在廣闊無垠的海洋或蜿蜒曲折的河流上航行，掌握船隻的速度是每位船長、水手乃至於航海愛好者都必須具備的核心知識。船速不僅關係到航程時間的精準預估，更是燃油效率、航行安全與避碰的關鍵數據。然而，「船速怎麼算」這看似簡單的問題，背後卻牽涉到多種定義、測量方法與影響因素。本文將從最基礎的船速概念開始，深入剖析其計算方式、影響因子以及在實際航海中的應用，帶您全面理解船速的奧秘。
船速的基本定義與核心公式
什麼是「速度」？
從物理學的基本定義來看，速度是物體在單位時間內所移動的距離。這個概念同樣適用於船隻。因此，最基本的船速計算公式為：
船速 = 航行距離 ÷ 航行時間
例如，如果一艘船在2小時內航行了20海里，那麼它的平均船速就是10海里/小時。
船速的測量單位：為何是「節」（Knots）？
在陸地上，我們習慣使用公里/小時（km/h）或英里/小時（mph）來表示速度。但在航海領域，國際上普遍使用的船速單位是「節」（Knots，縮寫為kt或kn）。這個單位源於早期航海的測速方法：水手將一條打有繩結（Knots）的繩子拋入水中，繩結間隔相等，通過測量特定時間內流過的繩結數量來估算船速。
一個「節」定義為每小時航行一海里（Nautical Mile）的速度。那麼，一海里又是多長呢？
一海里（Nautical Mile）：約等於地球子午線上緯度1分（1/60度）的長度。其國際標準長度為1,852公尺（或1.852公里）。
換算關係：
理解了「節」的定義，我們便能輕鬆進行單位換算：
1 節 (Knots) = 1 海里/小時
1 節 (Knots) ≈ 1.852 公里/小時 (km/h)
1 節 (Knots) ≈ 1.15078 英里/小時 (mph)
1 節 (Knots) ≈ 0.5144 公尺/秒 (m/s)
例如，如果您的船速是15節，那麼它大約等於：
15 節 × 1.852 公里/節 = 27.78 公里/小時
兩種關鍵的船速：水上速度（STW）與對地速度（SOG）
在航海中，談論船速時，必須區分兩種重要的概念：水上速度（Speed Through Water, STW）和對地速度（Speed Over Ground, SOG）。這兩者雖然都代表船隻的速度，但其參考點不同，因此在有水流或洋流的情況下，數值會有所差異。
水上速度 (Speed Through Water, STW)：船與水體的相對速度
水上速度是指船隻相對於其周圍水體的速度。可以想像成，如果水流是靜止的，船隻移動的速度就是STW。這項速度直接反映了船隻推進系統（如引擎和螺旋槳）在水中產生的推進效率，以及船體所受到的水阻力。
測量方式： 傳統的船速測量儀器，如計程儀（Log），主要測量STW。這些設備通常透過測量水流通過船體的速度或壓力差來工作。
對地速度 (Speed Over Ground, SOG)：船與地球的絕對速度
對地速度是指船隻相對於地球陸地（或海床）的速度。這是航海中更為實際和重要的速度指標，因為它直接決定了船隻在特定時間內能夠實際前進的距離，對於航程計算和預計抵達時間（ETA）至關重要。
測量方式： 現代航海主要透過全球定位系統（GPS）來測量SOG。GPS根據船隻在地球上的精確位置隨時間的變化來計算其對地速度。
為何兩者不同？洋流與水流的影響
STW和SOG之間的主要差異來源於水流或洋流的影響。
當船隻順著水流航行時（例如：順流而下），SOG會大於STW，因為水流「助推」了船隻。
當船隻逆著水流航行時（例如：逆流而上），SOG會小於STW，因為水流「阻礙」了船隻。
如果水流方向與船隻航向垂直（橫向流），SOG的方向會與船頭指向的方向（船首向）有所偏差，導致船隻實際航行的軌跡偏離原定航向，需要修正航向來保持原定航跡。
