陳國偉 甄 濤

一、項(xiàng)目背景

航標(biāo)是幫助引導(dǎo)船舶航行、定位和標(biāo)示礙航物與表示警告的人工標(biāo)志，為各種水上活動(dòng)提供安全信息的設(shè)施或系統(tǒng)。航標(biāo)通常設(shè)于通航水域或其近處，以標(biāo)示航道、錨地、灘險(xiǎn)及其他礙航物的位置，表示水深，指揮狹窄水道的交通。按工作原理分類航標(biāo)有三類，包括視覺航標(biāo)、無線電航標(biāo)和音響航標(biāo)。其中視覺航標(biāo)能使駕駛?cè)藛T通過直接觀測迅速辨明水域，確定船位，安全航行，是使用最多最方便的航標(biāo)，視覺航標(biāo)包括燈塔、立標(biāo)、燈樁、浮標(biāo)、燈船和各種導(dǎo)標(biāo)等。根據(jù)《中華人民共和國交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JT/T 730—2008》解釋，航標(biāo)燈是為保證船舶在夜間安全航行而安裝在航標(biāo)設(shè)施上的一類助航信號(hào)燈，它在夜間發(fā)出規(guī)定的燈光顏色和閃光頻率，達(dá)到規(guī)定的照射角度和能見距離。安裝有航標(biāo)燈的視覺航標(biāo)可供駕駛?cè)藛T根據(jù)燈光顏色和閃光頻率來判別，目前沿海航標(biāo)大都安裝有航標(biāo)燈。

航標(biāo)燈歷經(jīng)了煤油、電氣、半導(dǎo)體，目前發(fā)展到了第四代太陽能航標(biāo)燈，而太陽能航標(biāo)燈從早期的燈泡式光源發(fā)展到目前主流LED光源的技術(shù)革新也已經(jīng)有20余年。近年來，國家對沿海港口的大力發(fā)展也帶動(dòng)了航標(biāo)行業(yè)的急速增長，沿海航標(biāo)數(shù)量也隨之以幾何倍數(shù)增加。就交通運(yùn)輸部東海航海保障中心上海航標(biāo)處而言，在這期間航標(biāo)數(shù)量從幾百座增長到目前的1 200座左右，整個(gè)中國沿海的航標(biāo)數(shù)量已超過上萬座，航標(biāo)巡檢維護(hù)的工作量和工作壓力也在逐年遞增。為了減輕航標(biāo)維護(hù)人員的工作量，提升航標(biāo)燈可用性和可靠性，使海上航標(biāo)工作智能化、安全化和高效化，新一代技術(shù)革新勢在必行。

二、航標(biāo)燈多樣性需求

目前，市場上可供選擇的太陽能航標(biāo)燈大都為單一燈光顏色，在實(shí)際使用中因不同航標(biāo)標(biāo)別性質(zhì)會(huì)用到紅、綠、白、黃等多種燈光顏色航標(biāo)燈。為保持轄區(qū)航標(biāo)發(fā)揮有效助航效能，上海航標(biāo)處需備存各類燈器500余臺(tái)，同時(shí)要求各航標(biāo)站點(diǎn)和作業(yè)船艇配置相應(yīng)數(shù)量的各種燈光顏色的航標(biāo)燈，以滿足日常航標(biāo)維護(hù)和現(xiàn)場搶修的燈器需求。目前航標(biāo)燈需求存在以下主要問題：

（1）海上航標(biāo)設(shè)置分布廣，作業(yè)環(huán)境惡劣，遇上需要設(shè)置特定航標(biāo)標(biāo)別時(shí)，要配置大量對應(yīng)燈光顏色的航標(biāo)燈，現(xiàn)有的航標(biāo)燈配置無法滿足要求。

（2）遇突發(fā)航標(biāo)故障搶修時(shí)，往往因現(xiàn)場沒有配相應(yīng)燈光顏色的航標(biāo)燈，影響了應(yīng)急搶修任務(wù)的及時(shí)完成。

（3）在巡檢維護(hù)過程中航標(biāo)船上也需要配置各種顏色航標(biāo)燈，從而導(dǎo)致航標(biāo)燈器備品數(shù)量增多。這一方面不利于燈器的日常養(yǎng)護(hù)，另一方面航標(biāo)船艇空間有限，船艇搖晃也增加了互相碰撞導(dǎo)致組件損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

