книги из ГПНТБ / Хохлов, В. А. Видимость сигнальных огней и знаков судоходной обстановки в различных метеоусловиях учебное пособие для студентов судоводительской специальности

следовательно, к снижению остроты стереоскопического зрения. Экспериментально установлено, что ночью точность глазомерных оценок расстояний судоводителями, вследствие возрастания поро­ га глубины, значительно падает.

Автором данной работы экспериментально установлено, что при наличии в поле зрения судоводителя слепящей яркости, точ­ ность глазомерных оценок расстояний также значительно пони­ жается. Необходимо, чтобы судоводители при управлении судном в этих условиях учитывали возможность ошибок при глазомерном определении расстояний. Судоводителям необходимо также учи­ тывать следующее обстоятельство. Если на открытом месте, на­ пример, на море, посмотреть на небо, то сразу можно заметить, что небесный свод имеет форму не полушария, а скорее плоской опрокинутой чаши, иначе сказать мы видим, что расстояние от глаза до точек небесного свода, находящихся у горизонта, значи­ тельно превышает расстояние до точки в зените, т. е. небесный свод сплюснут по вертикальному направлению.

Основной причиной приплюснутости небесного свода следует считать психологическую привычку человека видеть предметы в атмосфере в определенных, наиболее часто встречающихся усло­ виях освещения и перспективы, которая сложилась у него под влиянием длительного опыта в зрительном восприятии простран­ ства. Соотнося предметы на небосводе к приплюснутой поверхно­ сти, судоводитель будет неправильно оценивать высоту предметов, проектирующихся па небесный свод. Предметы, проектирующиеся

на небесный свод ниже 35°, переоцениваются в размерах. Облака на горизонте, башни, створные знаки на фоне неба кажутся боль­ шими, чем на самом деле. Если действительный угловой размер предмета у горизонта (по приборам) составляет 5°, то наблюда­ тель на глаз оценит его в 13,3°.

Как уже говорилось, параметрами порогового различения объ­ ектов являются: яркость фона, угловой размер и яркостный кон­ траст с фоном. Улучшение условий видимости объекта возможно путем увеличения любого из этих трех параметров зрительного процесса. При судовождении в заданных условиях освещения воз­ можна вариация лишь углового размера объекта, осуществляемая путем приближения объекта к глазу наблюдателя или применяя оптические приборы (зрительные трубы, бинокли). Применение оптических приборов для увеличения угловых размеров объектов наблюдения приводит к изменению освещенности сетчатки в зоне

А. А. Гершун [7] ввел понятие о физическом увеличении прибора, показывающем, во сколько раз необходимо увеличить линейный размер объекта наблюдения, чтобы невооруженным глазом ви­

20

деть его также, как через оптический прибор. Это понятие можно выразить следующей формулой

вует «критическое расстояние», в пределах которого угловые раз­ меры не влияют на дальность видимости. При использовании вось­ микратного бинокля «критические расстояния» знаков судоходной

от коэффициента светлоты b = —-, т. е. от отношения яркости зна-

Б

ка к яркости неба у горизонта. Коэффициент светлоты в природ­ ных условиях меняется в широких пределах. При наблюдении объектов со стороны, противоположной солнцу, яркость объектов мала, а яркость неба велика, поэтому коэффициент светлоты мал. Согласно формуле (6) контраст при этом будет быстро убывать с расстоянием, в результате чего дальность видимости знаков, на­ блюдаемых со стороны противоположной солнцу, на светлом фо­ не оказывается малой. Если наблюдать знаки в направлении сол­ нечных лучей, яркость объекта будет большой, яркость фона от­

21

носительно малой. Коэффициент светлоты будет иметь большие числовые значения, чем в первом случае, и дальность видимости будет более значительной. Поэтому при одном и том же контрасте светлый объект на темном фоне виден дальше, чем объект, кото­ рый темнее фона.

На видимость знаков судоходной обстановки, наблюдаемых в направлении солнечных лучей и навстречу солнцу, значительное влияние оказывает индикатриса рассеяния. Максимальное рассе­ яние света происходит в направлении падающих лучей (индикат­ риса вытянута по направлению падающего луча). Поэтому яр­ кость вуалирующей дымки будет значительно больше при наблю­

= 20 км дальность обнаружения красных РБ буев возрастает до 4,5 км, красных ОБ—до 11 —12 км.

