浅析航标灯日光开关的应用及改进

张敏

摘 要：在夜间，海面及岸堤上各种闪烁的航标灯光被誉为“航海者的眼睛”，航标灯光作为航标在夜间或能见度不良时的重要标识，时刻指引着过往船舶安全的航行。在实际中我们经常会发现，航标灯的开关时间并不是同步进行的，这是因为大部分航标灯的开关时间是由感光装置来控制的，不同方位、不同区域环境的光照度值不同，以及感光装置灵敏度的不同都有可能造成航标灯的开关时间不一样。

关键词：航标灯 日光阀 建议 改进

1.航標灯开关控制的两种主要途径

对于需要在夜间工作的有灯航标，其开关时间可由时间开关或感光装置来控制。时间开关通过预先设定的时间来控制灯器的开关，这需要掌握早晨和傍晚时的最佳开关转换时间，而且时间开关必须有日光刻度装置，以使设定的时间可以根据季节与昼夜时长的变化而自动调整；在发生能见度不良天气情况下，时间开关将不起作用，需要人为干预。感光装置则没有上述限制，因为它是通过对周围环境光照度水平的感应来进行的，感光装置可以根据季节的变化与天气的不同状况来自动调节开关时间。目前，绝对大多数航标的日光开关都是使用感光装置来进行控制。特别是使用电池供电系统的航标，感光装置能确保航标为航海者提供适宜服务的同时，也能使能源的消耗降到最低水平。

2.IALA及我国关于航标灯日光开关的规定及建议

IALA在G-1038《航标灯开关的环境光照度值》指南中推荐：为确保清楚确定开灯和关灯的照度值，在航标灯开灯与关灯的照度值之间设定一个足够的延迟量（通常为100lx），开灯的照度值为50-100lx，关灯的照度值为150-200lx。此外，IALA还建议可以结合时间延迟的方法以限制灯器在开关点照度值之间产生开关动作。我国《航标灯通用技术条件》（JT/ T761-2009）中规定，航标灯日光开关的照度阈值应可调，出厂值应设为300lx±100lx；在《85mm、155mm塑料透镜航标灯》（JT7011-93）中规定，航标灯日光开关灵敏度应整定为300lx，整定偏差及开关回差之和不得大于灵敏度的±20%。对比IALA及我国规范标准，可以发现我国并没有将航标灯开关灯的照度值设定为不同，而是选择统一设定一个开关灯固定值。

3.典型环境光照度值的观测及研究

国际上很多国家对本地区不同气象条件下环境光照度值都进行了长期的观测及计量，并分析得出不同时刻、不同位置等条件下典型的环境光照度值。国际社会公认的天文现象定时对应的典型光照度值为（假定无月光无人造光源无不利气象条件）：天文黎明（太阳中心位于地平线下18°俯角处）时典型光照度值为0.0006LX，航海黎明（太阳中心位于地平线下12°俯角处）时典型光照度值为0.06LX，民用黎明（太阳中心位于地平线下6°俯角处）时典型光照度值为6LX，而我们日常所用的日出/日落（太阳表面的上沿与地平线重合）时的典型光照度值为600LX。经研究，环境光照度值在不同气象条件下不同，同时也随不同时间太阳仰角的变化而变化。在航标灯日光开关实际应用中，日光开关所处的方位尤其重要。

4.日光开关方位对航标灯开关的影响

有关部门针对不同朝向的环境光照度值进行了测量，在相同时间、相同地点、相同环境下，不同朝向的环境光照度值均有不同。总体来说，测量仪器垂直向上正对天顶的环境光照度值最大，水平面向太阳方向环境光照度值其次，背向太阳光照度值最低。由于已经有研究人员对不同朝向的环境光照度值进行了观测，所以笔者选取了2盏同一厂家生产的同一型号、同一批次、同一颜色的灯器（2号及3号灯器），1盏同前2盏灯器一个厂家、不同型号灯器（1号灯器）以及1盏不同厂家生产的灯器（4号灯器），在楼顶稳定位置对日光开关在同一朝向的航标灯开关时间进行了实地观测，观测结果如表1所示。

从表中数据我们可以发现，虽然4盏灯器都是同一朝向，设定的同一阈值，但是每座灯的发光时间都不一样，基本在15分钟之内；其次是灯器发光时间受天气情况影响较大，天气晴朗与天气有雨时灯器发光时间相差近1个小时；再是同一厂家、同一批次的灯器（表中2号、3号灯器）发光时间非常相近，而同一厂家、不同型号的灯器、不同厂家之间的灯器发光时间相差较远。

实际应用中，灯浮标会随着潮流方向围绕沉块以椭圆状旋转，航标灯日光开关也会不断变换方位，造成日光开关对环境光照度值感应有所不同。因此，我们选取同一水域多座灯浮标，截取6天时间的遥测遥控数据进行分析，结果如表2。

上述4座灯浮标都是使用同一厂家、同一型号、同一批次的遥测遥控灯器，其中Q1、Q3为右侧标，Q2、Q4为左侧标。从上表统计数据可以看出4座灯浮标灯器每天开关时间都不一样，时间差最大约为30分钟。由于4座灯浮标受天气、海况等原因，存在不同程度的摇摆、旋转等，故所装灯器日光开关朝向不一，这是造成灯器开关时间不一致的主要原因。对于人工疏浚、狭窄航道来说，灯器开关时间应尽可能统一或接近，开关时间相差30分钟是无法接受的。

5.航标灯日光开关的应用及改进

在航标灯日光开关的实际应用中，如果控制开关的环境光照度值选择过高，则航标灯将持续工作较长时间，这会造成能源浪费及灯器的使用寿命缩短。如果开关照度值选择过低，航标灯将会出现开灯延迟、关灯提前的情况，从而降低了航标作为助航标志的效能，同时增加了船舶航行风险。

一是将航标灯日光开关设为可调。目前，国内厂家生产的大部分航标灯日光开关的照度阈值都无法可调。当夜间靠近岸线或接近海上作业区、码头时，背景灯光照度明显要高于漆黑的海面上，因此应将航标灯的日光开关照度阈值进行调整，以适应该航标灯所处的当前环境，保证航标灯开关时间满足船舶航行安全需要。同时，将航标灯日光开关设为可调，也是航标灯器满足国际、国内相应规范及标准的必要措施。具体的阈值可以参考IALA《助航指南》中所推荐的数值，并根据各个地区纬度的不同，进行适当的调整。

二是灯塔桩与灯浮标所用灯器的日光开关朝向应有所不同。因灯塔桩位置比较固定，所用灯器的日光开关应选择朝向开阔方向，尽量避开树林等遮蔽，为保证灯器发光时间与航海时间尽量接近，安装灯器时应尽量让日光开关背向太阳方向为宜。

从第5节的实验数据可以看出，灯浮标所用灯器日光开关安装位置受外部环境影响非常大，为方便用户使用，目前国内灯器厂家均将日光开关安装在灯壳的侧面，随着灯浮标的不停转动，日光开关的感应也不断发生变化，造成灯浮标灯器开关时间的不统一。综合前面实验观测数据，建议将灯浮标所用灯器的日光开关集成在灯壳上部，垂直朝向太阳。

三是定期更换灯器日光开关，减少因日光开关老化等系统误差。由于现有的大部分航标灯日光开关均选用封装为环氧树脂的光敏电阻。受海上盐雾、太阳光照等影响，老化速度较快。如部分灯器使用时间较长，可能会造成灯器日光开关老化，影响其工作效能。建议在进行航标保养时，根据灯器所处的位置不同，不同周期定期更换日光开关，减少日光开关因老化造成的系统误差。