田中文，王應(yīng)強(qiáng)，陳旭生，李法銘

（廣州文沖船廠有限責(zé)任公司，廣州510727）

1 引言

1.1 舷燈的定義及作用

舷燈是船的必要裝置，在《1972年國(guó)際海上避碰規(guī)則》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)則》）中規(guī)定：舷燈是指安置在船舶最高甲板左右兩側(cè)的左舷紅光燈和右舷綠光燈，各自在112.5°的水平弧內(nèi)顯示不間斷的燈光，其裝置要使燈光從船舶的正前方到各自一舷的正橫后22.5°內(nèi)分別顯示。長(zhǎng)度小于20 m得船舶，其舷燈可以合并成一盞，裝設(shè)于船舶的首位中心線上。

在某些天氣狀況下，由于船舶航速一般都比較慢，很難分清對(duì)方的航行方向。此時(shí)，當(dāng)看到對(duì)方船舶的紅燈時(shí)，說(shuō)明對(duì)方在向你的左側(cè)方向行駛；當(dāng)看到綠燈時(shí)，說(shuō)明對(duì)方在向你的右側(cè)方向行駛；當(dāng)同時(shí)看到紅燈和綠燈時(shí)，說(shuō)明對(duì)方在向你迎面駛來(lái)；紅燈和綠燈都看不到，說(shuō)明對(duì)方在背向你駛來(lái)。

本文利用氣象能見(jiàn)距離的相關(guān)原理，解釋設(shè)置黑色舷燈遮板的必要性，并探討遮光板對(duì)能見(jiàn)距離的影響。

2 氣象能見(jiàn)度

能見(jiàn)度在航空、航海及其他交通運(yùn)輸領(lǐng)域里，它是關(guān)系到安全保障的重要?dú)庀笠刂?。在海面上，正常目力所能看到的最大水平距離，稱為海面能見(jiàn)度。所謂“能見(jiàn)”就是能將目標(biāo)物的輪廓從天空背景上分辨出來(lái)。據(jù)世界海事組織統(tǒng)計(jì)，有60%～70%的事故是與霧有關(guān)系，霧不僅影響船舶的航行安全，還影響船舶天文地理的定位。

2.1 白天氣象能見(jiàn)度

一般來(lái)說(shuō)，白天的觀測(cè)條件是在均一的擴(kuò)展背景下，觀測(cè)一個(gè)孤立的目標(biāo)物，目標(biāo)物也都是擴(kuò)展反射光源，其目標(biāo)物B0 — 背景B′0的固有亮度對(duì)比為C0，則

由于空氣的物光減弱和氣光增強(qiáng)作用，C0會(huì)衰減，在觀測(cè)者眼睛上形成的目標(biāo)物BL—背景B′L的固有亮度對(duì)比為CL，則

式中：BL－經(jīng)過(guò)L距離后，目標(biāo)物的固有亮度；

B′L－經(jīng)過(guò)L距離后，背景的固有亮度。

可得：

1)若選擇水平天空作為背景，此時(shí)背景亮度B′0等于水平天空亮度BH，則

當(dāng)CL=ε時(shí)，相應(yīng)的能見(jiàn)距離Lm1為：

2)若選擇黑色遮板作為背景，此時(shí)背景亮度是絕對(duì)黑體B′0=0，則當(dāng)CL=ε時(shí)，相應(yīng)的能見(jiàn)距離Lm2為：

3)若燈光熄滅，以黑色遮板作為目標(biāo)物，天空作為背景，此時(shí)，背景的固有亮度B′0應(yīng)等于水平天空的視亮度BH，則當(dāng)CL=ε時(shí)，最大能見(jiàn)距離Lm3為：

2.2 夜間能見(jiàn)度

夜間由于光照條件的限制，已不能使用一般的目標(biāo)物，而只能用發(fā)光物體（燈光）作為目標(biāo)物。設(shè)燈光強(qiáng)度為I ，與觀測(cè)者為距離L，則在觀測(cè)者眼睛上產(chǎn)生的照度可由阿拉德（Allard）定律定義：