Среди знаков судоходной обстановки важное место занимают створные знаки. Видимость створных знаков определяется теми же закономерностями, что и других знаков судоходной обстанов­ ки. При проектировании створа требуется определить необходи­ мые размеры и выбрать цвет щитов для того, чтобы судоводитель мог видеть знаки и пользоваться створом на всем протяжении его действия при наиболее вероятных для данного района условиях прозрачности атмосферы.

Расчет площади силуэтов створных знаков можно производить по номограмме, составленной Н. Г. Болдыревым [5].

Номограмма построена для четырех переменных: коэффициента светлоты Ь\

к

относительного контраста — ;

£

д

относительной дальности видимости объекта — ; S

Q

относительного размера знака — , S2

где площадь Q выражена в квадратных метрах, а м.д. в. S в километрах.

Для определения по номограмме силуэта знака требуется зна­ ние первых трех переменных. Эти величины определяются либо инструментально, с помощью измерителя видимости ИДВ ГГО [5], либо для этого используются табличные данные.

Важным в процессе видения знаков судоходной обстановки яв­ ляется восприятие цвета. Судоводитель, зрительно воспринимая окружающие его предметы, способен различать их не только по форме (контуру), но также и по цвету. Зрительные ощущения цвета и формы предмета не следует считать независимо сущест­ вующими друг от друга элементами восприятия. Эти элементы

22

восприятия тесно связаны друг с другом, составляя общий образ наблюдаемого предмета. Человек ощущает цвета предметов ка­ чественно неодинаковыми лишь в тех случаях, когда различия в спектральном составе отраженного света будет больше или равно порогу цветоощущения.

Цвета, наблюдаемые в природе, делят на две группы: ахрома­ тические (белый, серый, черный) и хроматические (красный, оран­ жевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый). Ахромати­ ческие цвета характеризуются лишь количеством отраженного света. Человеческий глаз может различать в гамме ахроматиче­ ских цветов около 300 оттенков. Хроматические цвета характери­ зуются тремя признаками: цветовым тоном, насыщенностью и светлотой. Основной характеристикой хроматического цвета яв­ ляется его цветовой тон, который определяется длиной волны, до­

Вь — яркость белого излучения.

Другими словами, чистота цвета характеризует степень раз­ бавления монохроматического цвета белым. Очевидно, что для чистого спектрального цвета насыщенность будет единица, а для чисто белого цвета-ноль. Для цветов, окружающих нас предме­ тов, насыщенность выражается правильными дробями. Чем она больше (ближе к единице), тем интенсивнее, резче выражена ок­ раска. Поэтому для таких объектов как сигнальные флаги, буи и вехи, огни светофоров и т. п. выбирают краски с возможно боль­ шей насыщенностью. Если же насыщенность малая, то цвет пред­ ставляется тусклым, блеклым, неясно выраженным.

Итак, цвет любой насыщенности может быть получен путем смешения белого цвета с некоторым спектральным цветом. Это позволяет любой цвет определять двумя числами. Первое из них— цветовой тон, второе—колориметрическая чистота или насыщен­ ность. Например, бледно-розовый цвет—это красный цвет неболь­ шой насыщенности, и он будет характеризоваться, например, та­ кими данными:

Такая система обозначения цвета вполне приемлема, когда приходится иметь дело с самосветящимися объектами. Для выра­

23

жения цветовых впечатлений, получаемых при обозрении несамосветящихся объектов, необходимо добавить еще одну характери­ стику, которая представляет собой относительную яркость объек­ та или светлоту.

Изменение яркости объекта, воспринимаемое нами как изме­ нение цвета, превращающее, скажем, желтый цвет в коричневый, есть изменение светлоты цвета. Светлота обычно выражается чис­ лами в пределах от нуля до единицы.

Как же влияет цвет объекта на дальность его видимости? В случае цветных объектов, отражательная способность которых есть функция длины световой волны, наряду с контрастом ярко­ сти необходимо учитывать контраст цвета. Кошмидер [1] показал, что дальность видимости вследствие цветового контраста имеет минимум для /1= 0 (.4—угол, образуемый вертикальным кругом солнца и направлением линии зрения) и что вплоть до А = 180° она растет, причем степень увеличения зависит от цветовой чув­ ствительности зрения.

