107 高普考高考三級 航海技術 航行設備 考古題詳解

核心觀念

本題考查航海技術類科《航行設備》中「磁羅經學」（Compass Work）的核心理論——磁羅經自差（Compass Deviation, $\delta$）之成因機制與補償校正原理。

自差係指受船體本身磁場干擾，導致羅經磁針北（Compass North, $CN$）偏離地磁北（Magnetic North, $MN$）之角度差。依據帕松方程（Poisson's Equations）與艾里天星自差分析理論，船體磁性主要分為三大來源：

1. 永久磁性（Permanent Magnetism，硬鐵效應）：船體在建造受地磁感應與震動鉚焊所獲得的永久磁化，其磁場隨船身轉動。
2. 感應磁性（Induced Magnetism，軟鐵效應）：船體軟鐵材料受地球磁場瞬間感應而產生的暫時性磁化，其強度與方向隨船首向（Heading）及地磁緯度改變。
3. 傾側效應（Heeling Effect）：船舶受風浪或配載影響產生橫傾時，垂直磁力轉換至羅經水平面所誘發之動態自差。

自差近似通式如下： $\delta = A + B \sin C' + C \cos C' + D \sin 2C' + E \cos 2C'$ 其中 $C'$ 為羅經航向，$A$ 為常數自差，$B$ 與 $C$ 為半圓自差係數，$D$ 與 $E$ 為象限自差係數。

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解題方法

本題為標準申論題，答題架構應採「成因性質分類 $\rightarrow$ 磁力分量剖析 $\rightarrow$ 誘發自差類型 $\rightarrow$ 對應校正器材」之對稱結構作答，層次分明且論理完整：

1. 先分類：將自差成因清楚劃分為「永久磁性」、「感應磁性」、「船體傾側磁性」及「安裝幾何誤差」四大類。
2. 析機制：闡述各類磁性對應之船體空間分力（縱向、橫向、垂直向）及其隨航向旋轉引發的自差型態（半圓、象限、傾側）。
3. 提對策：明確給出相應之物理校正器材（Correctors）與安裝方位，說明反向磁場抵消原則。

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選項分析（考點系統化剖析）

本題屬申論題型，針對自差成因的各類組成要素、誘發力與專屬校正物逐項對應分析如下：

自差成因類型	產生機制與空間分力	誘發之自差型態	對應校正器材（Correctors）
一、永久磁性（硬鐵）	船體硬鐵在建造期獲得的固定磁場：<br>1. 縱向分力（$P$ 力）：沿船首尾軸線方向<br>2. 橫向分力（$Q$ 力）：垂直於首尾之左右舷方向	半圓自差（Semicircular Deviation）：<br>航向旋轉 $360^\circ$ 時，自差改變一次正負符號（出現一個東自差峰值與一個西自差峰值）	水平永久磁棒：<br>1. 前／後向磁棒（Fore-and-aft magnets）：置於羅經櫃內水平首尾槽孔，校正 $P$ 力（係數 $B$ 分量）。<br>2. 左／右舷向磁棒（Athwartship magnets）：置於羅經櫃內水平橫舷槽孔，校正 $Q$ 力（係數 $C$）。

核心觀念

本題旨在考驗航海人員對於航海雷達（Marine Radar）短距離探測極限之物理原理、設備硬體限制與幾何架設條件的通盤瞭解。

1. 最小探測距離（Minimum Detection Range, $R_{\min}$）之定義： 指雷達發射電波後，能可靠檢測並於顯示器上清晰顯示目標物回波的最短直線距離。若目標物距離小於此值，將落入雷達盲區或雜波中而無法被偵測。
2. 基本電氣物理公式： 雷達在發射電磁波期間，接收機必須關閉以避免被高功率發射波損毀。發射結束後，收發開關（TR 開關）亦需微小時間恢復接收狀態，故理論電氣最小距離公式為： $R_{\min} = \frac{c \cdot (\tau + t_{\text{rec}})}{2}$ 其中：

• $c$：電磁波傳播速度（真空光速，約 $3 \times 10^8\text{ m/s}$）。
• $\tau$：發射脈衝寬度（Pulse Width / Pulse Length，單位：秒 $\text{s}$）。
• $t_{\text{rec}}$：收發轉換開關（TR 管／限制器）與接收機之恢復時間（Recovery Time，單位：秒 $\text{s}$）。

3. 國際法規規範： 依據國際海事組織（IMO）針對航行雷達之性能標準決議案（IMO Resolution MSC.192(79)），船用雷達在標準安裝高度下，切換至最短距檔（如 $0.75\text{ NM}$ 或 $1.5\text{ NM}$）使用短脈衝時，其最小探測距離不得大於 40 公尺。

