內(nèi)河通航橋梁助航標(biāo)志創(chuàng)新技術(shù)研究

王興華

摘 要：本文主要介紹如何解決在不利天氣狀況下如何確保橋梁助航標(biāo)志標(biāo)志航標(biāo)效能，解決職工頻繁上標(biāo)更換電池等設(shè)備的難題，更好的引導(dǎo)船舶有序安全航行

關(guān)鍵詞：航標(biāo) 恒壓輸出 航標(biāo)效能 過充保護(hù)

1.引言

內(nèi)河航道上的助航標(biāo)志就像船舶的眼睛，指引著船舶行駛方向，只有一路按照助航標(biāo)志指引行駛，才能確保船舶安全抵達(dá)目的地。因此，確保助航標(biāo)志的正常發(fā)光，尤其是惡劣天氣（大霧、暴雨）情況下顯得尤為重要。

本文主要通過探討研究，航道部分橋梁助航標(biāo)志經(jīng)常在冬季連續(xù)低溫陰雨天氣出現(xiàn)太陽能充電不足，會(huì)引起助航標(biāo)志燈光變暗，甚至?xí)痣姵睾谋M導(dǎo)致航標(biāo)失常，造成船舶事故;廣東夏季天氣炎熱，也有一部分橋梁助航標(biāo)志由于夏季采光過于充足，出現(xiàn)“過充現(xiàn)象”，導(dǎo)致航標(biāo)蓄電池壽命大大縮短，增加維護(hù)成本的同時(shí)，也造成資源的浪費(fèi)。

航道養(yǎng)護(hù)一線職工需要通過加強(qiáng)巡查和頻繁的更換電池來確保航標(biāo)效能，濕冷天氣職工上標(biāo)的勞動(dòng)強(qiáng)度和安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步加大。為進(jìn)一步減輕職工勞動(dòng)強(qiáng)度，減少船舶出航維護(hù)時(shí)間，積極響應(yīng)國家節(jié)能減排政策，通過采取助航標(biāo)志“冬病夏治”的創(chuàng)新技術(shù)，我們通過前期與廣州翔曦能源科技有限公司及華南理工大學(xué)加強(qiáng)合作，力爭這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)能夠取得突破。

《內(nèi)河助航標(biāo)志》（GB5863-93）附錄C7中關(guān)于橋區(qū)航道航標(biāo)配布要求：

（1）橋區(qū)航道的航標(biāo)配布由橋涵標(biāo)及標(biāo)示橋區(qū)航道的側(cè)面標(biāo)組成。

（2）雙孔或多孔通航的橋梁，一般選擇主流通過的橋孔，供下行船舶通航，并在該橋孔面向上游一面設(shè)置橋涵標(biāo);選擇流速較小的橋孔供上行船舶通航，并在該橋孔面向下游一面設(shè)置橋涵標(biāo)。

（3）航行條件復(fù)雜的橋區(qū)航道，應(yīng)在通航橋孔迎船面一面兩側(cè)橋柱上加設(shè)橋柱燈。

2. 助航標(biāo)志“冬病夏治”創(chuàng)新技術(shù)介紹

創(chuàng)新技術(shù)的目的是要達(dá)到在冬季低溫陰雨天氣下可以有效滿足連續(xù)一個(gè)月、多盞橋柱燈同時(shí)供電的需求，同時(shí)也要保證在夏季太陽光比較強(qiáng)烈時(shí)防止過充導(dǎo)致電池壽命降低。

我們通過與科技公司及華南理工大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種滿足需求的裝置，該裝置的原理主要是通過大功率的太陽能電池充電到大容量電池，然后通過設(shè)計(jì)出一套裝置恒壓輸出到航標(biāo)燈器來確保助航標(biāo)志效能。恒壓裝置的安全性和穩(wěn)定性無疑是最大的難題，因?yàn)橐坏┰撗b置出現(xiàn)故障可能導(dǎo)致過壓損壞燈器和電池，從而影響助航標(biāo)志效能。

