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(guó)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(hù)里程3 456 km。我省航道水系總共設(shè)置岸標(biāo)2 900余座，浮標(biāo)400 余座，目前共有23個(gè)航道段，黑龍江和松花江干流為全國(guó)內(nèi)河水運(yùn)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(kāi)江，4月中旬松花江及嫩江流冰基本結(jié)束，開(kāi)始安設(shè)航標(biāo)燈，對(duì)有大量淺區(qū)的航道進(jìn)行排查，設(shè)置浮標(biāo)。松花江等內(nèi)河經(jīng)過(guò)一個(gè)夏航期后，在10月末開(kāi)始收回浮標(biāo)和航標(biāo)燈，每年通航時(shí)間大約為6—7個(gè)月，而界江黑龍江每年通航期時(shí)間更短些，大約為5個(gè)月左右。

1 航標(biāo)燈使用現(xiàn)狀

1.1 目前黑龍江省航標(biāo)燈使用情況

目前黑龍江省內(nèi)航道水系的航標(biāo)燈均采用傳統(tǒng)的鋅——空氣航標(biāo)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?jiǎn)沃粸?.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(biāo)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(hù)安裝以及鋅——空氣電池本身的環(huán)境污染問(wèn)題。還有就是鋅空電池航標(biāo)燈的被盜問(wèn)題也顯得十分嚴(yán)重，在那些遠(yuǎn)無(wú)人煙的地方經(jīng)常發(fā)生航標(biāo)燈具及電池被盜的情況，對(duì)于這種情況只有在巡航時(shí)才會(huì)被發(fā)現(xiàn)更換，一方面影響了航標(biāo)的導(dǎo)航功能，另方面造成航標(biāo)維護(hù)的成本提高，都需要拓寬思路想辦法解決。

1.2 我國(guó)現(xiàn)代使用航標(biāo)燈技術(shù)水平

我國(guó)南方大部分省區(qū)已普遍使用太陽(yáng)能航標(biāo)燈技術(shù)，其中部分航道使用了智能太陽(yáng)能遙測(cè)遙控技術(shù)。如交通部長(zhǎng)江航道局在長(zhǎng)江南京至瀏河口段于2008年采用了“數(shù)字航道”與“智能航運(yùn)”建設(shè)的示范性工程的太陽(yáng)能航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)，并完成推廣應(yīng)用的相關(guān)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn); 其又在2010年開(kāi)工建設(shè)了三峽庫(kù)區(qū)段數(shù)字航道，推廣使用智能太陽(yáng)能航標(biāo)遙測(cè)遙控技術(shù)，最終計(jì)劃于2015年全面建成長(zhǎng)江數(shù)字航道; 廣州航道局采用的也是智能一體式太陽(yáng)能航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)。

1.3 航標(biāo)燈使用發(fā)展趨勢(shì)

目前“太陽(yáng)能新能源”技術(shù)及“數(shù)字航道”和“智能航運(yùn)”技術(shù)已成為將來(lái)航道科技發(fā)展的必然趨勢(shì)。因此，智能一體化太陽(yáng)能航標(biāo)燈是智能導(dǎo)航系統(tǒng)平臺(tái)的一個(gè)部分，是基于數(shù)字航道而服務(wù)于智能航運(yùn)的智能導(dǎo)航器件，它的應(yīng)用，將為數(shù)字航道及智能航運(yùn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，是推進(jìn)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(yáng)能航標(biāo)燈研究

2.1 主要研究?jī)?nèi)容

由于我省屬于寒地氣候特征，每年僅有5—6個(gè)月通航時(shí)間，冬季浮標(biāo)及岸標(biāo)燈具均需收回，有時(shí)氣候異常霜凍冰凌提前來(lái)臨，航標(biāo)來(lái)不及收回，這樣太陽(yáng)能航標(biāo)系統(tǒng)就存在著防霜凍或冰凌撞擊的問(wèn)題，在冬季收回后也存在充電管理等問(wèn)題，因此，在航標(biāo)燈的設(shè)計(jì)上也也與南方使用的太陽(yáng)能航標(biāo)燈有所不同，因此，本研究課題主要包括以下研究?jī)?nèi)容:

1) 燈具外型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2) LED 發(fā)光二極管冷光源電路設(shè)計(jì)。

3) 遙測(cè)控制器電路設(shè)計(jì)、防盜設(shè)計(jì)。

4) 太陽(yáng)能電池組件、選型設(shè)計(jì)。

5) 試驗(yàn)航標(biāo)段選址及航標(biāo)燈實(shí)況試驗(yàn)。

6) 冬季對(duì)蓄電池充電維護(hù)管理試驗(yàn)。

7) 綜合分析評(píng)價(jià)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.2 主要技術(shù)路線

