Файл: Хохлов, В. А. Видимость сигнальных огней и знаков судоходной обстановки в различных метеоусловиях учебное пособие для студентов судоводительской специальности.pdf

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

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