因此，對於精準的航行計畫和預估，船長必須同時參考STW和SOG，並考慮水流的影響。
現代船速測量技術大揭秘
從早期用繩結計數的簡陋方法，到如今高科技的電子儀器，船速的測量技術經歷了巨大的演進。
全球定位系統 (GPS)：最普及的SOG測量工具
GPS是目前最廣泛使用的船速測量工具，它直接提供船隻的對地速度（SOG）。GPS接收器通過接收來自多個衛星的信號，計算出船隻在地球上的精確經緯度位置。通過連續測量位置的變化，GPS便能精確地計算出船隻的移動速度和航向。
優點： 測量精準、不受水流影響（直接測量SOG）、全球覆蓋、成本相對較低。
缺點： 在某些遮蔽區域（如峽谷、高樓旁）信號可能受影響；衛星信號丟失或多徑效應可能導致瞬間讀數不準。
船速感測器 (Log)：測量STW的利器
傳統的船速感測器（或稱計程儀、船速計）主要用於測量船隻的水上速度（STW）。
傳統拖曳式測程儀 (Towed Log / Chip Log)：
這是歷史上最古老的方法之一。通過將一個扇形或圓錐形的小木片（chip）綁在繩子上，從船尾拋入水中，利用其在水中受到的阻力使繩子從捲軸上放出。繩子上每隔一定距離打一個結（knot）。在規定的時間內（通常用沙漏計時），數出放出繩結的數量，便可得知船速。這也是「節」這個單位的由來。
多普勒測速儀 (Doppler Log)：
現代船隻常用的一種高精度STW測量儀器。它利用多普勒效應（Doppler Effect）原理，向水下發射超聲波脈衝，並接收從水中懸浮顆粒反射回來的信號。根據發射波和接收波的頻率差（多普勒頻移），可以精確計算出船隻相對於水體的移動速度。部分先進的多普勒測速儀也能測量SOG，透過發射超聲波到海底進行測量。
電磁測速儀 (Electromagnetic Log)：
這類測速儀利用法拉第電磁感應定律工作。當船隻通過水中時，安裝在船底的感測器產生磁場，水流在磁場中切割磁力線，產生感應電動勢。這個感應電動勢的大小與水流速度成正比，從而計算出STW。
壓差式測速儀 (Pitot Tube)：
雖然在飛機上更常見，但小型船隻也可能使用類似皮托管的裝置。它通過測量船隻移動時在船體前端產生的動態壓力與靜態壓力的差異來計算速度。壓力差越大，速度越快。這類裝置通常測量STW。
從引擎轉速（RPM）估算：理論速度的計算
對於配備螺旋槳的機動船隻，我們可以根據引擎的轉速（Revolutions Per Minute, RPM）來估算一個理論上的船速。這個估算通常用於船隻設計和性能測試的初步參考，但在實際航行中會受到多種因素的影響而產生偏差。
理論速度計算公式：
理論船速 = (螺旋槳螺距 × 引擎轉速) ÷ 實際滑失率
螺旋槳螺距（Propeller Pitch）： 指螺旋槳旋轉一圈，在沒有滑失的情況下，船隻理論上會前進的距離。單位通常是英吋或公尺。
引擎轉速（RPM）： 引擎每分鐘的轉數。
滑失率（Slip）： 這是關鍵的修正因子。螺旋槳在水中轉動時，並非100%有效地將轉動能量轉化為直線推進。水會從螺旋槳葉片上「滑開」，導致實際推進距離小於理論螺距。滑失率通常以百分比表示，常見的範圍在10%至30%之間，受到船體設計、螺旋槳狀態、水阻力等影響。
舉例：
假設一個螺旋槳的螺距為20英吋，引擎轉速為2000 RPM，預估滑失率為20%。
理論前進距離/分鐘 = 20 英吋/轉 × 2000 轉/分鐘 = 40000 英吋/分鐘
將其轉換為英里/小時：
40000 英吋/分鐘 ÷ 12 英吋/英尺 ÷ 5280 英尺/英里 × 60 分鐘/小時 ≈ 37.88 英里/小時
