,日出受熱後逐漸消散。
第 五 題20 分
試敘述與電子海圖顯示與資訊系統(ECDIS)有關的比例尺有哪些?及其在使用上的注意事項。
登入後即可作答並保存紀錄。
核心觀念
本題旨在測驗考生對電子海圖顯示與資訊系統(ECDIS)在航行安全上所涉及之各類比例尺定義、國際規範要求及操作實務之掌握。
- 法規與技術規範基準(以命題當年民國 107 年標準為準):
- 國際海事組織(IMO)決議案 Resolution MSC.232(82)《ECDIS 性能標準修訂案》(Revised Performance Standards for ECDIS)。
- 國際航道組織(IHO)S-52《電子海圖顯示與資訊系統的海圖內容與顯示特徵規範》及其附錄《呈現手冊》(Presentation Library)。
- 國際航道組織(IHO)S-57《IHO 數位水文數據傳輸標準》(電子航海圖 ENC 之資料編碼標準)與 S-66《ENC/ECDIS 導航指南》。 (註:現行國際規範已逐步邁向 IHO S-100 系列標準體系,但 ECDIS 核心之比例尺安全架構、警示機制與航行操作原則仍維持一致。)
- 核心觀念解析:
- 傳統紙圖與向量電子海圖(ENC)的根本差異:紙圖具有固定的物理比例尺;向量海圖(ENC)由資料庫構成,使用者可任意縮放(Zoom-in / Zoom-out),但其背後蘊含測量源頭與製圖編譯之精度限制。
- 任意縮放會衍生「過度放大(Overscale)」與「過度縮小(Underscale)」等航行安全威脅,因此系統訂有特定的比例尺屬性與警報限制。
解題方法
本題為國家考試航海學典型的雙核心申論題,答題架構應緊扣兩大主軸切入:
- 體系化歸納相關比例尺:切勿僅籠統回答「大比例尺、小比例尺」,而應以 IHO/IMO 專業術語,自「資料庫端」、「螢幕呈現端」、「航行用途分級」及「物件屬性門檻」四個維度完整陳述。
- 條列化申述使用注意事項:從過度放大帶來的「虛假精準」、過度縮小帶來的「物標隱匿(SCAMIN 機制)」、不同海圖單元拼接邊界、雷達疊加匹配,以及與海圖精度(CATZOC)之連帶關係等面向深度論述。
選項分析(申論實質要點全面剖析)
(本題為高普考申論題型,無選擇肢。以下將考生作答必須涵蓋的兩大核心內容,依得分關鍵要點逐一深入分析。)
第一部分:與 ECDIS 有關的比例尺種類
- 編譯比例尺(Compilation Scale / CSCL):
- 定義:水文辦公室在製作該 ENC 單元(Cell)時,依據原始測量數據或紙海圖進行數位化與綜合取捨(Generalization)所依據的基準比例尺。
- 特徵:此數值記錄在海圖單元標頭檔中,代表該海圖資料設計呈現的最佳精確度。
- 顯示比例尺(Display Scale / Presentation Scale):
- 定義:航海人員在 ECDIS 螢幕上當前所檢視海圖的實際放大/縮小比例尺。
- 特徵:由航海人員依操作需求透過滾輪或按鍵即時變動,其公式為螢幕上物標量測距離與真實世界距離之比。
- 航行用途比例尺級別(Navigational Purpose / Usage Bands):
- 依據 IHO S-57 規範,官方 ENC 依不同航行階段與比例尺範圍劃分為 6 個使用級別(Navigational Purpose Bands):
- 第 1 級:總圖(Overview),比例尺約小於 (遠洋橫渡與航線規劃)。
- 第 2 級:航海圖(General),比例尺約在 (開闊水域與外海航行)。
- 第 3 級:沿岸圖(Coastal),比例尺約在 (沿岸航行與航道接近)。
- 第 4 級:接近圖(Approach),比例尺約在 (港灣引航與狹窄水道接近)。
- 第 5 級:港口圖(Harbour),比例尺約在 (港內泊地與進出港操船)。
- 第 6 級:靠泊圖(Berthing),比例尺約大於 (碼頭靠泊與精細操縱)。
- 物件縮放限制比例尺(SCAMIN 與 SCAMAX):
- 最小顯示比例尺(Scale Minimum, SCAMIN):定義某特定海圖物標(如淺灘水深註記、航標)可被顯示在螢幕上的最小比例尺極限。當顯示比例尺小於 SCAMIN 時,該物標會被系統自動抑制隱藏,以防止螢幕過度雜亂(De-clutter)。
- 最大顯示比例尺(Scale Maximum, SCAMAX):定義物標在螢幕上被顯示的最大比例尺上限(較少強制限制,但屬技術規格標準)。
- 比例尺失衡狀態(Overscale 與 Underscale):
- 超比例尺/過度放大(Overscale):顯示比例尺大於海圖編譯比例尺(如編譯為 ,卻放大至 檢視)。
- 欠比例尺/過度縮小(Underscale):顯示比例尺小於海圖編譯比例尺,且系統內存在更大比例尺海圖可用。
第二部分:ECDIS 比例尺在使用上的注意事項
- 嚴防「超比例尺(Overscale)」產生的虛假安全感(False Sense of Security):
- 當顯示比例尺大於編譯比例尺時,海圖線條與符號雖然變大,但原始數據的測量精度與解析度並未增加。
- 兩等深線間的危險物標不會因為放大而突然出現。若誤信放大後的精細畫面而進行極限貼近導航,極易發生擱淺事故。
- 安全操作要求:當畫面處於過度放大時,ECDIS 必須顯示警告指示或出現「黑色直條柵欄紋/粗斜線(Jail bars pattern)」警示航海人員注意。
- 警惕「過度縮小(Underscale)」導致危險物標遭 SCAMIN 機制過濾隱匿: