淺析航標燈日光開關(guān)的應(yīng)用及改進

張敏

摘 要：在夜間，海面及岸堤上各種閃爍的航標燈光被譽為“航海者的眼睛”，航標燈光作為航標在夜間或能見度不良時的重要標識，時刻指引著過往船舶安全的航行。在實際中我們經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)，航標燈的開關(guān)時間并不是同步進行的，這是因為大部分航標燈的開關(guān)時間是由感光裝置來控制的，不同方位、不同區(qū)域環(huán)境的光照度值不同，以及感光裝置靈敏度的不同都有可能造成航標燈的開關(guān)時間不一樣。

關(guān)鍵詞：航標燈 日光閥 建議 改進

1.航標燈開關(guān)控制的兩種主要途徑

對于需要在夜間工作的有燈航標，其開關(guān)時間可由時間開關(guān)或感光裝置來控制。時間開關(guān)通過預(yù)先設(shè)定的時間來控制燈器的開關(guān)，這需要掌握早晨和傍晚時的最佳開關(guān)轉(zhuǎn)換時間，而且時間開關(guān)必須有日光刻度裝置，以使設(shè)定的時間可以根據(jù)季節(jié)與晝夜時長的變化而自動調(diào)整；在發(fā)生能見度不良天氣情況下，時間開關(guān)將不起作用，需要人為干預(yù)。感光裝置則沒有上述限制，因為它是通過對周圍環(huán)境光照度水平的感應(yīng)來進行的，感光裝置可以根據(jù)季節(jié)的變化與天氣的不同狀況來自動調(diào)節(jié)開關(guān)時間。目前，絕對大多數(shù)航標的日光開關(guān)都是使用感光裝置來進行控制。特別是使用電池供電系統(tǒng)的航標，感光裝置能確保航標為航海者提供適宜服務(wù)的同時，也能使能源的消耗降到最低水平。

2.IALA及我國關(guān)于航標燈日光開關(guān)的規(guī)定及建議

IALA在G-1038《航標燈開關(guān)的環(huán)境光照度值》指南中推薦：為確保清楚確定開燈和關(guān)燈的照度值，在航標燈開燈與關(guān)燈的照度值之間設(shè)定一個足夠的延遲量（通常為100lx），開燈的照度值為50-100lx，關(guān)燈的照度值為150-200lx。此外，IALA還建議可以結(jié)合時間延遲的方法以限制燈器在開關(guān)點照度值之間產(chǎn)生開關(guān)動作。我國《航標燈通用技術(shù)條件》（JT/ T761-2009）中規(guī)定，航標燈日光開關(guān)的照度閾值應(yīng)可調(diào)，出廠值應(yīng)設(shè)為300lx±100lx；在《85mm、155mm塑料透鏡航標燈》（JT7011-93）中規(guī)定，航標燈日光開關(guān)靈敏度應(yīng)整定為300lx，整定偏差及開關(guān)回差之和不得大于靈敏度的±20%。對比IALA及我國規(guī)范標準，可以發(fā)現(xiàn)我國并沒有將航標燈開關(guān)燈的照度值設(shè)定為不同，而是選擇統(tǒng)一設(shè)定一個開關(guān)燈固定值。

3.典型環(huán)境光照度值的觀測及研究

國際上很多國家對本地區(qū)不同氣象條件下環(huán)境光照度值都進行了長期的觀測及計量，并分析得出不同時刻、不同位置等條件下典型的環(huán)境光照度值。國際社會公認的天文現(xiàn)象定時對應(yīng)的典型光照度值為（假定無月光無人造光源無不利氣象條件）：天文黎明（太陽中心位于地平線下18°俯角處）時典型光照度值為0.0006LX，航海黎明（太陽中心位于地平線下12°俯角處）時典型光照度值為0.06LX，民用黎明（太陽中心位于地平線下6°俯角處）時典型光照度值為6LX，而我們?nèi)粘Ｋ玫娜粘?日落（太陽表面的上沿與地平線重合）時的典型光照度值為600LX。經(jīng)研究，環(huán)境光照度值在不同氣象條件下不同，同時也隨不同時間太陽仰角的變化而變化。在航標燈日光開關(guān)實際應(yīng)用中，日光開關(guān)所處的方位尤其重要。

4.日光開關(guān)方位對航標燈開關(guān)的影響

有關(guān)部門針對不同朝向的環(huán)境光照度值進行了測量，在相同時間、相同地點、相同環(huán)境下，不同朝向的環(huán)境光照度值均有不同。總體來說，測量儀器垂直向上正對天頂?shù)沫h(huán)境光照度值最大，水平面向太陽方向環(huán)境光照度值其次，背向太陽光照度值最低。由于已經(jīng)有研究人員對不同朝向的環(huán)境光照度值進行了觀測，所以筆者選取了2盞同一廠家生產(chǎn)的同一型號、同一批次、同一顏色的燈器（2號及3號燈器），1盞同前2盞燈器一個廠家、不同型號燈器（1號燈器）以及1盞不同廠家生產(chǎn)的燈器（4號燈器），在樓頂穩(wěn)定位置對日光開關(guān)在同一朝向的航標燈開關(guān)時間進行了實地觀測，觀測結(jié)果如表1所示。