С точки зрения безопасности плавания большое значение имеет ориентировка судоводителей при пониженной прозрачности атмо­ сферы. В этих условиях судоводителям важно заблаговременно знать, можно ли рассчитывать на видимость того или иного знака судоходной обстановки. С целью получения данных по видимости знаков судоходной обстановки в этих условиях автором были про­ ведены натурные инструментально-визуальные исследования по видимости плавучих знаков судоходной обстановки в диапазоне

атмосферных помутнений 0,5 км <; SM<f 10 км.

Результаты наблюдений для ОБ буев при пасмурной погоде приведены в табл. 4, в которой даны значения дальности обнару­ жения (открытия) буев в зависимости от метеорологической даль­ ности видимости.

Таблица 4

Данные табл. 4 показывают, что видимость плавучих ОБ зна­ ков судоходной обстановки приSM< К)/ш в основном определяет­ ся прозрачностью атмосферы, причем в диапазоне атмосферных

помутнений 0,5 < Д Н< 3 км угловые размеры не влияют на види­ мость знаков, поскольку знаки просматривают под достаточно

24

большими углами. Если м.д. в. равна 4~г!0 км, что довольно ча­ сто бывает на внутренних водных путях в осенние и весенние ме­ сяцы, видимость плавучих знаков судоходной обстановки в сред­ нем на 30% меньше метеорологической дальности видимости, ко­ торую судоводители получают в путевой информации. Это следует учитывать судоводителям при вождении судов в условиях пони­ женной прозрачности атмосферы.

§ 4. Видимость сигнальных огней

Говоря о дальности видимости ночью, следует различать два случая: видимость огней и видимость несамосветящихся объектов.

Условия восприятия в этих двух случаях существенно различ­ ны. При наблюдении несамосветящихся объектов возможность видеть их определяется как и днем, величиной контраста между объектом наблюдения и лежащим за ним фоном. Ночью измене­ ние контраста объекта с расстоянием происходит по тем же зако­ нам, которые характерны для условий дневного наблюдения. Но абсолютное значение яркости ландшафта ночью несравнимо мень­ ше, чем днем. Это ведет к тому, что зрительный аппарат работает совершенно иначе. Разница между дневной и ночной видимостью объектов в основном определяется психофизиологическими усло­ виями и сводится к следующему:

а) вследствие ахромэтичности ночного зрения восприятие цве­ тов в условиях естественного освещения прекращается и цветовые контрасты теряют свое значение для характеристики видимости, т. е. все ориентиры имеют белесоватый оттенок;

б) снижается острота зрения, если днем судоводитель спосо­ бен различать ориентиры, имеющие угловой размер равный Г, то ночью угловой размер их должен возрасти до нескольких граду­ сов;

в) место наибольшей чувствительности глаза перемещается к периферии сетчатки;

г) порог контрастной чувствительности благодаря низкому уровню яркости возрастает во много раз и сильно меняется с яр­ костью.

Влияние прозрачности атмосферы на видимость несамосветя­ щихся объектов ночью хотя и сказывается, но имеет, по сравнению с общей освещенностью ландшафта, второстепенное значение.

Судоводитель ночью резко ограничен в выборе ориентиров; ча­ сто он или вообще не видит берега, или видит его искаженные не­ привычные контуры, расстояние до которых определить с доста­ точной точностью и надежностью глазомерным способом не пред­ ставляется возможным. Все это создает впечатление чуждой об­ становки, откладывает отпечаток неуверенности или приводит к ложному впечатлению правильности ориентировки. Поэтому в тем­ ное время суток значительно усложняются ориентировка и другие

25

условия работы судоводителей. Поскольку судоводитель ночью не всегда может видеть источник опасности, он находится в состоя­ нии ожидания ее, а это вызывает беспокойство и волнение. Для ориентировки в ночное время важно знать, какие объекты могут встретиться среди тех, которые надо опознать. Успешное управле­ ние судном ночью зависит от умения судоводителя владеть собой и способности его своевременно поступить так, как этого требует обстановка. В силу указанных причин, использование судоводите­ лями в качестве ориентиров ночью несамосветящихся объектов затруднено, поэтому для ориентировки ночью используются огни.