當(dāng)觀測(cè)者離燈光距離為S時(shí)，燈光產(chǎn)生的照度達(dá)到閾值E0,這時(shí)目標(biāo)燈恰好能見(jiàn)，稱S為燈光能見(jiàn)距離，即

很明顯它與背景的亮度無(wú)關(guān)，只與燈光強(qiáng)度、大氣黑夜消光系數(shù)以及黑夜人眼閥值有關(guān)。

3 計(jì)算結(jié)果與分析

影響海面能見(jiàn)度的因素包括：霧、沙塵暴、雨、雪、低云等。其中霧是最主要因素，故本文主要研究霧與能見(jiàn)度的關(guān)系。

由《規(guī)則》可知，長(zhǎng)度≥20 m的船舶的舷燈應(yīng)裝有無(wú)光黑色的內(nèi)側(cè)遮板。現(xiàn)以能見(jiàn)距離為3 n mile的情況為例：

號(hào)燈的最低發(fā)光強(qiáng)度按下式計(jì)算：

式中：I——發(fā)光強(qiáng)度，當(dāng)D=3 n mile時(shí)，I=12cd；

T——臨閥系數(shù)，T=2×10-7lx；

D——號(hào)燈的能見(jiàn)距離（照明距離），nmile；

K——大氣透射率，K=0.8。

3.1 舷燈分析

假定燈泡的光源寬度為d=24 mm,則球面面積：

根據(jù)光亮度與發(fā)光強(qiáng)度的關(guān)系求燈泡的亮度：

取對(duì)比閥值ε=0.02，根據(jù)國(guó)際氣象能見(jiàn)度分級(jí)編碼和IACO規(guī)定的照度閥值編制表1，以及3 n mile 舷燈分析圖，見(jiàn)圖1。

圖1 3 nmile 舷燈分析圖

表1 天氣狀況與能見(jiàn)距離表

3.2 圖表分析

從表1和圖1可以看出：Lm1、Lm2、Lm3均隨著消光系數(shù)σ的增大而減小，其變化幅度由劇烈到緩慢減??；而且Lm1

在圖1中，Δ2曲線一直處于Δ1曲線以下，并且兩者之間的距離隨著消光系數(shù)σ的增大而急劇增大。 對(duì)于Δ1 曲線來(lái)說(shuō)，Δ1的大小隨著消光系數(shù)σ的先略微減小而又逐漸緩慢增大，當(dāng)消光系數(shù)0.078≤σ≤0.196時(shí)，的大小逐漸減小達(dá)到最小值；當(dāng)消光系數(shù)σ﹥0.196時(shí)，Δ1的大小開始逐漸變大并在濃霧狀態(tài)下出現(xiàn)最大，表明舷燈能見(jiàn)距離在天氣惡劣的情況下大幅度提高，其中當(dāng)消光系數(shù)0.078≤σ≤0.672 5時(shí)，其變化幅度小于5%，說(shuō)明舷燈的距離提升幅度在天氣較好的情況下沒(méi)有出現(xiàn)較大擾動(dòng)；對(duì)于Δ2曲線來(lái)說(shuō)，Δ2的大小則隨著消光系數(shù)σ的增大而逐漸減小，表明舷燈的能見(jiàn)距離在天氣較好的時(shí)候有所提高，而在天氣惡劣的時(shí)候沒(méi)有顯著提高。

4 總結(jié)

通過(guò)以上分析，得出以下結(jié)論：

（1）在有舷燈有遮光板的情況下，舷燈的能見(jiàn)距離比有舷燈無(wú)遮光板的能見(jiàn)距離有顯著提升，且提升幅度是隨消光系數(shù)逐漸上升的；

（2）在無(wú)舷燈有遮光板的情況下，舷燈的能見(jiàn)距離比有舷燈無(wú)遮光板的能見(jiàn)距離有顯著提升，但提升幅度是隨消光系數(shù)逐漸下降的；

（3）對(duì)于如沙塵暴、雨、雪、低云等其余天氣狀況，同樣會(huì)有類似的變化趨勢(shì)；

（4）黑色遮光板對(duì)舷燈的能見(jiàn)距離有提高，故設(shè)置黑色遮光板是必要的。

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