從表中數(shù)據(jù)我們可以發(fā)現(xiàn)，雖然4盞燈器都是同一朝向，設(shè)定的同一閾值，但是每座燈的發(fā)光時間都不一樣，基本在15分鐘之內(nèi)；其次是燈器發(fā)光時間受天氣情況影響較大，天氣晴朗與天氣有雨時燈器發(fā)光時間相差近1個小時；再是同一廠家、同一批次的燈器（表中2號、3號燈器）發(fā)光時間非常相近，而同一廠家、不同型號的燈器、不同廠家之間的燈器發(fā)光時間相差較遠。

實際應(yīng)用中，燈浮標會隨著潮流方向圍繞沉塊以橢圓狀旋轉(zhuǎn)，航標燈日光開關(guān)也會不斷變換方位，造成日光開關(guān)對環(huán)境光照度值感應(yīng)有所不同。因此，我們選取同一水域多座燈浮標，截取6天時間的遙測遙控數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果如表2。

上述4座燈浮標都是使用同一廠家、同一型號、同一批次的遙測遙控燈器，其中Q1、Q3為右側(cè)標，Q2、Q4為左側(cè)標。從上表統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出4座燈浮標燈器每天開關(guān)時間都不一樣，時間差最大約為30分鐘。由于4座燈浮標受天氣、海況等原因，存在不同程度的搖擺、旋轉(zhuǎn)等，故所裝燈器日光開關(guān)朝向不一，這是造成燈器開關(guān)時間不一致的主要原因。對于人工疏浚、狹窄航道來說，燈器開關(guān)時間應(yīng)盡可能統(tǒng)一或接近，開關(guān)時間相差30分鐘是無法接受的。

5.航標燈日光開關(guān)的應(yīng)用及改進

在航標燈日光開關(guān)的實際應(yīng)用中，如果控制開關(guān)的環(huán)境光照度值選擇過高，則航標燈將持續(xù)工作較長時間，這會造成能源浪費及燈器的使用壽命縮短。如果開關(guān)照度值選擇過低，航標燈將會出現(xiàn)開燈延遲、關(guān)燈提前的情況，從而降低了航標作為助航標志的效能，同時增加了船舶航行風險。

一是將航標燈日光開關(guān)設(shè)為可調(diào)。目前，國內(nèi)廠家生產(chǎn)的大部分航標燈日光開關(guān)的照度閾值都無法可調(diào)。當夜間靠近岸線或接近海上作業(yè)區(qū)、碼頭時，背景燈光照度明顯要高于漆黑的海面上，因此應(yīng)將航標燈的日光開關(guān)照度閾值進行調(diào)整，以適應(yīng)該航標燈所處的當前環(huán)境，保證航標燈開關(guān)時間滿足船舶航行安全需要。同時，將航標燈日光開關(guān)設(shè)為可調(diào)，也是航標燈器滿足國際、國內(nèi)相應(yīng)規(guī)范及標準的必要措施。具體的閾值可以參考IALA《助航指南》中所推薦的數(shù)值，并根據(jù)各個地區(qū)緯度的不同，進行適當?shù)恼{(diào)整。

二是燈塔樁與燈浮標所用燈器的日光開關(guān)朝向應(yīng)有所不同。因燈塔樁位置比較固定，所用燈器的日光開關(guān)應(yīng)選擇朝向開闊方向，盡量避開樹林等遮蔽，為保證燈器發(fā)光時間與航海時間盡量接近，安裝燈器時應(yīng)盡量讓日光開關(guān)背向太陽方向為宜。

從第5節(jié)的實驗數(shù)據(jù)可以看出，燈浮標所用燈器日光開關(guān)安裝位置受外部環(huán)境影響非常大，為方便用戶使用，目前國內(nèi)燈器廠家均將日光開關(guān)安裝在燈殼的側(cè)面，隨著燈浮標的不停轉(zhuǎn)動，日光開關(guān)的感應(yīng)也不斷發(fā)生變化，造成燈浮標燈器開關(guān)時間的不統(tǒng)一。綜合前面實驗觀測數(shù)據(jù)，建議將燈浮標所用燈器的日光開關(guān)集成在燈殼上部，垂直朝向太陽。

三是定期更換燈器日光開關(guān)，減少因日光開關(guān)老化等系統(tǒng)誤差。由于現(xiàn)有的大部分航標燈日光開關(guān)均選用封裝為環(huán)氧樹脂的光敏電阻。受海上鹽霧、太陽光照等影響，老化速度較快。如部分燈器使用時間較長，可能會造成燈器日光開關(guān)老化，影響其工作效能。建議在進行航標保養(yǎng)時，根據(jù)燈器所處的位置不同，不同周期定期更換日光開關(guān)，減少日光開關(guān)因老化造成的系統(tǒng)誤差。