內(nèi)河航道發(fā)光標(biāo)牌應(yīng)用研究

李巧生，何奕虹，程 鋒，石 青

(1.蘇州市航道管理處，蘇州 215008；2.國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，蘇州 215163； 3.大連理工大學(xué) 海岸和近海工程國家重點實驗室，大連 116024)

航道標(biāo)牌是內(nèi)河航道助航標(biāo)志，在內(nèi)河交通運輸體系中占有特殊的地位，雖然內(nèi)河航道標(biāo)牌在我國研究和應(yīng)用起步較晚，但經(jīng)過十幾年的不懈努力，航道部門在長江、松花江、珠江、京杭大運河上都進(jìn)行了一定規(guī)模的航標(biāo)、標(biāo)牌的布設(shè)[1]，江蘇省航道部門自2007年投資74.6億元對186 km京杭大運河(蘇南段)“四改三”航道整治，并單獨對航道標(biāo)牌進(jìn)行了工程招標(biāo)，新建航道標(biāo)牌530塊，提高了蘇南運河的通航能力。尤其“十一五”以來，水運的發(fā)展逐漸受到各級政府的重視，2011年1月21日，國務(wù)院出臺了《關(guān)于加快長江等內(nèi)河水運發(fā)展的意見》，提出“利用10年左右的時間，建成暢通、高效、平安、綠色的現(xiàn)代化內(nèi)河水運體系”；江蘇省、蘇州市也相應(yīng)出臺了“關(guān)于加快內(nèi)河水運發(fā)展的實施意見”。內(nèi)河航道基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后狀況得到改善，初步建成通江入河、連城達(dá)港的高等級航道網(wǎng)體系。但內(nèi)河等級航道普遍沿線汊口多，城鎮(zhèn)多，船行密度高，多數(shù)航道沿線標(biāo)牌配布不合理，絕大多數(shù)是被動發(fā)光，特別是夜晚低照度下，航道標(biāo)牌可視距大致為20～30 m，部分或全部喪失了它的作用，致使過境船舶看不清岸邊標(biāo)志牌，時常發(fā)生錯航、繞道、停航詢問甚至擱淺拋錨的交通事故，大大降低了航道服務(wù)水平和航運效益。

本文基于夜間可視距的調(diào)查研究，分析了內(nèi)河航道發(fā)光標(biāo)牌適用性，并在蘇西線五福橋段航道標(biāo)志牌建設(shè)中進(jìn)行了有益的探索。結(jié)果表明，在內(nèi)河等級航道上設(shè)置發(fā)光標(biāo)志標(biāo)牌，可大大提高夜間可視距，更容易被船舶司乘人員發(fā)現(xiàn)和閱讀，保障船舶航行安全，可為今后水運工程建設(shè)提供了一定的理論和工程應(yīng)用支持。

1 內(nèi)河航道發(fā)光標(biāo)牌應(yīng)用分析

1.1 蘇州內(nèi)河航道標(biāo)牌設(shè)置現(xiàn)狀

蘇州地處兩省一市交界處，長三角核心地區(qū)，境內(nèi)國、省干線航道眾多。2011年，蘇州內(nèi)河貨運量達(dá)1.8億t(不含過境運量)，占市域綜合運輸總量的一半以上(公路為1.48億t)，同時也承擔(dān)了大量的過境運輸。蘇州航道過境量占航道貨運量的40%以上，內(nèi)河航運在市域綜合運輸體系中具有難以替代的作用?！笆濉币詠?，蘇州市搶抓內(nèi)河水運跨越式發(fā)展的良好契機(jī)，先后開展了楊林塘航道整治工程、蘇南運河三級航道整治工程、蘇申內(nèi)港線航道整治工程等，初步形成了“兩縱八橫”的干線航道網(wǎng)和“一環(huán)四射”的旅游專用航道布局。規(guī)劃至2020年，蘇州市規(guī)劃干線航道里程合計871.8 km，旅游專用航道71.4 km[2]，航道基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后狀況基本得到改善，特別是部分臨跨航設(shè)施、淺灘、港汊、航道交叉口標(biāo)志標(biāo)牌設(shè)置逐步完善，并發(fā)揮了積極作用。

