内河航道发光标牌应用研究

李巧生，何奕虹，程 锋，石 青

(1.苏州市航道管理处，苏州 215008；2.国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，苏州 215163； 3.大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室，大连 116024)

航道标牌是内河航道助航标志，在内河交通运输体系中占有特殊的地位，虽然内河航道标牌在我国研究和应用起步较晚，但经过十几年的不懈努力，航道部门在长江、松花江、珠江、京杭大运河上都进行了一定规模的航标、标牌的布设[1]，江苏省航道部门自2007年投资74.6亿元对186 km京杭大运河(苏南段)“四改三”航道整治，并单独对航道标牌进行了工程招标，新建航道标牌530块，提高了苏南运河的通航能力。尤其“十一五”以来，水运的发展逐渐受到各级政府的重视，2011年1月21日，国务院出台了《关于加快长江等内河水运发展的意见》，提出“利用10年左右的时间，建成畅通、高效、平安、绿色的现代化内河水运体系”；江苏省、苏州市也相应出台了“关于加快内河水运发展的实施意见”。内河航道基础设施建设滞后状况得到改善，初步建成通江入河、连城达港的高等级航道网体系。但内河等级航道普遍沿线汊口多，城镇多，船行密度高，多数航道沿线标牌配布不合理，绝大多数是被动发光，特别是夜晚低照度下，航道标牌可视距大致为20～30 m，部分或全部丧失了它的作用，致使过境船舶看不清岸边标志牌，时常发生错航、绕道、停航询问甚至搁浅抛锚的交通事故，大大降低了航道服务水平和航运效益。

本文基于夜间可视距的调查研究，分析了内河航道发光标牌适用性，并在苏西线五福桥段航道标志牌建设中进行了有益的探索。结果表明，在内河等级航道上设置发光标志标牌，可大大提高夜间可视距，更容易被船舶司乘人员发现和阅读，保障船舶航行安全，可为今后水运工程建设提供了一定的理论和工程应用支持。

1 内河航道发光标牌应用分析

1.1 苏州内河航道标牌设置现状

苏州地处两省一市交界处，长三角核心地区，境内国、省干线航道众多。2011年，苏州内河货运量达1.8亿t(不含过境运量)，占市域综合运输总量的一半以上(公路为1.48亿t)，同时也承担了大量的过境运输。苏州航道过境量占航道货运量的40%以上，内河航运在市域综合运输体系中具有难以替代的作用。“十二五”以来，苏州市抢抓内河水运跨越式发展的良好契机，先后开展了杨林塘航道整治工程、苏南运河三级航道整治工程、苏申内港线航道整治工程等，初步形成了“两纵八横”的干线航道网和“一环四射”的旅游专用航道布局。规划至2020年，苏州市规划干线航道里程合计871.8 km，旅游专用航道71.4 km[2]，航道基础设施建设滞后状况基本得到改善，特别是部分临跨航设施、浅滩、港汊、航道交叉口标志标牌设置逐步完善，并发挥了积极作用。

虽然内河航道标牌设置逐步被重视起来，但由于长期处于被忽视地位，多数航道标牌配布不合理，数量较少，特别是夜晚低照度下，航道标牌可视距大致为20～30 m，部分或全部丧失了它的作用，致使过境船舶看不清岸边标牌，时常发生错航、绕道、停航询问甚至搁浅抛锚的交通事故，大大降低了航道服务水平和航运效益。

本文在苏南运河(京杭运河苏州段)中选择一块规格和尺寸都具有代表性的标志牌，用航政激光便携式测距仪、数码摄像机、船用探照灯等设备和仪器进行了夜间可视距测量(本文中的标牌可视距指能清晰辨认标牌信息的最大有效距离)，调查情况如表1所示。

表1 现有航道标牌夜间清晰度调查情况Tab.1 Survey of night visibility of existing channel signboards

图1 普通标志牌夜间可视距与船舶航行安全距离示意图Fig.1 Schematic diagram of night visibility and navigation safety distance of ordinary signs

由表1可以看出：现有航道标牌夜间可视距大致为20～30 m。结合“国标”和“规范”并通过江苏省内河航道(四级、五级)的实地实验分析表明[3-9]，对于过往船舶较多，沿线厂矿、码头密集的航道，船舶应在距标牌100～150 m处能够看清牌面为宜(如图1所示)。可以看出，现有航道标牌夜间可视距远低于船舶安全航行的实际需要。

