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

Куйбышева к Саратова. Измерения пороговой освещенности про­ водились звездным фотометром конструкции Н. Г. Болдырева [5]. В результате проведенных исследований установлено, что для на­ дежного восприятия судоводителями огней судоходной обстанов­ ки на рейдах городов необходимо брать в качестве расчетной ве­ личины пороговой освещенности, равную £ пор— 1 - 10—6 лк. Уста­ новление более высокого значения £ пор потребует повышения мощности источников света, но увеличение надежности восприя­ тия огней оправдает дополнительные затраты на повышение мощ­ ности источников.

В световой сигнализации, применяемой на внутренних водных путях, в качестве условных знаков используются световые сигна­ лы красного, зеленого и белого цвета. При расчете видимости цветных световых сигналов следует различать световой и цвето­ вой пороги. Цветовой и световой пороги значительно отличаются друг от друга. Наименьшее значение освещенности на зрачке на­ блюдателя, при котором начинает восприниматься цвет сигнала, называется цветовым порогом. На рис. 5 приведены величины све-

Длина долны, мп

Рис. 5. Световые пороги на появление (I) и на исчезновение (II) и цветовые

пороги (IV) для точечного источника света в полной темноте

30

товых и цветовых порогов для точечного источника света в полной темноте по данным Л. И. Демкиной [9]. Кривая I на рис. 5 пока­ зывает изменение пороговой освещенности Еа0р на появление, а кривая II—на исчезновение в зависимости от длины волны. Кри­ вая IV является границей, выше которой различается цвет сигна­ ла (пороговое узнавание). Область между кривыми светового I и цветового IV порогов соответствует бесцветному (ахроматическо­ му) зрению. Бесцветный промежуток на рис. 5 весьма значителен для синего и зеленого цвета, меньше для желтого и вовсе отсут­ ствует для красного цвета. Это объясняется тем, что аппарат ноч­ ного зрения не чувствителен к крайнему красному участку спект­ ра (это видно по спектральной кривой III палочкового аппара­ та)—красный цвет мы обнаруживаем и опознаем только аппара­ том дневного зрения. Как видно из рис. 5, за исключением красных сигналов, значение цветовых порогов во много раз превышает значение световых порогов. Для красного сигнала световой и цве­ товой пороги совпадают, т. е. одновременно с появлением сигнала распознается и его цвет. В связи с этим красный сигнал нашел широкое распространение в светосигнальной технике. Расчетные значения пороговой освещенности одиночных цветных световых сигналов в зависимости от яркости фона приведены на рис. 6.

Лк

10 J

/

/

!0'г 10'11 Ю1 Юг W3 10*НТ

Яркость фона

Рис.. 6. Расчетные значения пороговой освещенности одиночных точечных цвет­ ных световых сигналов в зависимости от яркости фона

31

Из рис. 6 видно, что при яркости фона, превышающей 7 нт, по­ роговая освещенность белого сигнала больше, чем цветных. Это объясняется тем, что при большей яркости фона цветные сигналы имеют больший контраст между объектом и фоном, чем белый

сигнал. При яркостях фона 0,75 нт, Еп0р белого цвета равна Епор красного цвета. При яркостях фона, меньших 0,75 нт, Ев0р белого сигнала становится значительно меньше ТТлор цветного. Отсюда яс­ но, почему плохо видны светоимпульсные отмашки днем при яр­ ком солнечном свете.

Для воспроизведения цветов сигнальных огней применяются цветовые светофильтры в виде плоских стекол и линз. Основным требованием, предъявляемым к светофильтрам, используемым в сигнализации, является безошибочная опознаваемость сигналов. Для обеспечения этих свойств цветных сигналов на основе между­ народного соглашения установлены пределы допустимых значений их цветности. Эти пределы регламентируются координатами цвет­ ности четырех точек, ограничивающих поле допустимых значений цветности каждого фильтра. Поле допустимых значений цветности

Рис. 7. Поле допустимых значений цветности сигнальных огней

32

ширены для красного, желтого и зеленого огня. Расширение обла­ сти цветности позволило увеличить коэффициент пропускания све­ тофильтров. Коэффициент пропускания является важной харак­ теристикой светофильтра. Он представляет собой отношение све­ тового потока, прошедшего через светофильтр, к световому пото­ ку, падающему на него. Коэффициент пропускания зависит от окраски светофильтра и его толщины. По техническим условиям красный светофильтр при толщине стекла 2 мм должен иметь коэффициент пропускания не менее 0,26, а при толщине стекла

3мм—не менее 0,21.

Всвязи с тем, что светофильтры поглощают значительную часть светового потока, силу света ламп необходимо увеличивать.