為確保該裝置的安全性和穩(wěn)定性，我們通過對裝置的反復(fù)試驗(yàn)、改進(jìn)，最終研發(fā)出智能切換恒壓輸出裝置該恒壓裝置采用了三重保險(xiǎn)，同時(shí)增加了過壓保護(hù)裝置設(shè)計(jì)。

2.1產(chǎn)品概述

智能切換恒壓輸出直流變壓器主要用于直流低電壓電子設(shè)備匹配使用。具有直流恒壓輸出及智能切換供電電路（1路工作另2路備用），保證工作設(shè)備穩(wěn)定性。尤其適用于惡劣環(huán)境的助航標(biāo)志直流低壓供電系統(tǒng)。

本產(chǎn)品由一路12V直流電源輸入，經(jīng)變壓穩(wěn)壓后，三路并聯(lián)輸出4.3V，可自動(dòng)識別輸出故障自動(dòng)切換處理，保障電子設(shè)備（如航標(biāo)燈、橋柱燈）一直處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

2.2 工作原理及產(chǎn)品特點(diǎn)

通過外接12V電源接通，提示指示藍(lán)色燈光亮起，由單片機(jī)接收信號，約3秒鐘檢測并導(dǎo)通第一組電源，由變壓線組及穩(wěn)壓電路工作，輸出4.3V穩(wěn)壓電源，提示指示黃色燈光亮起，航標(biāo)燈點(diǎn)亮。

因運(yùn)行出現(xiàn)故障①輸出電源4.3V±0.5V故障，②出現(xiàn)短路故障;③電子元器件損壞故障;），第一組電源斷開，提示指示黃色燈光變成紅色燈光，經(jīng)單片機(jī)檢測到第一組電源故障，單片機(jī)瞬間切換到第二組電源導(dǎo)通，第二組提示指示燈亮起黃色燈光，航標(biāo)燈電源由第一組切換至第二組電源供電幾乎沒有間隔時(shí)間。當(dāng)?shù)诙M出現(xiàn)在故障，同第一組切換至第二組同理。

2.3 技術(shù)參數(shù)

太陽能板18V 80W ;輸入電壓：DC 12V;輸出電壓：DC 4.3V;最大電流：≤3A;工作溫度：-20～+60℃;防護(hù)等級：IP67;凈重：0.5kg;外觀尺寸：230mm×150mm×85 mm;

2.4 接線示意圖見圖1。

2.5 增加遙測遙控RTU設(shè)計(jì)

目前，隨著信息化的發(fā)展，大多數(shù)航標(biāo)燈已采用遙測系統(tǒng)RTU裝置。為適應(yīng)發(fā)展需要，在該裝置基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化研發(fā)出了智能切換恒壓輸出直流變壓器與遙測RTU集成裝置，該裝置減少了占用空間及連接線路。

3.通用型助航標(biāo)志

3.1 通用型RTU概述

通用型RTU是采用現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)、微電子和微功耗技術(shù)開發(fā)的一種新型RTU，主要器件均采用世界名廠的產(chǎn)品，它具有體積小、性能穩(wěn)定可靠、能耗低、安裝便捷、監(jiān)控手段靈活、維護(hù)方便和適用范圍廣等特點(diǎn)?？蓱?yīng)用于多種型號航標(biāo)燈的遠(yuǎn)程監(jiān)測，基層人員經(jīng)過簡單培訓(xùn)即可迅速掌握操作方法，是實(shí)現(xiàn)航標(biāo)燈遠(yuǎn)程監(jiān)測的極佳選擇。2019年最新版本RTU集成高可靠的復(fù)位模塊，使RTU受雷電等強(qiáng)干擾后，能自動(dòng)恢復(fù)正常工作，確保RTU能長期穩(wěn)定可靠工作。對航標(biāo)燈的電源系統(tǒng)有充電過充保護(hù)功能。