雖然內(nèi)河航道標(biāo)牌設(shè)置逐步被重視起來，但由于長期處于被忽視地位，多數(shù)航道標(biāo)牌配布不合理，數(shù)量較少，特別是夜晚低照度下，航道標(biāo)牌可視距大致為20～30 m，部分或全部喪失了它的作用，致使過境船舶看不清岸邊標(biāo)牌，時常發(fā)生錯航、繞道、停航詢問甚至擱淺拋錨的交通事故，大大降低了航道服務(wù)水平和航運效益。

本文在蘇南運河(京杭運河蘇州段)中選擇一塊規(guī)格和尺寸都具有代表性的標(biāo)志牌，用航政激光便攜式測距儀、數(shù)碼攝像機(jī)、船用探照燈等設(shè)備和儀器進(jìn)行了夜間可視距測量(本文中的標(biāo)牌可視距指能清晰辨認(rèn)標(biāo)牌信息的最大有效距離)，調(diào)查情況如表1所示。

表1 現(xiàn)有航道標(biāo)牌夜間清晰度調(diào)查情況Tab.1 Survey of night visibility of existing channel signboards

圖1 普通標(biāo)志牌夜間可視距與船舶航行安全距離示意圖Fig.1 Schematic diagram of night visibility and navigation safety distance of ordinary signs

由表1可以看出：現(xiàn)有航道標(biāo)牌夜間可視距大致為20～30 m。結(jié)合“國標(biāo)”和“規(guī)范”并通過江蘇省內(nèi)河航道(四級、五級)的實地實驗分析表明[3-9]，對于過往船舶較多，沿線廠礦、碼頭密集的航道，船舶應(yīng)在距標(biāo)牌100～150 m處能夠看清牌面為宜(如圖1所示)?？梢钥闯?，現(xiàn)有航道標(biāo)牌夜間可視距遠(yuǎn)低于船舶安全航行的實際需要。

1.2 蘇州內(nèi)河航道發(fā)光標(biāo)牌設(shè)置

根據(jù)江蘇省內(nèi)河等級航道標(biāo)牌系列研究與實際經(jīng)驗，蘇南等級航道要求船舶應(yīng)在距標(biāo)牌200 m處能夠看清牌面內(nèi)容并能判斷航向。針對夜間過境船舶看不清岸邊航道標(biāo)牌的客觀現(xiàn)狀，借鑒公路管理部門建設(shè)標(biāo)志標(biāo)牌的成功經(jīng)驗，本文在蘇西線五福橋與蘇南運河交叉口段航道標(biāo)志牌建設(shè)中，通過優(yōu)化標(biāo)牌視覺元素(大小、顏色)，并采用主動發(fā)光系統(tǒng)，解決“內(nèi)容突顯性”這個影響航道標(biāo)牌夜間可視距的主要因素，以使得航道標(biāo)牌夜間可視距200 m以上。標(biāo)牌具體設(shè)置和制作方案如下。

(1)確定標(biāo)牌視覺元素。

圖2 標(biāo)牌版面視覺元素示意圖(單位：mm)Fig.2 Schematic diagram of visual elements of the sign plate

參照相關(guān)規(guī)定[10-11]及一些工程實踐成果，預(yù)制標(biāo)牌采用大小為4.95 m×3.3 m、厚度為2.5 mm的實心矩形鋁合金板，標(biāo)牌文字取600 mm×600 mm正方形標(biāo)準(zhǔn)黑體字(英文字體的高度為中文的二分之一)，字間距為300 mm，版面為綠底白字白邊框，如圖2所示。