Внастоящее время на внутренних водных путях в качестве источ­ ников света применяются в основном лампы накаливания. Лампы накаливания конструктивно просты, малогабаритны, удобны в эксплуатации, однако, они являются малоэффективными преобра­ зователями электрической энергии в световую. В энергетическом

балансе ламп накаливания на долю лучистого потока, излучаемо­ го в видимой области спектра, приходится примерно 10%.

Поскольку мощность источников питания, применяемых на знаках судоходной обстановки, ограничена, специально разрабо­ тана серия электрических ламп накаливания типа ВС (водные сигнальные) мощностью от 0,4 до 6 вт и напряжением 2,5 и 6 в. Основные преимущества ламп ВС: большая экономичность; нали­ чие однотипных цоколей, позволяющих унифицировать светосиг­ нальную аппаратуру; соответствие их тока разрядному току сухих батарей, что определяет высокую экономичность работы источни­ ков питания; форма светящегося тела ламп наилучшим образом сочетается с назначением сигнального огня и типом оптических средств.

Для увеличения дальности видимости сигнальных огней при­ меняются оптические усилители (линзы и рефлекторы). Линза со­ бирает в узкий пучок лучи, падающие на нее от раскаленной ни­ ти лампочки, и направляет их в сторону наблюдателя или судо­ водителя, что резко увеличивает дальность действия сигнального огня. Для сигнальных приборов судоходной обстановки применя­ ются дисковые и цилиндрические (бочкообразные) линзы. Диско­ вые линзы применяются для фонарей направленного действия (на­ пример, створных знаков), а цилиндрические на фонарях плаву­ чих знаков, поскольку световой пучок от них распространяется в горизонтальной плоскости на 360°.

В настоящее время на плавучих знаках применяются фонари кругового действия типа ЭСП-90 и ЭСПК-90 с линзами ЛК-90 или ЛР-90. Линза ЛК-90 увеличивает силу света в 9—12 раз при уг­ лах рассеяния в вертикальной плоскости 1—2 град. Линза ЛР-90

33

имеет коэффициент усиления равный 3—5 при углах рассеяния в вертикальной плоскости 6—8 град. Дисковые линзы типа Д-165 увеличивает силу света по оси в 200 раз и на границах угла рас­ сеивания равного 3 град.—в 12 раз. Из приведенных примеров видно насколько эффективно применение оптических средств уси­ ления для светосигнальной аппаратуры.

При расчетах дальности видимости цветных огней следует раз­ личать силу света I цветного огня (св) и мощность светового по­ тока F (в люменах).

Обычно для расчета необходимой силы света прибора исполь­ зуют формулу

Для иллюстрации приведем расчет потребной силы света бе­ лого и красного огня, расположенных от наблюдателя на расстоя­ нии 2 км.

34

Потребная сила света источника, используемого в светосиг­ нальном приборе судоходной обстановки, определяется по фор­ муле

Расчетные значения освещенности для цветных огней еще не имеют достаточных обоснований. В сигнальной практике на внут­ реннем водном транспорте приняты следующие расчетные значе­ ния пороговой освещенности для цветных огней:

красный £ пор=3,5-10~7 лк; желтый £ пор=1,5-10-6 лк; зеленый £,пор=5-10-7 лк.

Для повышения надежности действия сигнальных огней нужно, чтобы они имели достаточную, но не излишнюю силу света. При установке на створах ламп большой мощности начинает сказы­ ваться иррадиация огней, осложняющая их использование. При этом понижается чувствительность восприятия створов, а в случае очень сильной иррадиации ими невозможно пользоваться.

Иррадиацией принято называть явление зрительного преуве­ личения размеров ярких предметов на темном фоне и преумень­ шения размеров темных предметов на светлом фоне. Основной причиной иррадиации является размытость границ изображения объектов наблюдения на сетчатой оболочке глаза. Кроме того, изображения на сетчатке глаза бывают не резкими, вследствие наличия аберрации* и рассеяния в глазных средах. Степень ирра­ диации характеризуется освещенностью зрачка глаза наблюдате­ ля. А. А. Бутылевым установлено, что иррадиация появляется при освещенности 3,5-10-6 лк, создаваемой огнем на зрачке наблюда­ теля. Для устранения влияния иррадиации при высокой про­

* Абберацией называется искажение изображения в оптической системе, обу­ словленное использованием широких светосильных пучков лучей, а также явле­ нием дисперсии (т. е. зависимостью коэффициента преломления света от дли­ ны волны).

35

зрачности атмосферы максимальную дальность огней следует ограничивать 15 км.

