智能一体化太阳能航标灯项目研究

曹锡山

( 黑龙江省航道局，哈尔滨150026)

0 引 言

黑龙江水系是我国三大通航水系之一，主要通航河流有:黑龙江、松花江、乌苏里江、嫩江、呼兰河、牡丹江及绥芬河等，主要湖泊有兴凯湖、镜泊湖及五大连池等，航道总里程5 495 km，通航里程亦为5 495 km，航道维护里程3 456 km。我省航道水系总共设置岸标2 900余座，浮标400 余座，目前共有23个航道段，黑龙江和松花江干流为全国内河水运主通道。黑龙江水系如黑龙江、松花江等均属于季节性冰冻河流。松花江一般每年11月上旬封江，翌年4月上旬开江，4月中旬松花江及嫩江流冰基本结束，开始安设航标灯，对有大量浅区的航道进行排查，设置浮标。松花江等内河经过一个夏航期后，在10月末开始收回浮标和航标灯，每年通航时间大约为6—7个月，而界江黑龙江每年通航期时间更短些，大约为5个月左右。

1 航标灯使用现状

1.1 目前黑龙江省航标灯使用情况

目前黑龙江省内航道水系的航标灯均采用传统的锌——空气航标干电池做为电源，LED 发光二极管冷光源做为光源的灯电系统。锌——空气电池放电电压单只为1.45 V，串并联组装后为2.9 V和4.2 V两种，可供目前两种型式航标灯供电。LED 发光二极管组合光源由本局于2000年研制成功，取代了以往的白炽灯泡，使能耗降低了50%以上，使每年四茬电池改为仅上两茬电池，但锌空气电池电源本身也存在着一定的局限性，还需要定期维护安装以及锌——空气电池本身的环境污染问题。还有就是锌空电池航标灯的被盗问题也显得十分严重，在那些远无人烟的地方经常发生航标灯具及电池被盗的情况，对于这种情况只有在巡航时才会被发现更换，一方面影响了航标的导航功能，另方面造成航标维护的成本提高，都需要拓宽思路想办法解决。

1.2 我国现代使用航标灯技术水平

我国南方大部分省区已普遍使用太阳能航标灯技术，其中部分航道使用了智能太阳能遥测遥控技术。如交通部长江航道局在长江南京至浏河口段于2008年采用了“数字航道”与“智能航运”建设的示范性工程的太阳能航标遥测遥控系统，并完成推广应用的相关数据和标准; 其又在2010年开工建设了三峡库区段数字航道，推广使用智能太阳能航标遥测遥控技术，最终计划于2015年全面建成长江数字航道; 广州航道局采用的也是智能一体式太阳能航标遥测遥控系统。

1.3 航标灯使用发展趋势

目前“太阳能新能源”技术及“数字航道”和“智能航运”技术已成为将来航道科技发展的必然趋势。因此，智能一体化太阳能航标灯是智能导航系统平台的一个部分，是基于数字航道而服务于智能航运的智能导航器件，它的应用，将为数字航道及智能航运奠定坚实的基础，是推进航道科技向节能环保、数字化、现代化、规范化方向发展，不可或缺的组成部分。

2 智能一体化太阳能航标灯研究

2.1 主要研究内容

由于我省属于寒地气候特征，每年仅有5—6个月通航时间，冬季浮标及岸标灯具均需收回，有时气候异常霜冻冰凌提前来临，航标来不及收回，这样太阳能航标系统就存在着防霜冻或冰凌撞击的问题，在冬季收回后也存在充电管理等问题，因此，在航标灯的设计上也也与南方使用的太阳能航标灯有所不同，因此，本研究课题主要包括以下研究内容:

1) 灯具外型结构设计。

2) LED 发光二极管冷光源电路设计。

3) 遥测控制器电路设计、防盗设计。

4) 太阳能电池组件、选型设计。

5) 试验航标段选址及航标灯实况试验。

6) 冬季对蓄电池充电维护管理试验。

7) 综合分析评价优化设计。

2.2 主要技术路线

本课题项目研究拟采用国内外网络及市场调研、资料整理与分析、理论探讨、原型观测和现场试验等手段，并与南方相关使用部门多年实践经验相结合的技术路线。具体如下:

1) 市场调研:进行网络调研与实地考察相结合的原则，对相关使用部门及配件产品进行调研，充分了解国内外技术现状，掌握最新的此方面技术研究成果。

2) 原型观测: 在对南方一体化航标灯原型观测的基础上，进行详细调研分析，对其性能的优缺点充分了解，从而制定适合本地特点的航标设计方案。

3) 选型设计:按不同设计方案对配件进行选型设计，同时进行相关LED 光源系统及电气检测系统、防盗系统电路设计。

4) 实况试验:按不同标灯类型组装一体化航标灯，并分别在实况条件下进行电气性能检测、遥测遥控性能测试、防盗功能测试。

试验标段选址:本项内容主要利用现有的电子航道图系统在哈尔滨段进行遥测试验:①因为本局现已有哈尔滨航道段电子航道图系统软件;②因为哈尔滨段是具有代表性的航标段，也是未来计划首批应用一体化太阳能航标灯的航标段。

5) 越冬维护:冬季收标对蓄电池电源维护充电管理后，第二年春季再次进行使用测试。

6) 总结评价:对上述观测及检测数据进行汇总总结，结合南方相关使用部门的相关结验，筛选出最优设计方案。

3 目前研究进程及成果

3.1 航标例会

国内每两年组织一次航标例会，交流最新的航道技术现况，其中便有国内最新航标灯发展现状及使用情况，并展示相关的航标灯样品，大家相互交流技术及经验，有一定的应用基础。

3.2 松浦一号航标灯

于2010年春在新建的松浦大桥处开发安装“松浦一号”智能分体式太阳能航标灯，使用锌——空气电池供电，采用遥测遥控及故障报警技术，通过移动通讯，互联公网进行信息传输及监测，可短信告知参数及预警，浮标GPS 自动定位误差在2 ～5 m，同时在北方号船上安装了GPS 自动定位动态监测功能，为“智能航运”积累技术经验，目前试用均良好。

松浦一号航标灯其中的遥测控制电路技术为本项目课题研究提供宝贵的工作经验基础，在此基础上采用太阳能供电系统，并采用一体式组装，即为智能一体式太阳能航标灯系统。

3.3 LED 冷光源技术

于2000年自主研发出LED 冷光源照明技术，其较原始的白炽灯炮节能50%以上，当然，在此基础还需要进一步优化电路设计，具有一定的工作基础。

4 社会效益及应用前景分析

智能一体化太阳能航标灯由于使用太阳能为灯具供电，重量轻、成本低，免维护、易于维修更换，而且采用遥测遥控报警系统对航标工作状态全天候进行监控，自动化程度高，每一两个月可巡航维护一次，所以可大大降低航道工人的劳动强度，明显优于传统航标灯，可增强助航效果、减少事故发生几率，完全符合节能环保的时代发展需求及节能减排的产业导向，也可提高我省航道的维护质量及管理水平，更好的为我省经济发展服务，并且为将来实现数字航道，智能航运奠定坚实基础，智能一体化太阳能航标灯技术已成为目前最具发展潜力及推广价值的新一代航标导航技术，具有十分广阔的发展前景。

［1］匡俊华. 智能航标灯的设计与实现［D］. 天津: 天津大学，2006.