Допустим, что мы наблюдаем уединенный огонь, имеющий си­ лу света / о на расстоянии L, на котором угловые размеры источ­ ника меньше порога остроты зрения, т. е. он воспринимается как точечный. Рассмотрим, чем определяется дальность видимости это­ го огня. Пусть световой поток не ослабляется атмосферой, тогда освещенность, создаваемая этим огнем на зрачке наблюдателя, будет равна

Но в атмосфере световой поток ослабляется, как уже указы­ валось выше, по закону Бугера. Поэтому действительная освещен­ ность на зрачке наблюдателя будет равна

где и — показатель ослабления на единицу длины.

При некотором расстоянии Lc, называемом дальностью види­ мости сигнального огня, освещенность на зрачке достигает такого минимума, при котором глаз перестает видеть данный огонь. Эта минимальная освещенность носит название пороговой освещенно­

можно найти либо по таблицам, либо по номограмме. Для по­

26

строения последней вместо коэффициента ослабления а подстав­ ляется соответствующее ему выражение из (10)

^3 ^ 5 S\.

Для упрощения расчетных операций по данному уравнению обычно строят график вида I — f (L, SM), при постоянном значении Дпор Для белого постоянного огня.

На рис. 8 приведены кривые дальности видимости световых сигналов в зависимости от силы света источника и состояния ат­ мосферы. Эти кривые построены для Дцор= 2 • 10~7 лк, что соответ­ ствует расчетному порогу для белого света при яркости фона

5-10~2 нт*

По кривым рис. 3 можно определить:

а) расстояние, на котором будет виден одиночный белый огонь ночыо при заданной прозрачности атмосферы;

б) силу света, которую должен иметь белый огонь для того, чтобы в светлую ночь он был виден на данном расстоянии;

в) м.д. в. при заданной силе света Jo-

Пороговая освещенность Дпор является важным параметром, определяющим дальность видимости и надежность восприятия ог­ ней судоводителями. Она зависит от целого ряда факторов. К ним относятся:

а) наличие посторонних огней или ярких поверхностей, распо­ ложенных в поле зрения судоводителя;

б) шум двигателя, вибрация; в) физическое и нервное утомление;

г) продолжительность пребывания наблюдателя при данном уровне освещенности.

* Нт (нит)—единица яркости, равная 10-4 стильбам.

27

Пороговая освещенность сильно зависит от яркости фона, на котором наблюдается сигнал. Даже при незначительном увеличе­ нии яркости фона величина £ пор резко возрастает. Наименьшая

Метеоролошвслая йалмаст Ф/dnwjc/m „

Рис. 3. Дальность видимости белого огня ночью

пороговая освещенность отмечается при наблюдении светового сигнала на совершенно темном фоне, соответствующем яркости меньше 10~6 нт. Величина пороговой освещенности, полученная в этих условиях, носит название абсолютно светового порога. По данным различных исследователей, абсолютный световой порог ко­

леблется от 0,8510~9л/с до 8,5-10 л к . Однако в реальных усло­

гласно Демкиной А. И. [9] зависимость пороговой освещенности от яркости фона описывается кривой, представленной на рис. 4.

Светосигнальные приборы речного транспорта рассчитывают­ ся, исходя из обеспечения £ пор при Вф = 5 • 10~2 нт. Такая величи­

на Вф соответствует полнолунию и примерно середине навигацион­ ных сумерек. Для белого постоянного огня в качестве расчетной

28

пороговой освещенности принята величина, равнаяЯрасч^- {О*1лк.

Следовательно, для яркости фона 5' 10~2 нт берется коэффициент запаса равный

2-Ю 7 — 4

5 -10~8

Рис. 4. Пороговая освещенность белого точечного источника света в зависимо­

сти от яркости фона

Следует, однако, заметить, что для большинства указанных выше факторов, влияющих на видимость сигналов, коэффициент запаса 4 недостаточен. В зарубежной технической литературе для ночных условий наблюдения световых сигналов за пороговую ос­ вещенность принята величина ^пор белого огня, равная 10-6 лк. В этом случае коэффициент запаса составляет 20.

В настоящее время на внутренних водных путях все чаще тре-

хорошо освещенными городами и населенными пунктами. Это по­ будило автора заняться изучением восприятия огней для этих ус­ ловий и нормированием соответствующих значений Япор- С этой целью были проведены измерения Еп0р на рейдах гг. Горького,

29