（4）配備齊全各種顏色航標(biāo)燈，極大地增加了航標(biāo)燈儲(chǔ)存周轉(zhuǎn)成本。

針對上述需求，迫切需要研制一種滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的多光色一體化航標(biāo)燈，它可以克服現(xiàn)有技術(shù)中現(xiàn)場更換安裝煩瑣、檢修搶修不便的一些不足。

三、多光色一體化航標(biāo)燈研制要點(diǎn)

針對航標(biāo)燈應(yīng)用需求，2014年上海航標(biāo)處組織研制了多光色一體化燈器。多光色一體化航標(biāo)燈由光源透鏡、電子控制組件、太陽板電池組件和燈器殼體四部分組成，該航標(biāo)燈將紅、綠、白、黃等四種燈光顏色集成于一套航標(biāo)燈，使一盞航標(biāo)燈能夠滿足各種航標(biāo)標(biāo)別設(shè)置時(shí)的燈光顏色需求。該燈器采用了“多色光源控制模塊”和“IP環(huán)境綜合防護(hù)設(shè)計(jì)”，并能實(shí)現(xiàn)“3G/4G遙測遙控監(jiān)控”和“可用手機(jī)APP設(shè)置參數(shù)及查詢狀態(tài)”等功能。

1.多光色一體

利用成熟的LED技術(shù)，運(yùn)用于多光色LED光源組研究，使多種顏色在一盞航標(biāo)燈上得以綜合體現(xiàn)。

四種顏色共24顆LED均勻配列于圓周線上（見圖1），位置、發(fā)散角、光度經(jīng)過多次反復(fù)精密計(jì)算驗(yàn)證，通過分組并串聯(lián)實(shí)現(xiàn)分組控制和單色組別發(fā)光[1]。

圖1 LED發(fā)光示意圖

2.免維護(hù)

利用航標(biāo)維護(hù)管理經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，研發(fā)出滿足航海保障一線需求并且免維護(hù)的新型燈器（見圖2）。主要采用了以下優(yōu)化措施：

（1）設(shè)計(jì)大手柄，實(shí)現(xiàn)冬季戴手套也可以搬運(yùn)的便利性；

（2）將大型燈器配置的防鳥針運(yùn)用于小型燈器上，比現(xiàn)有小型燈器的簡便式防鳥裝置更具效果，實(shí)現(xiàn)免維護(hù)效果；

（3）采用成熟的外部光滑透鏡技術(shù)，燈器外罩不易粘黏污染，實(shí)現(xiàn)免維護(hù)效果。

圖2 多光色一體化航標(biāo)燈結(jié)構(gòu)示意圖

3.智能化

基于目前航標(biāo)遙測系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，本款航標(biāo)燈在安裝3G/4G通信卡后可以用手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)無線遙測遙控[2，3]，并可以設(shè)置藍(lán)牙對接密碼設(shè)立安全保護(hù)屏障，運(yùn)用安卓系統(tǒng)更具使用便利性。

四、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

多光色一體化航標(biāo)燈在2015年投入使用，除中國大陸市場外，目前產(chǎn)品已經(jīng)遠(yuǎn)銷“一帶一路”沿岸的新加坡、印度尼西亞和中國臺(tái)灣等國家和地區(qū)，在國際和國內(nèi)沿海的航標(biāo)管理部門得到廣泛應(yīng)用，產(chǎn)品已獲得一項(xiàng)國家實(shí)用新型專利，經(jīng)國家權(quán)威檢測單位檢測合格。經(jīng)水平檢索查新，多光色一體化航標(biāo)燈屬全球首創(chuàng)，技術(shù)水平達(dá)到國際先進(jìn)。主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)如下：

1.國際、國內(nèi)首創(chuàng)四色一體化航標(biāo)燈

實(shí)現(xiàn)集成多光色LED發(fā)光組與航標(biāo)燈一體化的技術(shù)方案，高效滿足海上航標(biāo)維護(hù)作業(yè)需要。

多光色一體化航標(biāo)燈以突破型的科技創(chuàng)新賦予單體航標(biāo)燈產(chǎn)品能同時(shí)滿足海上各種航標(biāo)標(biāo)別所需要之四種燈光顏色的強(qiáng)大功能，從而能夠以最小體積、最集合和最便利的方式提供一體化助航服務(wù)，大幅提升了航標(biāo)維護(hù)和安全作業(yè)的效率，極大地減少了航標(biāo)燈備品、配件的周轉(zhuǎn)庫存量。

伴隨功能的整合，本實(shí)用新型產(chǎn)品使航標(biāo)維護(hù)作業(yè)所需的航標(biāo)燈以及備件和相關(guān)配件的庫存周轉(zhuǎn)儲(chǔ)備數(shù)量、庫存日常維護(hù)工作量大大降低，由原本的每一種光色各備一套航標(biāo)燈減少為四種光色只需配備一套航標(biāo)燈的最精簡配置。無論在維護(hù)管理上還是經(jīng)費(fèi)使用效率上都為一線航標(biāo)維護(hù)工作人員省心、省力、省錢。

一體多用，優(yōu)化運(yùn)營成本。一次采購實(shí)現(xiàn)多種需求覆蓋，本產(chǎn)品可大幅減少航標(biāo)維護(hù)工作人員進(jìn)行產(chǎn)品采購、運(yùn)輸、庫存周轉(zhuǎn)管理與維護(hù)、產(chǎn)品現(xiàn)場安裝的工作時(shí)間與經(jīng)濟(jì)成本，單次購買即可保障原本所需分別進(jìn)行的四次采購與購后管理等一系列工作，縮減工作流程，減少工作量，實(shí)現(xiàn)航標(biāo)工作的優(yōu)化提升。

2.解決了密集式LED排布的發(fā)熱問題及排列準(zhǔn)確性

多光色大量高強(qiáng)LED對燈器功耗的過度消耗，是燈器設(shè)計(jì)過程中的一大難題。經(jīng)過了無數(shù)次計(jì)算機(jī)模擬對模組核心的計(jì)算實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場實(shí)踐效果評估，最后加上透鏡完美的配合使用，解決了這一問題，使燈器達(dá)到航標(biāo)燈所需要的技術(shù)規(guī)格，達(dá)到并超越了最初的設(shè)計(jì)要求，多光色一體化航標(biāo)燈滿足行業(yè)內(nèi)外各項(xiàng)安全指標(biāo)及使用規(guī)范，并為將來的5色甚至更多色光源并存一體的進(jìn)一步技術(shù)研發(fā)提供了科學(xué)依據(jù)。

3.運(yùn)用手機(jī)APP設(shè)置和檢測燈器狀態(tài)

遠(yuǎn)程APP無線遙控設(shè)置具有高效率和高可靠性，便利現(xiàn)場維護(hù)操作。此次技術(shù)發(fā)明的多種燈光顏色切換和發(fā)光射程調(diào)節(jié)功能，可通過手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線操控，是產(chǎn)品智能化的一大飛躍，也是產(chǎn)品使用者在執(zhí)行過程中的一大福音。航標(biāo)維護(hù)作業(yè)人員可規(guī)避、減少海上臨時(shí)更換單色航標(biāo)燈面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)和復(fù)雜操作，提高現(xiàn)場維護(hù)工作的安全保障。同時(shí)智能無線遙控切換也可大幅提高操作的靈活性和轉(zhuǎn)換效率，在陸地上便可簡易實(shí)現(xiàn)快速變色，節(jié)省海上作業(yè)準(zhǔn)備和執(zhí)行時(shí)間，是航標(biāo)維護(hù)作業(yè)行業(yè)水平向?qū)I(yè)、優(yōu)質(zhì)、智能先進(jìn)方向發(fā)展的重要一步。

五、應(yīng)用評估

多光色一體化航標(biāo)燈自2015年6月起在上海航標(biāo)處試用，經(jīng)試用評估，在2016年開始推廣應(yīng)用，目前已在上海轄區(qū)安裝使用36套。同時(shí)該燈器在印度尼西亞、新加坡和中國臺(tái)灣等國家和地區(qū)推廣使用（見圖3、圖4），產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠，各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)符合使用要求。