3.2通用型RTU的工作方式

通用型RTU與閃光儀、太陽能電池板和蓄電池組成航標(biāo)燈遙控遙測終端。通用型RTU對閃光儀、太陽能電池板和蓄電池的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，具有實(shí)時(shí)報(bào)警、定時(shí)上報(bào)和查詢上報(bào)功能。上報(bào)信息經(jīng)GSM通信網(wǎng)絡(luò)傳遞給監(jiān)控中心或授權(quán)監(jiān)測手機(jī)。RTU與監(jiān)控中心的通信方式：兼容SMS和GPRS。監(jiān)控中心可以設(shè)定和修改通用型RTU的工作方式（如上報(bào)時(shí)刻、上報(bào)次數(shù)、報(bào)警距離等）。監(jiān)控中心和授權(quán)手機(jī)可隨時(shí)查詢航標(biāo)燈終端的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)。

3.3航標(biāo)燈報(bào)警參數(shù)

蓄電池電壓低于規(guī)定值;燈電流異常;太陽能板電壓異常;閃光燈質(zhì)異常;浮標(biāo)位置異常;光敏管異常。

3.4 RTU功能要求

RTU應(yīng)具有定時(shí)上報(bào)和報(bào)警功能，定時(shí)和報(bào)警數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心，報(bào)警信息可上傳至授權(quán)監(jiān)控手機(jī); RTU與監(jiān)控中心的通信方式：兼容SMS和GPRS; 監(jiān)控中心可查詢RTU實(shí)時(shí)狀態(tài)和終端編號; 授權(quán)監(jiān)控手機(jī)可查詢RTU實(shí)時(shí)狀態(tài)和終端編號; 定時(shí)上報(bào)時(shí)間、定時(shí)上報(bào)次數(shù)和浮標(biāo)漂移報(bào)警距離可由監(jiān)控中心設(shè)置; 當(dāng)太陽能板對蓄電池充電時(shí)，RTU具備充電過充保護(hù)功能; RTU故障時(shí)不影響航標(biāo)燈的正常工作;RTU具有防潮防水功能。

4.使用效果

我們通過前期在碼頭平臺通過多種環(huán)境狀態(tài)下（碼頭面和碼頭二層平臺）開展試運(yùn)行，每天記錄助航標(biāo)志各項(xiàng)參數(shù)。通過半年多的試運(yùn)行，各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定，達(dá)到了使用效果。

在某大橋進(jìn)行現(xiàn)場試點(diǎn)應(yīng)用，該橋梁助航標(biāo)志根據(jù)《內(nèi)河助航標(biāo)志》（GB5863-93）要求，在通航橋孔迎船一面兩側(cè)橋柱上，各垂直設(shè)置綠色單面定光橋柱燈4盞，標(biāo)示橋柱位置。所以在下行通航孔兩側(cè)橋柱的上游迎船面共設(shè)置8盞橋柱燈，在上行通航孔兩側(cè)橋柱的下游迎船面共設(shè)置8盞橋柱燈。采用一套裝置同時(shí)供應(yīng)上下游橋柱共8盞橋柱燈用電。經(jīng)過一年多的運(yùn)行，由于是恒壓輸出，航標(biāo)燈視覺效果同比其他未使用新技術(shù)燈器更清晰。

目前，該裝置先后在多座通航橋梁正式投入使用，在確保助航標(biāo)志效能的同時(shí)，大大減輕了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了設(shè)備的使用壽命，確保航道通航安全，也創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

隨著航道等級的提高，船舶大型化發(fā)展趨勢明顯，利用信息化新技術(shù)提高助航標(biāo)志效能，加強(qiáng)對助航標(biāo)志各項(xiàng)參數(shù)的監(jiān)測預(yù)警，減輕職工勞動(dòng)強(qiáng)度，打造智慧航道，不斷創(chuàng)新永遠(yuǎn)在路上。