В судоходной обстановке для большей эффективности действия сигнальные огни делаются проблесковыми. Проблесковыми огня­ ми принято называть кратковременные вспышки, повторяющиеся периодически с заданным интервалом времени. Проблесковые ог­ ни имеют определенные преимущества перед огнями постоянного излучения. Проблесковый сигнальный огонь легко отличать от ог­ ней постоянного действия, которые могут попасть в поле зрения судоводителя. Даже слабый проблесковый огонь, появившийся на периферии поля зрения, сильнее привлекает внимание наблюдате­ ля, чем огонь постоянного действия. Различными сочетаниями про­ блесков и затмений сигнального огня можно передавать кодовые сигналы или маркировку, информирующую судоводителя о габа­ ритах пути, о наиболее целесообразном пути движения и т.д. Пре­ рывистые огни, применяемые в настоящее время на внутренних водных путях, отличаются между собой числом проблесков в цик­ ле (одно-, двух-, трехпроблесковые). Огни с двумя и более про­ блесками в цикле называются группопроблесковыми. Такая си­ стема прерывистых огней не требует от судоводителя специально­ го времени на распознавание сигнального огня. Кроме огней с группопроблесковыми характеристиками имеются «затмевающие» огни, имеющие большую длительность света и малый промежуток действия темноты.

Применение проблесковых огней на плавучих знаках речной судоходной обстановки ограничено, так как и по большому коли­ честву проблесков трудно судить о направлении судового хода. Широкое применение проблесковые огни находят на водохрани­ лищах.

Дальность обнаружения проблескового огня зависит от дли­ тельности проблеска. Л. Блохом и Л. Шарпаитье [8] выведен за­ кон, согласно которому для точечных проблесков имеет место по­

шек от 0,0017 до 0,058 сек.

Для проблесков большой длительности (<>0,1 сек) получена зависимость, которая носит название формулы А. Блонделя и Ж. Рея [8]

(22)

36

t —длительность проблеска.

Величина 0 колеблется в широких пределах и зависит от уровня освещенности на зрачке наблюдателя. Для освещенности на зрач­ ке наблюдателя, равной расчетному порогу, величина 0=0,2. Эта величина и применяется в настоящее время при расчетах по опре­ делению дальности видимости проблесковых огней. При расчетах дальности видимости проблесковых огней во внимание принимает­

£пр — длительность проблеска {сек); 0 — постоянная, характеризующая инерцию зрения.

В связи с определением надежности ориентировки судоводите­ лей по сигнальным огням плавучих навигационных знаков, нами были проведены натурные исследования по восприятию сигналь­ ных огней судоводителями в диапазоне атмосферных помутнений

1 км <; S m < 10 км.

Наблюдения проводились на водохранилищах за огнями на бу­ ях типа ОБ-3, 26 = 56, на которых установлены фонари типа ЭСП-90 и ЭСПК-90. Результаты наблюдений приведены в табл. 5.

37

Данные табл. 5 показывают, что применяемые в настоящее вре­ мя на плавучих знаках светосигнальные приборы позволяют судо­ водителям надежно ориентироваться по ним при понижении про­ зрачности атмосферы вплоть до 5 М—3 км.

Особое место с точки зрения безопасности плавания в ночное время при расхождении судов занимает видимость групповых су­ довых сигнальных огней. При расхождении судов ночью важным моментом является ориентировка по световым сигналам. С по­ мощью световых сигналов на судах и составах судоводитель опре­ деляет вид движения (буксировка на тросе, толкание, одиночное судно), род перевозимого груза (сухогрузное судно, нефтеналив­ ное с огнеопасными грузами), тип судна или состава и направле­ ние движения и габариты судна или состава.

Особенности восприятия групповых огней изучены недостаточ­ но. При одновременном наблюдении нескольких огней каждый из них создает определенную освещенность на зрачке наблюдателя. Общая освещенность, создаваемая этими огнями, больше осве­ щенности, создаваемой одним огнем. С этой точки зрения группа огней лучше видна и обнаруживается дальше, чем одиночный огонь. С другой стороны, наличие нескольких огней влияет на ве­ личину £ пор в сторону ее увеличения. При одновременном восприя­ тии нескольких сигнальных огней возникает вопрос о простран­ ственном размещении их.

Особенности строения светочувствительных элементов глаза и несовершенство оптической системы его приводят к тому, что раз­ дельное восприятие огней происходит лишь в том случае, если уг­

лам играет при пониженной прозрачности атмосферы. Из-за рас­ сеяния света на взвешенных частицах при низкой прозрачности атмосферы образуются яркие ореолы, они облегчают определение местонахождения огней, а с другой стороны мешают их раздель­ ному восприятию.

Поскольку в настоящее время проблема ориентировки по све­ товым сигналам на речном транспорте полностью не решена, ав­

тором были проведены натурные исследования восприятия сиг­ нальных огней судов при пониженной прозрачности атмосферы. Полученные результаты приведены в табл. 6.

Данные табл. 6 показывают, что дальность обнаружения све­ товых сигналов судов при SM<<10 км в основном определяется прозрачностью атмосферы. Узнавание цвета топовых огней в зна­ чительной мере зависит от пространственного размещения их и оп-

38