111 高普考高考三級 航海技術 航海學 考古題詳解

核心觀念

本題考查航海學中大圈航法（Great Circle Sailing）之理論特性，以及國際海事組織（IMO）決議案 A.893(21)《航路計畫指引》（Guidelines for Voyage Planning）在大洋航行實務中的具體應用。

1. 大圈航法之特性：

• 球面上連接兩點的最短弧線為大圈航線，但除赤道與子午線外，大圈航線與各子午線之交角（航向）隨位置連續改變，船舶無法以單一固定真航向操舵航行。
• 大圈航線在麥氏海圖（Mercator Chart）上呈凹向赤道、凸向極地之曲線；在球心投影海圖／日晷海圖（Gnomonic Chart）上則為直線。

2. 頂點（Vertex, $V$）與球面三角公式：

• 大圈航線所能到達之最高緯度點稱為頂點（Vertex）。依奈氏定律（Napier's Rules），出發點緯度 $L_1$、初航向 $C_1$ 與頂點緯度 $L_v$ 之關係為： $\cos L_v = \cos L_1 \cdot \sin C_1$

3. 混合航法（Composite Sailing）：

• 若計算出之大圈頂點緯度 $L_v$ 超過安全航行上限，必須設定限制緯度圈（Limiting Parallel, $L_m$），改採「大圈—恆向線（沿限制緯度圈）—大圈」之混合航線。

解題方法

本題為典型的申論實務題。回答時應依照航海計畫四階段（評估 Appraisal $\rightarrow$ 計畫 Planning $\rightarrow$ 執行 Execution $\rightarrow$ 監控 Monitoring）之邏輯，拆解為「作業程序」與「注意事項」兩大維度切入，方能涵蓋理論推導、海圖作業與現代整合航儀（ECDIS）操作。

各項程序與考量要點分析

一、作業程序（Operational Procedures）

1. 可行性評估與頂點計算（Appraisal & Vertex Calculation）：

• 計算航程兩點間之大圈距離 $D$、初航向 $C_1$ 與頂點緯度 $L_v$： $\cos D = \sin L_1 \sin L_2 + \cos L_1 \cos L_2 \cos \Delta\lambda$
• 查核頂點緯度是否過高，確認航線是否會進入高緯度結冰區、浮冰帶或危險海域。若頂點超出安全界限，應立即計算限制緯度，轉為「混合航法」。

2. 航路繪製與分段轉換（Plotting & Chord Selection）：

• 傳統海圖作業：

1. 利用球心投影大圈海圖（Gnomonic Chart）將出發點與目的地點以直線連接。
2. 沿大圈線每隔特定經度差（如 $5^\circ$ 或 $10^\circ$）或以等距離取轉向點（Waypoints）。
3. 將各轉向點之經緯度座標轉繪至麥氏海圖（Mercator Chart）上。
4. 以恆向線（Rhumb line）連接相鄰轉向點，構成複式恆向線航法（Multiple Rhumb Line Sailing）。

• 電子海圖（ECDIS）設定：

1. 在 ECDIS 航路編輯器中將各航段之航行型態選定為大圈航線（Great Circle Leg）。

2. 設定適當的轉向點間隔與走錨／偏航警報限制（Cross-Track Distance, XTD）。

3. 海圖安全檢查（Safety Check & Contour Verification）：

• 執行航線自動查核，確認航線未通過暗礁、淺灘、禁航區，且避開水深小於船舶安全等深線（Safety Contour）之水域。

4. 航儀更新與值班交接設定（Execution Setup）：

• 將已核准之航線輸入自適應自動操舵儀（Autopilot / Track Control System, TCS）。
• 計算並標註各轉向點預計抵達時間（ETA）、每段之真航向及轉向半徑（Rate of Turn / Turn Radius）。

二、注意事項（Key Considerations & Hazards）

核心觀念

本題考查國際海事組織（IMO）《國際海上人命安全公約》（SOLAS）第 IV 章「無線電通訊」之規範架構，以命題當年（民國 111 年）法規與國際標準為準。

全球海上遇險及安全系統（Global Maritime Distress and Safety System, GMDSS）利用衛星通訊與地面通訊（數位選擇呼叫 DSC、窄頻印字電報 NBDP、無線電話等）結合，確保船舶在任何海域發生遇險時，均能迅速向岸上搜救單位（RCC）與附近船舶發出警報，並接收海上安全資訊（MSI）。

在衛星通訊體系中，主要由兩大架構組成：

1. 認可移動衛星服務（Recognized Mobile Satellite Service, RMSS）：提供雙向遇險警報、搜救協調、海上安全資訊（MSI）廣播及一般商務通訊。民國 111 年時，獲 IMO 認可營運之服務包含 Inmarsat 與 Iridium。
2. 衛星遇險定位示標系統：即 Cospas-Sarsat 系統，專門配合 406 MHz 衛星應急指位無線電示標（EPIRB），提供單向自動或手動之遇險警報傳送與遇險位置測定。