考慮滑失率後：
實際理論速度 = 37.88 英里/小時 × (1 - 0.20) = 37.88 × 0.8 = 30.30 英里/小時
再轉換為節：30.30 英里/小時 ÷ 1.15078 英里/節 ≈ 26.33 節
局限性： 這種方法只能提供一個大致的估算，因為滑失率是一個變數，會受到船速、載重、海況、螺旋槳磨損等許多因素的影響。因此，它不能替代精準的測速儀器。
影響船速的複雜因素
一艘船的實際航行速度，除了引擎動力和測量方式外，還會受到許多內外部因素的綜合影響。理解這些因素有助於船長更好地管理船速、預估航程並提高燃油效率。
動力系統：引擎與螺旋槳
引擎馬力（Horsepower）： 引擎輸出的馬力越大，通常能夠推動船隻達到更高的速度。然而，馬力與速度並非線性關係，因為水阻力會隨著速度的增加而呈指數級增長。
螺旋槳設計與匹配： 螺旋槳的直徑、螺距、葉片數量和形狀都極大地影響其推進效率。一個設計不良或與引擎不匹配的螺旋槳會導致馬力浪費，影響船速。
傳動系統效率： 變速箱、傳動軸等部件的摩擦和損耗也會影響最終傳遞到螺旋槳的有效動力。
船體設計與吃水深度
船體形狀：
排水型船體（Displacement Hull）： 這類船體在水中形成波浪，其最大速度受船長影響，有一個理論上的「船速極限」（hull speed），超過此速度會產生巨大的波浪阻力。例如大型貨船、拖船。
滑行型船體（Planing Hull）： 這類船體設計讓船速達到一定程度後，船頭抬起，船體大部分脫離水面，減小濕潤表面積和興波阻力，從而達到更高速度。例如快艇、遊艇。
濕潤表面積： 船體與水接觸的表面積越大，摩擦阻力越大，船速越慢。
吃水深度： 吃水越深，意味著船體在水中浸沒的部分越多，濕潤表面積增大，水阻力也會隨之增加，影響船速。
海況與天氣條件：風與浪
風： 逆風（Headwind）會增加空氣阻力，顯著降低船速；順風（Tailwind）則能提供額外推力，幫助提升船速。側風則可能導致船隻偏航，間接影響有效航速。
浪： 迎浪（Head Sea）會導致船隻在浪峰與浪谷之間起伏，增加水阻和晃動，降低船速並增加油耗。順浪（Following Sea）有時能幫助推動船隻，但在惡劣海況下也可能導致船隻失控或被浪「追上」而失穩。橫浪則會導致船隻劇烈橫搖。
水文條件：洋流與潮汐
洋流（Ocean Currents）： 強大的洋流（如黑潮）能顯著影響船隻的對地速度（SOG）。順著洋流航行可以節省時間和燃料；逆著洋流航行則會大幅降低SOG。
潮汐（Tides）： 在沿海地區和河口，潮汐引起的潮流對船速的影響尤為明顯。掌握潮汐漲落的時間和流向，是精準計算船速和規劃航程的關鍵。
船體附著物（Fouling）
船底附著的海生物，如藻類、藤壺、牡蠣等，會顯著增加船體表面的粗糙度，從而大大增加摩擦阻力，導致船速下降，燃油消耗增加。定期清洗船底和使用防污漆是維持船速和效率的重要措施。
載重與配平
載重（Load）： 船隻裝載的貨物或乘客越多，總排水量越大，船體下沉越深，水阻力隨之增加，導致船速下降。
配平（Trim）： 船隻前後吃水深度的差異。不當的配平會導致船體傾斜，增加水阻或影響螺旋槳效率，進而影響船速。
淺水效應（Squat Effect）
當船隻在水深相對較淺的區域高速航行時，船底與水底之間的壓力差會導致船體下沉（尤其船尾），同時船頭抬起。這種「下蹲」現象（Squat Effect）會顯著增加船隻的水阻力，導致船速下降，甚至可能導致船底觸礁。
船速計算在航海中的實際應用
精準的船速計算和掌握，對於每一次航行都至關重要。它不僅是航行計畫的基礎，更是確保安全與效率的核心。