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解題方法

回答本題應採取「系統工程與幾何物理」的結構化切入法，將影響因素區分為三大層面逐一剖析：

1. 內部硬體與電波特性（發射與接收限制）：脈衝寬度、收發開關恢復時間。
2. 外部幾何與安裝條件（幾何盲區限制）：天線安裝高度、垂直波束寬度與俯角。
3. 信號處理與環境干擾（操作與雜波限制）：海面雜波抑制（STC / Anti-Clutter Sea）與旁波瓣干擾。

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選項分析（問答題各因素逐項剖析）

本題為高考問答題，各項關鍵影響因素之作用機轉與影響趨勢分析如下：

1. 發射脈衝寬度（Pulse Width, $\tau$）

• 作用機轉：雷達發射微波時，天線無法同時接收回波。在脈衝尚未完全發射完畢前，若目標已將電波反射回天線，此回波將無法被接收。
• 影響：$\tau$ 愈大，$R_{\min}$ 愈大；$\tau$ 愈小，$R_{\min}$ 愈小。因此進出港或狹水道時，必須選用「短脈衝（Short Pulse, SP）」以縮短最小探測距離。

2. 收發開關及接收機之恢復時間（TR Tube / Receiver Recovery Time, $t_{\text{rec}}$）

• 作用機轉：發射結束瞬間，收發開關（Transmit-Receive Cell，如氣體放電 TR 管或固態限幅器）需經去電離或退飽和過程才能恢復至高靈敏度接收狀態。
• 影響：恢復時間愈長，雷達處於「失聰」狀態的時間愈久，盲區半徑隨之擴大。高品質固態雷達之恢復時間遠短於傳統磁控管 TR 管。

3. 雷達天線安裝高度（Antenna Height, $h$）

• 作用機轉：天線置於高桅桿上，受限於波束垂直擴散下限，會在船體周圍產生一個波束無法覆蓋的環形幾何盲區（Blind Cone / Shadow Sector）。
• 影響：天線安裝愈高，盲區半徑愈大，最小探測距離隨之拉長。

4. 天線垂直波束寬度（Vertical Beamwidth, $\theta_v$）與俯仰角

• 作用機轉：航海雷達天線垂直波束通常設計為扇形擴散（約 $20^\circ \sim 25^\circ$，半功率點），其中水平線以下涵蓋角度約為 $\frac{\theta_v}{2}$。幾何盲區半徑近似為：

核心觀念

本題評量海事公約對遠距航行監控技術之法規要求與系統工程架構，以命題當年（民國 107 年）法規為準（現行法規架構維持一致，無重大變更）。核心涉及之法源與技術規範包括：

1. 《1974 年海上人命安全公約》（SOLAS）第 V 章第 19-1 條（Long-range identification and tracking of ships）：由國際海事組織（IMO）海事安全委員會於第 81 屆會議通過（決議案 MSC.202(81)），將 LRIT 納入強制性配備。
2. MSC.263(84) 決議案（修訂後之 LRIT 系統性能標準與功能要求）：明確規範 LRIT 的六大系統組成實體、資料存取權限與傳輸週期。
3. 系統本質與區隔：LRIT 與自動識別系統（AIS）不同，AIS 屬點對面、開放式、VHF 視距傳播（約 $20 \sim 30$ 浬）之即時避碰與近岸交通管理工具；LRIT 則為點對點、封閉加密、透過通訊衛星實現全球範圍（超出 VHF 涵蓋區）之海事安全（Maritime Security）、海上搜索與救助（SAR）及海洋環境保護監控系統。

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解題方法

本題屬標準公約法規與航海儀器系統整合題，閱卷評分點高度集中且具官方標準答案，作答時切入點應分為四個層次進行破題與推導：

1. 系統架構與基本原理：採「模組架構圖式思維」作答，列出從船端發送、中繼傳輸、資料處理、交換中心到用戶端的完整鏈結，並說明封閉式遠距安全傳輸原理。
2. 強制適用載具：引述 SOLAS 第 V 章第 19-1 條規範之三類國際航線移動載具與總噸位門檻（特別留意排除條款與客船無噸位限制之特點）。
3. 傳送資料內容：依據公約明定之三項核心要素（身分、位置、時間戳記）精準列出，切忌臆測填寫船速、船艏向等非強制內容。
4. 傳送頻率與彈性機制：區分「預設傳送間隔（6 小時）」與「遠端程控縮短間隔（最短至 15 分鐘）」兩大機制。

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選項分析

本題為國家考試專業科目之「申論題」，卷面無選擇選項。評閱重點在於考生能否以精確之海事專有名詞分項條列，若寫出籠統白話（如「大船都要裝」、「傳送船在哪裡」）將嚴重失分。各子題評分切入點如下：