解題方法

本題為標準的制度法規與系統功能申論題，答題架構應採「總分結合、系統化列舉」：

1. 系統界定：開門見山點出 GMDSS 體系內的衛星系統主要有三：Inmarsat、Cospas-Sarsat 以及新增納入之 Iridium。
2. 分項詳述：對每一個系統分別說明其「軌道架構／涵蓋範圍」與「核心功能（警報、語音／數據、MSI 廣播、定位）」。
3. 功能歸納：點出各系統在 GMDSS 九大通訊功能中的角色分工，展現完整的航海通訊專業知識。

選項分析

本題為國家考試之申論題，非選擇題，故無個別選項。評分關鍵在於考生能否完整寫出 Inmarsat、Cospas-Sarsat 與 Iridium 三大系統，並準確區分「單向示標定位」與「雙向遇險與安全通訊」之功能差異。若僅答出 Inmarsat 而遺漏 Cospas-Sarsat 或 Iridium，將會被大幅扣分。

解題技巧

1. 防漏陷阱：許多考生容易誤以為 GMDSS 的衛星只有 Inmarsat，而把 EPIRB 的 Cospas-Sarsat 當作「純設備」而非「衛星通訊系統」；或者忽略了 IMO 已於 2020 年底正式投入運作的 Iridium 系統。
2. 口訣記憶：記住「一標二星」或「兩大雙向、一大單向」：

• 雙向衛星通訊：Inmarsat（靜止軌道，涵蓋 A1–A3）、Iridium（低軌衛星，涵蓋全球含 A4 極區）。
• 單向搜救定位：Cospas-Sarsat（406 MHz EPIRB，負責浮起自動發報與都卜勒／GNSS 定位）。

3. 高分得分點：明確寫出專用廣播服務名稱，如 Inmarsat 的 SafetyNET 與 Iridium 的 SafetyCast，可向閱卷委員展現扎實的航海通訊實務功底。

【答案】

全球海上遇險及安全系統（GMDSS）中運用的衛星通訊系統，依命題當年（民國 111 年）SOLAS 公約標準，主要包含以下三大系統：

一、國際海事衛星系統（Inmarsat, International Maritime Satellite System）

1. 系統架構與涵蓋範圍：

• 採用地球同步靜止軌道（GEO）衛星，由赤道上空約 36,000 公里處的多顆主運作衛星組成。

核心觀念

差分式 GPS（DGPS）的核心，是利用已知精確座標的岸上參考站，估計 GPS 衛星訊號中的共同誤差，再把各衛星的改正資料傳給船舶。船上接收機將改正數套用到自己的衛星觀測值後，重新計算船位。

參考站與船舶在同一區域、同一時刻觀測同一顆衛星時，衛星時鐘、軌道及大氣傳播等誤差具有一定程度的相關性，因此可用參考站估得的改正數，降低船舶定位誤差。

示意圖

 GPS 衛星
 訊號 ↓ ↓ 訊號
 ┌─────────────┐ ┌─────────────┐
 │ 岸上參考站 │ │ 船舶 DGPS 接收機 │
 │ 座標已精確測定│ │ 接收衛星訊號 │
 └──────┬──────┘ └──────▲──────┘
 │ │
 比較實測偽距與計算偽距 │ 套用改正數
 │ │
 計算各衛星改正數 ─────────┘
 │
 岸台無線電／資料鏈傳送

解題方法與操作流程

題目要求說明「工作與操作原理」，作答時依序交代參考站如何產生改正數、資料如何傳送，以及船上如何使用，便能完整呈現 DGPS 的運作。

1. 參考站取得已知位置 岸上參考站架設於經精密測定座標的位置，記為 $\mathbf{x}_{ref}$。參考站接收 GPS 衛星訊號，量得各衛星的偽距。

2. 計算參考站至衛星的幾何距離 參考站利用已知站位及衛星星曆，計算第 $i$ 顆衛星至參考站的幾何距離：

$R_{ref,i}=\left\|\mathbf{s}_i-\mathbf{x}_{ref}\right\|$

其中 $\mathbf{s}_i$ 是衛星位置，$\mathbf{x}_{ref}$ 是參考站已知位置。

核心觀念

本題評量考生對於船舶在受限或高風險水域航行時，「船長職責」（Master's Responsibilities）與「駕駛台程序」（Bridge Procedures）之實務掌握。涉及核心法規與國際標準包含：

1. 航行計畫四階段（Passage Planning）：依據國際海事組織（IMO）A.893(21)號決議案《航程計畫指引》（Guidelines for Voyage Planning），包含評估（Appraisal）、規劃（Planning）、執行（Execution）與監控（Monitoring）。
2. STCW 公約及規則（以命題當年民國 111 年有效架構為準）：STCW Code 第 A-VIII/2 節「航行當值應遵循之原則」，規範駕駛台人力編配、船長親自指揮時機與瞭望要求。
3. 國際海上避碰規則（COLREG 1972）：第 5 條（瞭望）、第 6 條（安全速力）、第 7/8 條（碰撞危險與避碰行動）、第 9 條（狹窄水道）。
4. 國際安全管理章程（ISM Code）與駕駛台程序指南（ICS BPG）：航經危險或通航受限水域之查核清單（Checklists）與應急備便措施。