(2)增益標(biāo)牌亮度。

主動發(fā)光標(biāo)志牌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，表2給出了主動發(fā)光標(biāo)牌系統(tǒng)配置。標(biāo)牌發(fā)光系統(tǒng)選用節(jié)能、環(huán)保、抗震性能好、壽命可達(dá)10萬h以上的發(fā)光LED，由多個一點外露草帽式發(fā)光LED組成目標(biāo)點陣模塊，通過感光光閥控制，在夜暗視距不良情況下，標(biāo)志牌主動發(fā)光，凸顯版面圖文視覺元素，提高標(biāo)牌指示、引導(dǎo)的清晰度，便于司乘人員快速閱讀和理解[12-13]。針對目前大多數(shù)等級航道沿岸無外接電源的客觀現(xiàn)狀，標(biāo)牌采用太陽能供電系統(tǒng)，通過太陽能專用蓄電池和充放電控制器，確保航道標(biāo)志牌在連續(xù)陰雨霧霾天氣7 d內(nèi)不中斷正常使用。

表2 主動發(fā)光標(biāo)志牌系統(tǒng)配置表Tab.2 Configuration table of active lighting sign system

通過現(xiàn)場實驗，調(diào)整LED白光色彩度，在標(biāo)牌綠色版面和表面3M工程級反光膜的襯映下，使圖文的色彩明度與背景的色彩明度對比反差較大，層次分明，增強標(biāo)牌導(dǎo)向功能的視認(rèn)效果，保證視力稍弱者、照明較差或有一定振動時，也易于認(rèn)讀標(biāo)牌內(nèi)容。

發(fā)光 LED通過閃光控制器設(shè)定為5 s暗、3 s亮間隔閃爍顯示，穿透性強，發(fā)光強度大，在夜暗、陰雨霧霾天氣均有良好的可視性和較強的醒目作用，可較早引起船舶司乘人員注意和閱讀[13]。圖4給出了發(fā)光標(biāo)志牌示意圖。

圖3 主動發(fā)光標(biāo)志牌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure diagram of active lighting sign system

1.3 蘇州內(nèi)河航道發(fā)光標(biāo)牌實施效果

通對蘇西線航道發(fā)光指向牌進(jìn)行了多次觀測，結(jié)果顯示：太陽能主動發(fā)光標(biāo)牌能在夜暗視距不良的情況下，可視距離為226 m，達(dá)到了很好的預(yù)期效果，可為過往船民提供清晰的航行信息，解決了過境船舶夜航時看不清岸邊指示牌，保障船舶夜航安全。圖5 為發(fā)光標(biāo)志牌與普通標(biāo)志牌夜間可視距比較，圖6為發(fā)光標(biāo)志牌與普通標(biāo)志牌夜間效果對比圖。表3給出了發(fā)光標(biāo)志牌與普通標(biāo)志牌服務(wù)效能比較。

圖4 發(fā)光標(biāo)志牌示意圖Fig.4 Schematic diagram of luminous signs圖5 發(fā)光標(biāo)志牌與普通標(biāo)志牌夜間可視距比較Fig.5 Comparison of luminous distance between luminous signs and ordinary signs

表3 發(fā)光標(biāo)志牌與普通標(biāo)志牌服務(wù)效能比較Tab.3 Comparison of service effectiveness between luminous signs and ordinary signs

注：拍攝距離都是距離100 m。6-a 無光照6-b 有光照6-c 主動發(fā)光圖6 發(fā)光標(biāo)志牌與普通標(biāo)志牌夜間效果對比圖Fig.6 Comparison of luminous effect between luminous signs and ordinary signs at night

2 結(jié)束語

航道標(biāo)牌是水運交通工程中重要的助航設(shè)施，關(guān)系到船舶航行安全，而目前國內(nèi)外關(guān)于航道標(biāo)牌設(shè)置的應(yīng)用研究相對較少。本文以蘇州內(nèi)河航道為例，分析了蘇西線五福橋段航道發(fā)光標(biāo)牌設(shè)置的適用性，結(jié)果表明，在內(nèi)河航道上設(shè)置發(fā)光標(biāo)志標(biāo)牌，可大大提高夜間可視距，更容易被船舶司乘人員發(fā)現(xiàn)和閱讀，保障了船舶航行安全，可為今后水運工程建設(shè)提供工程應(yīng)用借鑒。