王俊文+張偉+安小剛

摘 要：現(xiàn)行的航標燈需要人工調節(jié)亮度，不能自適應地隨能見度的變化而變化。針對這一問題，提出根據自然環(huán)境的可見度自適應智能調節(jié)航標燈的亮度，研究航標燈亮度自適應調節(jié)算法。最后利用該算法推算出根據不同能見度水平，在航行需要的觀測距離與人眼觀測合適接收照度的綜合約束下，亮度自適應調節(jié)航標燈可具備200～5000lx的可調節(jié)發(fā)光照度范圍，從而為如何選擇航標燈提供參考。

關鍵詞：航標燈；自適應；亮度；能見度

中圖分類號：U644.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）11-0051-02

航標燈是船只安全通航的助航標志，是保障水路運輸暢通和船舶安全航行的重要設施。隨著現(xiàn)今經濟社會發(fā)展迅速，自然環(huán)境受到一定影響，在航道運輸環(huán)境中，霧霾等天氣時有發(fā)生。霧霾嚴重程度不一，通航環(huán)境能見度差別較大。航標燈作為助航標志，亮度太低，導致船員不易辨識；亮度過高，容易對船員造成炫目，影響駕駛，并且電能消耗很大。我國內河受豐水期和枯水期影響較大，當水位發(fā)生變化時，通航規(guī)則隨之發(fā)生調整。內河上的航標燈由于助航意義發(fā)生變化，燈質也需要隨之調整，每年這種人工更換航標燈的工作，造成人力、物力的浪費，同時，也增加了水上作業(yè)工作人員的安全隱患。

因此，為了保障航道通航安全，讓船員更及時地獲得助航信息，本文對航標燈亮度隨環(huán)境自適應調節(jié)的技術進行探索研究，從而解決在霧霾等低能見度航行條件下航標燈可視距離受限的問題。

1 航標燈應用研究現(xiàn)狀

上世紀末發(fā)達國家開始利用現(xiàn)代通訊技術和計算機技術建立航標遙控遙測系統(tǒng)，從采用無線電發(fā)射接收的方式進行通訊，到采用甚高頻無線電話接收發(fā)射，但這些方式抗干擾性差、遙測距離有限，未被廣泛推廣應用。隨著互聯(lián)網技術和無線通訊技術的發(fā)展，航標遙控遙測技術開始廣泛發(fā)展，并向著智能化、網絡化、標準化發(fā)展。

在航標燈硬件設備方面的研究，“航標燈王”鄭啟湘結合太陽能光電技術、LED照明技術、高能鋰電池組合技術、微電腦閃光控制技術等先進技術研制出太陽能一體化航標燈HD 100系列產品。到2008年，該新型航標燈在長江某些航道成功運行，取得非常明顯的助航效果，并于2009年又在長江航道上安裝3000盞，實現(xiàn)全線覆蓋。如今鄭啟湘團隊又研制出“HD155型”太陽能航標燈，達到了國際先進水平。

在航標燈信息化建設方面的研究，提出了基于GSM網絡短信業(yè)務的自動遙測系統(tǒng)，該系統(tǒng)雖然解決了傳統(tǒng)航標燈維護效率低的問題，但是航標的定位問題未得到解決，并且以短信業(yè)務傳輸消息的形式數(shù)據量小、費用高。采用衛(wèi)星定位技術，對硬件系統(tǒng)設計進行改進，解決了智能航標燈的定位問題。結合智能航標燈應用的環(huán)境和功能需求，基于無線通信技術和衛(wèi)星定位技術，設計了一套比較完整的智能航標燈遙測遙控系統(tǒng)，實現(xiàn)對航標燈的定位和監(jiān)測。

目前，航標燈的研究在遙測遙報技術應用方面比較多，并且已經在航標智能化領域成功應用，但是在光學技術方面的研究并不多見。

本文結合光學特點和光學技術原理，根據大氣能見度狀況調節(jié)燈光亮度的變化，進行亮度自適應智能調節(jié)關鍵技術研究。

2 航標燈亮度自適應調節(jié)算法研究

航標燈作為助航標志，其亮度對航運引導起著至關重要的作用。在正常通航環(huán)境下，航標燈亮度不宜過高，以免造成船舶駕駛員炫目。但是當遇到能見度較低的天氣時，航標燈的可視距離降低，不能滿足正常的照度距離航標燈亮度自適應調節(jié)技術的起點需要研究燈光亮度在環(huán)境亮度與環(huán)境能見度的綜合影響下的標識效果，多種環(huán)境因素變化對人眼辨識航標燈的影響程度，需要通過量化計算探討環(huán)境能見度、航標燈光強度、人眼觀察距離與觀察效果之間的相對關系，得出調節(jié)原理，相當于調節(jié)依據的算法邏輯，進而分析自適應調節(jié)技術實現(xiàn)方式。。航標燈需要應對大氣能見度狀況調節(jié)燈光變化，調節(jié)原理與算法涉及到的光學物理量包括光強度、光通量與光照度。

燈器均具備參數(shù)定光光強與標稱射程，可調節(jié)亮度的燈光也具有出射光強與可達射程的變化閾值。自適應調節(jié)算法需要分析在任意給定的能見度條件下，燈光光強、觀測可達距離、觀測接收光強之間的函數(shù)關系。

本算法主要應用Allard定律、Kosehmieder定律、Lambert-Beer 定律等的光學原理。

方法中通過實時測量可得到大氣水平能見度V，根據大氣水平能見度公式：

3 航標燈亮度自適應調節(jié)技術應用研究

亮度自適應調節(jié)技術的應用主要在不同霧天能見度條件下，如何調整相應的航標燈出射光強，使得500～2000米觀測距離均能接受到適合辨認的燈光信號。

根據國家標準《霧的預報等級》，將霧的等級劃分為輕霧、霧、大霧、濃霧和強濃霧五個等級。航標燈發(fā)光強度基本需要滿足在強濃霧（大氣透光率小于10%）狀態(tài)下，濃霧（大氣透光率大于10%小于30%）狀態(tài)下，大霧（大氣透光率大于30% 小于50%）狀態(tài)下在500至2000米觀測距離內，在低背景亮度條件下，人眼觀測接收光線照度在10～50lx之間最為適合觀察到航標燈位置。

應用照度推算算法：

列表并計算：

綜上，根據不同能見度水平，在航行需要的觀測距離與人眼觀測合適接收照度的綜合約束下，亮度自適應調節(jié)航標燈可具備200～5000lx的可調節(jié)發(fā)光照度范圍，并應對能見度變化調節(jié)發(fā)光需求，可將表1作為應用調節(jié)的建議方案。

4 結語

依靠航標燈亮度自適應調節(jié)技術可實現(xiàn)助航燈光自適應的靈敏快速響應，替代人力管理勞作，減少工作延誤與錯誤，同時降低了功耗，提高了能源利用率，起到了節(jié)能的效果，實現(xiàn)航標燈的高效利用、安全實時監(jiān)測，進一步促進航標事業(yè)的發(fā)展，保障特殊航段通航航運安全。

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