解題方法

本題屬申論題型，切入點應立足於「船長（Master）之決策與領導管理層次」，避免僅從一般當值航行員（OOW）的微觀技術操作答題。答題架構應採「時序與系統化架構」，由進水域前的「評估與部署」，延伸至進水域時的「操船控制與監控」，最後依題幹所列特定危險水域（風場、礁航沉船、海難現場）補充「專項處置」，以展現層次分明、條理嚴謹之專業作答深度。

選項分析

本題為申論題，無選擇題選項。答題核心應當涵蓋以下四大維度：

1. 駕駛台人力與資源配置（BRM 架構）。
2. 航儀設定、主機與操舵設備之備便狀態。
3. 航行監控手段（定位、避碰、水深、避險線）。
4. 針對風場、礁航沉船、海難現場之特定防護作為。

解題技巧

1. 架構分明：答題時運用「事前準備 $\to$ 當值與操船 $\to$ 特定水域應變」之三段式架構，能確保無遺漏並獲得閱卷委員高分青睞。
2. 緊扣題幹關鍵字：題目特別點出「風場航道」、「礁航沉船」、「海難現場」，作答不可僅寫泛泛的「減速、瞭望」，必須分別針對該三種水域寫出對應風險點（如風機對雷達之干擾效應、淺水蹲踞效應對 UKC 之侵蝕、海難現場搜救通信與漂流物危害）。
3. 術語專業化：適度加入國際海事標準術語，如 BRM（駕駛台資源管理）、UKC（龍骨下水深裕度）、Parallel Indexing（平行標繪法）、Safety Contour（安全等深線）等。

【答案】

以船長觀點而言，當船舶即將駛進危險水域（如風場航道、礁航沉船及海難現場等）時，為確保人命、船舶與海洋環境安全，應採取下列防範與管制措施：

一、航程規劃檢視與風險評估（Appraisal & Planning）

1. 更新與核對最新海事安全資訊（MSI）：

• 查閱最新航行通告（Notices to Mariners）、射頻/衛星航行警告（NAVTEX / SafetyNET / EGC），確認沉船標誌、浮標移位、風場施工公告或海難現場搜救禁航區範圍。

2. 審查電子海圖（ENC）與航線設計：

• 設定合適之安全水深（Safety Depth）與安全等深線（Safety Contour），建立防碰反饋線（No-Go Areas）與避險線。
• 規劃平行標繪法（Parallel Indexing, PI）監控線，以備在衛星定位受限時進行雷達盲控導航。

核心觀念

本題測驗地文航海學（Terrestrial Navigation）中最基礎且重要的航向換算（Course Conversion），核心在於理解羅經航向、磁航向與真航向之間的相對關係及修正偏角：

1. 基本定義：

• 真航向（True Course, $T$ 或 $Tc$）：以地理真北（True North）為基準測得之航向。
• 磁航向（Magnetic Course, $M$ 或 $Mc$）：以地磁北（Magnetic North）為基準之航向。
• 羅經航向（Compass Course, $C$ 或 $Cc$）：以磁羅經北（Compass North）為基準測得之航向。
• 地磁磁差（Variation, $\mathrm{Var}$）：地理真北與地磁北之夾角。磁北偏於真北之東稱東磁差（$\mathrm{E}$），偏西稱西磁差（$\mathrm{W}$）。
• 羅經自差（Deviation, $\mathrm{Dev}$）：受船體鋼料及磁性影響，使磁羅經指示偏離磁北之夾角。羅北偏於磁北之東稱東自差（$\mathrm{E}$），偏西稱西自差（$\mathrm{W}$）。
• 羅經差（Compass Error, $CE$）：真北與羅北之總夾角，即磁差與自差之代數和： $CE = \mathrm{Var} + \mathrm{Dev}$

2. 修正規則（CADET 原則）：

• 由羅經轉換至真向（Compass to True）：東加、西減（Add East, Subtract West）。
• 關係式： $M = C \pm \mathrm{Dev} \quad (\mathrm{E} \text{ 取 } +, \, \mathrm{W} \text{ 取 } -)$ $T = M \pm \mathrm{Var} \quad (\mathrm{E} \text{ 取 } +, \, \mathrm{W} \text{ 取 } -)$ 或直接以總羅經差換算： $T = C \pm CE \quad (\mathrm{E} \text{ 取 } +, \, \mathrm{W} \text{ 取 } -)$

解題方法

本題已知觀測之船航向為磁羅經讀數，需逐步修正自差與磁差以求得真航向。

步驟一：標列已知條件

• 羅經航向 $C = 118^\circ$
• 羅經自差 $\mathrm{Dev} = 3^\circ\mathrm{W}$（偏西，換算至真向時取負）