曹錫山

( 黑龍江省航道局，哈爾濱150026)

0 引 言

黑龍江水系是我國三大通航水系之一，主要通航河流有:黑龍江、松花江、烏蘇里江、嫩江、呼蘭河、牡丹江及綏芬河等，主要湖泊有興凱湖、鏡泊湖及五大連池等，航道總里程5 495 km，通航里程亦為5 495 km，航道維護里程3 456 km。我省航道水系總共設置岸標2 900余座，浮標400 余座，目前共有23個航道段，黑龍江和松花江干流為全國內(nèi)河水運主通道。黑龍江水系如黑龍江、松花江等均屬于季節(jié)性冰凍河流。松花江一般每年11月上旬封江，翌年4月上旬開江，4月中旬松花江及嫩江流冰基本結(jié)束，開始安設航標燈，對有大量淺區(qū)的航道進行排查，設置浮標。松花江等內(nèi)河經(jīng)過一個夏航期后，在10月末開始收回浮標和航標燈，每年通航時間大約為6—7個月，而界江黑龍江每年通航期時間更短些，大約為5個月左右。

1 航標燈使用現(xiàn)狀

1.1 目前黑龍江省航標燈使用情況

目前黑龍江省內(nèi)航道水系的航標燈均采用傳統(tǒng)的鋅——空氣航標干電池做為電源，LED 發(fā)光二極管冷光源做為光源的燈電系統(tǒng)。鋅——空氣電池放電電壓單只為1.45 V，串并聯(lián)組裝后為2.9 V和4.2 V兩種，可供目前兩種型式航標燈供電。LED 發(fā)光二極管組合光源由本局于2000年研制成功，取代了以往的白熾燈泡，使能耗降低了50%以上，使每年四茬電池改為僅上兩茬電池，但鋅空氣電池電源本身也存在著一定的局限性，還需要定期維護安裝以及鋅——空氣電池本身的環(huán)境污染問題。還有就是鋅空電池航標燈的被盜問題也顯得十分嚴重，在那些遠無人煙的地方經(jīng)常發(fā)生航標燈具及電池被盜的情況，對于這種情況只有在巡航時才會被發(fā)現(xiàn)更換，一方面影響了航標的導航功能，另方面造成航標維護的成本提高，都需要拓寬思路想辦法解決。

1.2 我國現(xiàn)代使用航標燈技術(shù)水平

我國南方大部分省區(qū)已普遍使用太陽能航標燈技術(shù)，其中部分航道使用了智能太陽能遙測遙控技術(shù)。如交通部長江航道局在長江南京至瀏河口段于2008年采用了“數(shù)字航道”與“智能航運”建設的示范性工程的太陽能航標遙測遙控系統(tǒng)，并完成推廣應用的相關數(shù)據(jù)和標準; 其又在2010年開工建設了三峽庫區(qū)段數(shù)字航道，推廣使用智能太陽能航標遙測遙控技術(shù)，最終計劃于2015年全面建成長江數(shù)字航道; 廣州航道局采用的也是智能一體式太陽能航標遙測遙控系統(tǒng)。

1.3 航標燈使用發(fā)展趨勢

目前“太陽能新能源”技術(shù)及“數(shù)字航道”和“智能航運”技術(shù)已成為將來航道科技發(fā)展的必然趨勢。因此，智能一體化太陽能航標燈是智能導航系統(tǒng)平臺的一個部分，是基于數(shù)字航道而服務于智能航運的智能導航器件，它的應用，將為數(shù)字航道及智能航運奠定堅實的基礎，是推進航道科技向節(jié)能環(huán)保、數(shù)字化、現(xiàn)代化、規(guī)范化方向發(fā)展，不可或缺的組成部分。

2 智能一體化太陽能航標燈研究

2.1 主要研究內(nèi)容

由于我省屬于寒地氣候特征，每年僅有5—6個月通航時間，冬季浮標及岸標燈具均需收回，有時氣候異常霜凍冰凌提前來臨，航標來不及收回，這樣太陽能航標系統(tǒng)就存在著防霜凍或冰凌撞擊的問題，在冬季收回后也存在充電管理等問題，因此，在航標燈的設計上也也與南方使用的太陽能航標燈有所不同，因此，本研究課題主要包括以下研究內(nèi)容:

1) 燈具外型結(jié)構(gòu)設計。

2) LED 發(fā)光二極管冷光源電路設計。

3) 遙測控制器電路設計、防盜設計。

4) 太陽能電池組件、選型設計。

5) 試驗航標段選址及航標燈實況試驗。

6) 冬季對蓄電池充電維護管理試驗。

7) 綜合分析評價優(yōu)化設計。

2.2 主要技術(shù)路線

本課題項目研究擬采用國內(nèi)外網(wǎng)絡及市場調(diào)研、資料整理與分析、理論探討、原型觀測和現(xiàn)場試驗等手段，并與南方相關使用部門多年實踐經(jīng)驗相結(jié)合的技術(shù)路線。具體如下:

1) 市場調(diào)研:進行網(wǎng)絡調(diào)研與實地考察相結(jié)合的原則，對相關使用部門及配件產(chǎn)品進行調(diào)研，充分了解國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀，掌握最新的此方面技術(shù)研究成果。

2) 原型觀測: 在對南方一體化航標燈原型觀測的基礎上，進行詳細調(diào)研分析，對其性能的優(yōu)缺點充分了解，從而制定適合本地特點的航標設計方案。

3) 選型設計:按不同設計方案對配件進行選型設計，同時進行相關LED 光源系統(tǒng)及電氣檢測系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)電路設計。

4) 實況試驗:按不同標燈類型組裝一體化航標燈，并分別在實況條件下進行電氣性能檢測、遙測遙控性能測試、防盜功能測試。

試驗標段選址:本項內(nèi)容主要利用現(xiàn)有的電子航道圖系統(tǒng)在哈爾濱段進行遙測試驗:①因為本局現(xiàn)已有哈爾濱航道段電子航道圖系統(tǒng)軟件;②因為哈爾濱段是具有代表性的航標段，也是未來計劃首批應用一體化太陽能航標燈的航標段。

5) 越冬維護:冬季收標對蓄電池電源維護充電管理后，第二年春季再次進行使用測試。

6) 總結(jié)評價:對上述觀測及檢測數(shù)據(jù)進行匯總總結(jié)，結(jié)合南方相關使用部門的相關結(jié)驗，篩選出最優(yōu)設計方案。

3 目前研究進程及成果

3.1 航標例會

國內(nèi)每兩年組織一次航標例會，交流最新的航道技術(shù)現(xiàn)況，其中便有國內(nèi)最新航標燈發(fā)展現(xiàn)狀及使用情況，并展示相關的航標燈樣品，大家相互交流技術(shù)及經(jīng)驗，有一定的應用基礎。

3.2 松浦一號航標燈

于2010年春在新建的松浦大橋處開發(fā)安裝“松浦一號”智能分體式太陽能航標燈，使用鋅——空氣電池供電，采用遙測遙控及故障報警技術(shù)，通過移動通訊，互聯(lián)公網(wǎng)進行信息傳輸及監(jiān)測，可短信告知參數(shù)及預警，浮標GPS 自動定位誤差在2 ～5 m，同時在北方號船上安裝了GPS 自動定位動態(tài)監(jiān)測功能，為“智能航運”積累技術(shù)經(jīng)驗，目前試用均良好。

松浦一號航標燈其中的遙測控制電路技術(shù)為本項目課題研究提供寶貴的工作經(jīng)驗基礎，在此基礎上采用太陽能供電系統(tǒng)，并采用一體式組裝，即為智能一體式太陽能航標燈系統(tǒng)。

3.3 LED 冷光源技術(shù)

于2000年自主研發(fā)出LED 冷光源照明技術(shù)，其較原始的白熾燈炮節(jié)能50%以上，當然，在此基礎還需要進一步優(yōu)化電路設計，具有一定的工作基礎。

4 社會效益及應用前景分析

智能一體化太陽能航標燈由于使用太陽能為燈具供電，重量輕、成本低，免維護、易于維修更換，而且采用遙測遙控報警系統(tǒng)對航標工作狀態(tài)全天候進行監(jiān)控，自動化程度高，每一兩個月可巡航維護一次，所以可大大降低航道工人的勞動強度，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)航標燈，可增強助航效果、減少事故發(fā)生幾率，完全符合節(jié)能環(huán)保的時代發(fā)展需求及節(jié)能減排的產(chǎn)業(yè)導向，也可提高我省航道的維護質(zhì)量及管理水平，更好的為我省經(jīng)濟發(fā)展服務，并且為將來實現(xiàn)數(shù)字航道，智能航運奠定堅實基礎，智能一體化太陽能航標燈技術(shù)已成為目前最具發(fā)展?jié)摿巴茝V價值的新一代航標導航技術(shù)，具有十分廣闊的發(fā)展前景。

［1］匡俊華. 智能航標燈的設計與實現(xiàn)［D］. 天津: 天津大學，2006.