圖3 燈浮上應(yīng)用

圖4 燈樁上應(yīng)用

1.使用情況評估

多光色一體化航標(biāo)燈選材精良，能適合海上惡劣環(huán)境；多功能兼容，便于現(xiàn)場維護(hù)操作，可減少日常維護(hù)者的工作量。該燈器使用情況穩(wěn)定良好，使用中未出現(xiàn)故障，經(jīng)現(xiàn)場航標(biāo)效能技術(shù)測定，多光色一體化航標(biāo)燈各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足航標(biāo)燈技術(shù)規(guī)范要求。該燈器安裝、檢測、維護(hù)簡易方便，各項(xiàng)技術(shù)性能運(yùn)行可靠，通過手機(jī)藍(lán)牙連接，維護(hù)人員可在專用APP上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離設(shè)置燈器技術(shù)參數(shù)，提高了航標(biāo)現(xiàn)場維護(hù)工作效率，降低了人員在大風(fēng)浪環(huán)境下上標(biāo)作業(yè)帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)，深受一線航標(biāo)維護(hù)人員青睞。在針對安裝多光色一體化燈器的航道航標(biāo)效能評估中，新型航標(biāo)燈的助航效能獲得了航運(yùn)用戶和船舶駕引人員的肯定。

2.經(jīng)濟(jì)效益

多光色一體航標(biāo)燈將紅、綠、白、黃等四種燈光顏色集成于一套航標(biāo)燈里面，與之前檢測維護(hù)及庫存需要配備攜帶4臺(tái)不同顏色燈器相比較，一盞航標(biāo)燈就能夠滿足各種航標(biāo)標(biāo)別設(shè)置時(shí)所需要的燈光顏色，極大地減少了航標(biāo)燈儲(chǔ)存周轉(zhuǎn)數(shù)量，降低了預(yù)算成本，使航標(biāo)維護(hù)經(jīng)費(fèi)使用更加經(jīng)濟(jì)有效。

以經(jīng)濟(jì)效益來看，按一臺(tái)一體化航標(biāo)燈費(fèi)用1萬6 000元算，僅上海航標(biāo)處現(xiàn)管轄1 200座航標(biāo)，為滿足航標(biāo)維護(hù)而必需的航標(biāo)燈庫存量，算上每年被撞損壞和報(bào)廢數(shù)量來估算，每年需新購置約500座新的航標(biāo)燈，需要支出經(jīng)費(fèi)800萬元，由于多光色航標(biāo)燈1座可代替4座不同顏色的航標(biāo)燈，可以有效降低庫存數(shù)量，每年節(jié)省經(jīng)費(fèi)約500萬元。目前全國共有18個(gè)處，沿海有11 000余座航標(biāo)，每年可節(jié)約備用燈器購置經(jīng)費(fèi)約幾千萬元。如該燈器推廣到內(nèi)河航道航標(biāo)應(yīng)用，內(nèi)河航道有5萬座航標(biāo)，可節(jié)約支出經(jīng)費(fèi)就更為可觀，同時(shí)較原單一燈光燈器相比將大大減少周轉(zhuǎn)庫存，節(jié)約經(jīng)費(fèi)、場地和人員工作量。

3.社會(huì)效益

多光色一體化航標(biāo)燈具備多光色一體、免維護(hù)周期延長、智能化等特點(diǎn)，可以有效減少航標(biāo)燈儲(chǔ)存周轉(zhuǎn)數(shù)量，降低管理成本和采購成本。同時(shí)多光色一體化燈器的通用性可以滿足各種突發(fā)航標(biāo)故障搶修需要，能減輕航標(biāo)維護(hù)人員的工作量，讓海上航標(biāo)工作更加智能化、安全化和高效化，有助于提升轄區(qū)助航服務(wù)能力的提升，滿足航運(yùn)和口岸用戶的服務(wù)需求，也達(dá)到了預(yù)期效果。

六、結(jié)語

隨著國家提出“海洋強(qiáng)國”和“一帶一路”倡議，航海技術(shù)朝著數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化的方向發(fā)展，如何創(chuàng)新助航保障科技手段，滿足用戶基于新技術(shù)條件下的助航服務(wù)需求是航海保障部門面臨的新挑戰(zhàn)。在大力推進(jìn)E-航海技術(shù)和智慧航標(biāo)建設(shè)的背景下，期待多光色一體化航標(biāo)燈在沿海航標(biāo)上的應(yīng)用能推動(dòng)視覺航標(biāo)技術(shù)更新的潮流，促進(jìn)新技術(shù)、新材料、新工藝在航標(biāo)領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展，助推海事航海保障服務(wù)水平的提升。