本課題項(xiàng)目研究擬采用國(guó)內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)及市場(chǎng)調(diào)研、資料整理與分析、理論探討、原型觀測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等手段，并與南方相關(guān)使用部門多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的技術(shù)路線。具體如下:

1) 市場(chǎng)調(diào)研:進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)研與實(shí)地考察相結(jié)合的原則，對(duì)相關(guān)使用部門及配件產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)研，充分了解國(guó)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(cè): 在對(duì)南方一體化航標(biāo)燈原型觀測(cè)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研分析，對(duì)其性能的優(yōu)缺點(diǎn)充分了解，從而制定適合本地特點(diǎn)的航標(biāo)設(shè)計(jì)方案。

3) 選型設(shè)計(jì):按不同設(shè)計(jì)方案對(duì)配件進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，同時(shí)進(jìn)行相關(guān)LED 光源系統(tǒng)及電氣檢測(cè)系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)。

4) 實(shí)況試驗(yàn):按不同標(biāo)燈類型組裝一體化航標(biāo)燈，并分別在實(shí)況條件下進(jìn)行電氣性能檢測(cè)、遙測(cè)遙控性能測(cè)試、防盜功能測(cè)試。

試驗(yàn)標(biāo)段選址:本項(xiàng)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(jìn)行遙測(cè)試驗(yàn):①因?yàn)楸揪脂F(xiàn)已有哈爾濱航道段電子航道圖系統(tǒng)軟件;②因?yàn)楣枮I段是具有代表性的航標(biāo)段，也是未來(lái)計(jì)劃首批應(yīng)用一體化太陽(yáng)能航標(biāo)燈的航標(biāo)段。

5) 越冬維護(hù):冬季收標(biāo)對(duì)蓄電池電源維護(hù)充電管理后，第二年春季再次進(jìn)行使用測(cè)試。

6) 總結(jié)評(píng)價(jià):對(duì)上述觀測(cè)及檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總總結(jié)，結(jié)合南方相關(guān)使用部門的相關(guān)結(jié)驗(yàn)，篩選出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

3 目前研究進(jìn)程及成果

3.1 航標(biāo)例會(huì)

國(guó)內(nèi)每?jī)赡杲M織一次航標(biāo)例會(huì)，交流最新的航道技術(shù)現(xiàn)況，其中便有國(guó)內(nèi)最新航標(biāo)燈發(fā)展現(xiàn)狀及使用情況，并展示相關(guān)的航標(biāo)燈樣品，大家相互交流技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)，有一定的應(yīng)用基礎(chǔ)。

3.2 松浦一號(hào)航標(biāo)燈

于2010年春在新建的松浦大橋處開(kāi)發(fā)安裝“松浦一號(hào)”智能分體式太陽(yáng)能航標(biāo)燈，使用鋅——空氣電池供電，采用遙測(cè)遙控及故障報(bào)警技術(shù)，通過(guò)移動(dòng)通訊，互聯(lián)公網(wǎng)進(jìn)行信息傳輸及監(jiān)測(cè)，可短信告知參數(shù)及預(yù)警，浮標(biāo)GPS 自動(dòng)定位誤差在2 ～5 m，同時(shí)在北方號(hào)船上安裝了GPS 自動(dòng)定位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)功能，為“智能航運(yùn)”積累技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，目前試用均良好。

松浦一號(hào)航標(biāo)燈其中的遙測(cè)控制電路技術(shù)為本項(xiàng)目課題研究提供寶貴的工作經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上采用太陽(yáng)能供電系統(tǒng)，并采用一體式組裝，即為智能一體式太陽(yáng)能航標(biāo)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(dāng)然，在此基礎(chǔ)還需要進(jìn)一步優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，具有一定的工作基礎(chǔ)。

4 社會(huì)效益及應(yīng)用前景分析

智能一體化太陽(yáng)能航標(biāo)燈由于使用太陽(yáng)能為燈具供電，重量輕、成本低，免維護(hù)、易于維修更換，而且采用遙測(cè)遙控報(bào)警系統(tǒng)對(duì)航標(biāo)工作狀態(tài)全天候進(jìn)行監(jiān)控，自動(dòng)化程度高，每一兩個(gè)月可巡航維護(hù)一次，所以可大大降低航道工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)航標(biāo)燈，可增強(qiáng)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(shí)代發(fā)展需求及節(jié)能減排的產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向，也可提高我省航道的維護(hù)質(zhì)量及管理水平，更好的為我省經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)，并且為將來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字航道，智能航運(yùn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，智能一體化太陽(yáng)能航標(biāo)燈技術(shù)已成為目前最具發(fā)展?jié)摿巴茝V價(jià)值的新一代航標(biāo)導(dǎo)航技術(shù)，具有十分廣闊的發(fā)展前景。

［1］匡俊華. 智能航標(biāo)燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］. 天津: 天津大學(xué)，2006.