航程時間（ETA）估算
這是船速最直接且最重要的應用。通過計算預計的對地速度（SOG）和剩餘航程，船長可以精確估算抵達目的地所需的時間（Estimated Time of Arrival, ETA）。這對於貨物運輸的時效性、客運航班的安排，以及船舶進港調度都極其關鍵。
燃油效率管理
船速與燃油消耗之間存在密切關係，通常呈非線性。大多數船舶都有一個「經濟航速」，在此速度下每海里燃油消耗最低。監測船速與油耗的關係，可以幫助船長選擇最佳航速，降低運營成本，並減少碳排放。
航行安全與避碰
在海上，了解自身船速以及周圍船隻的速度，是避免碰撞的基礎。國際避碰規則（COLREGs）中明確要求船舶應保持安全速度，以便在任何情況下都能及時採取適當和有效的避碰行動。準確的船速數據有助於判斷他船的動向，計算會遇點和避讓時機。
船隻性能評估
通過持續記錄船隻在不同條件下的船速數據，可以評估船隻的性能是否正常。例如，如果發現在相同引擎轉速下，船速持續下降，這可能暗示船底需要清洗、螺旋槳受損、引擎性能下降，或者船體配平不當等問題。這有助於及早發現並解決問題，保持船舶的最佳狀態。
船速的常見問題（FAQ）
以下整理了幾個關於船速的常見問題，希望能幫助您更深入理解。
如何將節（Knots）轉換為公里/小時（km/h）？
將節轉換為公里/小時，只需將節數乘以1.852即可。例如，10節 = 10 × 1.852 = 18.52 公里/小時。這是因為一海里等於1.852公里。
為何GPS測量的船速有時會不準確？
GPS測量船速（SOG）通常非常精確，但在某些特定情況下可能出現瞬時不準確：
衛星信號遮蔽或干擾： 在高樓大廈、深峽谷或某些特殊電磁環境下，GPS信號可能被遮蔽或受到干擾，導致定位不準，進而影響速度計算。
多徑效應： GPS信號從物體反射後才到達接收器，會導致測量誤差。
啟動初期： GPS接收器剛開機或重新獲得信號時，需要一定的時間才能穩定並提供精確的速度讀數。
低速時： 在極低速度下，GPS定位變化微小，有時會顯得不穩定或讀數跳動。
船速越快是否就越省油？
答案是否定的。大多數船隻都有一個「經濟航速」（Economic Speed），在這個速度下，每單位距離（如每海里）的燃油消耗是最低的。這是因為船速增加，水阻力會呈指數級增長，尤其是在超過船速極限（對於排水型船隻）後，推動船隻所需馬力會急劇增加，導致油耗激增。因此，盲目追求高速往往會導致更高的燃油成本。
如何判斷我的船速是STW還是SOG？
最簡單的判斷方法是看您所使用的測速儀器。如果您的船速是透過GPS儀器顯示的，那麼它幾乎肯定是對地速度（SOG）。如果船速是透過船底安裝的計程儀（如多普勒測速儀、電磁測速儀或壓差式測速儀）顯示的，那麼它通常是水上速度（STW）。現代航海儀器通常會明確標示是SOG還是STW。
船體上的海生物會如何影響船速？
船體上的海生物（如藤壺、藻類、蠔等）會顯著增加船體表面的粗糙度，導致摩擦阻力大幅增加。這種阻力的增加會直接導致船隻在相同動力輸出下，其水上速度（STW）顯著下降。長期積累的海生物甚至可能使船速下降10%至20%以上，同時伴隨著燃油消耗的大幅增加。定期清洗船底和使用高性能防污漆是維持船速和效率的重要維護工作。
結論：掌握船速，精準航行
「船速怎麼算」這個問題，遠不止於一個簡單的數學公式，它包含了對航海單位、測量技術、環境影響以及船舶性能的全面理解。無論是規劃一次短程沿海航行，還是橫渡大洋的遠征，精準掌握船速都是安全、經濟與高效航行的基石。透過本文的詳細解析，相信您對船速的計算與應用有了更深入的認識，使您在未來的航海旅程中，能更加自信從容，精準無誤地掌控船隻的脈搏。