• 架構部分：必須完整提及 CSP、ASP、DC、IDE、DDP 五大核心關鍵字。
• 載具類型：漏寫「從事國際航行」或漏列「移動式離岸鑽探作業單元（MODU）」均為常見失分點。
• 資料內容：若誤植 AIS 專屬之靜態資訊（船名、呼號、吃水、目的地）或動態航行資訊（轉向率、對地航速）會被扣分；LRIT 標準訊息極度精簡，僅包含識別碼、經緯度、時間。

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解題技巧

1. 架構記憶口訣：「船端 $\to$ 通訊服務（CSP） $\to$ 應用服務（ASP） $\to$ 資料中心（DC） $\to$ 國際交換中心（IDE） $\to$ 終端用戶（締約國政府/SAR）」，輔以「資料分發計畫（DDP）」作為存取權限仲裁。
2. 適用載具判斷三要件：

• 先決條件：從事國際航行（Engaged on international voyages）。
• 船舶類別：客船（無噸位門檻）、貨船（$\ge 300\text{ GT}$）、MODU（離岸鑽探單元）。
• 例外免除：僅於 GMDSS A1 海區航行且已安裝 AIS 者，或軍艦、公務船可免除。

3. 傳送間隔速記：標準預設值為「每日 4 次（每 6 小時一次）」；遇特殊安全情勢或搜救時，主管機關可遠端發送 Polling 指令，將頻率提高至每 15 分鐘一次。

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【答案】

一、LRIT 之組成架構與基本原理

(一) 基本原理

LRIT（Long-Range Identification and Tracking，船舶遠距識別與追蹤系統）係一全球性、封閉式之點對點衛星監控系統。其運作不透過公開頻道廣播，而是利用船載終端設備（如 Inmarsat-C 或 Iridium 系統），依預設排程自動將加密之位置報告經由衛星傳送至資料中心。

核心觀念

本題旨在測驗航海人員對全球海上遇險及安全系統（GMDSS）船載無線電裝備法定日常維護與功能測試程序的掌握程度。此規範以命題當年（民國 107 年）之國際電信聯盟《無線電規則》（ITU Radio Regulations, RR）、《國際海上人命安全公約》（SOLAS）第 IV 章、國際海事組織大會決議案《GMDSS 設備維護指引》（IMO Res. A.702(17)）以及我國《船舶無線電台管理辦法》之規定為依據（現行法規對 GMDSS 設備測試週期與技術核心原則維持一致）。

GMDSS 設備日常檢測核心在於：

1. 週期責任分工：依每日（Daily）、每週（Weekly）、每月（Monthly）之時程，針對通信設備、應急救難設備及備用能源實施分級檢測。
2. 防誤發警報原則：嚴格區分「設備內部自我測試（Built-in Self-Test, BIST）」與「對外空中發射測試（Live Transmission Test）」，避免佔用或干擾遇險求救專用頻率。

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解題方法

本題為申論問答題，作答應採取「週期分類法」，按「每日」、「每週」、「每月」三大段落由短至長進行條列。每一個週期的測試項目均需精準指出：

1. 測試之設備主體（例如：DSC、EPIRB、SART、蓄電池、印表機）。
2. 測試方式與步驟（例如：內部軟硬體自檢、對海岸電台呼叫、雷達螢幕回波驗證）。
3. 安全操作要求（如檢查水壓釋放器效期、避免觸發真實射頻警報）。

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選項分析（申論試題盲點與分類評析）

本題非選擇題，考生作答時常因週期錯置而失分，主要混淆點剖析如下：

• DSC 測試項目的週期混淆： DSC 測試分為「內部自測」與「現場呼叫測試」。每日僅能進行「不發射射頻訊號」的內部電路自測；向岸台（Coast Station）發送的實際連線測試屬於「每週」項目，切不可在每日檢查中向外發射，否則構成違規干擾。
• 應急設備（EPIRB、SART）之週期誤判： 部分考生誤將 EPIRB 與 SART 歸入每週檢查。依規定，EPIRB 與 SART 之實體外觀與功能自我測試為「每月」項目，以防頻繁自測耗盡應急專用不可充鋰電池之電量。
• 備用電源檢測深度之層級劃分： 蓄電池「每日」僅讀取電壓表、充電電流及浮充指示；「每週」進行負載運轉通電驗證；「每月」則須進行電解液比重測量、接線端子清潔除鏽及通風孔檢查等深度保養。

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解題技巧

1. 記憶口訣歸納：

• 每日檢「自測與電源」：DSC 內檢、主備電源電壓、印表機。
• 每週測「岸台與便攜」：DSC 對岸呼叫、雙向手提 VHF、備用電源通電負荷。
• 每月查「求生與天線」：EPIRB 自測、SART 雷達回波、電池比重端子、天線絕緣子。

2. 答題關鍵詞補強： 作答時務必寫出「不對外發射射頻（without radiation of signals）」、「專用測試模式（Test Mode）」及「記錄於無線電日誌（Radio Log）」，能展現高度適任之專業素養，為評分關鍵亮點。

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【答案】