1.2 苏州内河航道发光标牌设置

根据江苏省内河等级航道标牌系列研究与实际经验，苏南等级航道要求船舶应在距标牌200 m处能够看清牌面内容并能判断航向。针对夜间过境船舶看不清岸边航道标牌的客观现状，借鉴公路管理部门建设标志标牌的成功经验，本文在苏西线五福桥与苏南运河交叉口段航道标志牌建设中，通过优化标牌视觉元素(大小、颜色)，并采用主动发光系统，解决“内容突显性”这个影响航道标牌夜间可视距的主要因素，以使得航道标牌夜间可视距200 m以上。标牌具体设置和制作方案如下。

(1)确定标牌视觉元素。

图2 标牌版面视觉元素示意图(单位：mm)Fig.2 Schematic diagram of visual elements of the sign plate

参照相关规定[10-11]及一些工程实践成果，预制标牌采用大小为4.95 m×3.3 m、厚度为2.5 mm的实心矩形铝合金板，标牌文字取600 mm×600 mm正方形标准黑体字(英文字体的高度为中文的二分之一)，字间距为300 mm，版面为绿底白字白边框，如图2所示。

(2)增益标牌亮度。

主动发光标志牌系统结构如图3所示，表2给出了主动发光标牌系统配置。标牌发光系统选用节能、环保、抗震性能好、寿命可达10万h以上的发光LED，由多个一点外露草帽式发光LED组成目标点阵模块，通过感光光阀控制，在夜暗视距不良情况下，标志牌主动发光，凸显版面图文视觉元素，提高标牌指示、引导的清晰度，便于司乘人员快速阅读和理解[12-13]。针对目前大多数等级航道沿岸无外接电源的客观现状，标牌采用太阳能供电系统，通过太阳能专用蓄电池和充放电控制器，确保航道标志牌在连续阴雨雾霾天气7 d内不中断正常使用。

表2 主动发光标志牌系统配置表Tab.2 Configuration table of active lighting sign system

通过现场实验，调整LED白光色彩度，在标牌绿色版面和表面3M工程级反光膜的衬映下，使图文的色彩明度与背景的色彩明度对比反差较大，层次分明，增强标牌导向功能的视认效果，保证视力稍弱者、照明较差或有一定振动时，也易于认读标牌内容。

发光 LED通过闪光控制器设定为5 s暗、3 s亮间隔闪烁显示，穿透性强，发光强度大，在夜暗、阴雨雾霾天气均有良好的可视性和较强的醒目作用，可较早引起船舶司乘人员注意和阅读[13]。图4给出了发光标志牌示意图。

图3 主动发光标志牌系统结构图Fig.3 Structure diagram of active lighting sign system

1.3 苏州内河航道发光标牌实施效果

通对苏西线航道发光指向牌进行了多次观测，结果显示：太阳能主动发光标牌能在夜暗视距不良的情况下，可视距离为226 m，达到了很好的预期效果，可为过往船民提供清晰的航行信息，解决了过境船舶夜航时看不清岸边指示牌，保障船舶夜航安全。图5 为发光标志牌与普通标志牌夜间可视距比较，图6为发光标志牌与普通标志牌夜间效果对比图。表3给出了发光标志牌与普通标志牌服务效能比较。

图4 发光标志牌示意图Fig.4 Schematic diagram of luminous signs图5 发光标志牌与普通标志牌夜间可视距比较Fig.5 Comparison of luminous distance between luminous signs and ordinary signs

表3 发光标志牌与普通标志牌服务效能比较Tab.3 Comparison of service effectiveness between luminous signs and ordinary signs

注：拍摄距离都是距离100 m。6-a 无光照6-b 有光照6-c 主动发光图6 发光标志牌与普通标志牌夜间效果对比图Fig.6 Comparison of luminous effect between luminous signs and ordinary signs at night

2 结束语

航道标牌是水运交通工程中重要的助航设施，关系到船舶航行安全，而目前国内外关于航道标牌设置的应用研究相对较少。本文以苏州内河航道为例，分析了苏西线五福桥段航道发光标牌设置的适用性，结果表明，在内河航道上设置发光标志标牌，可大大提高夜间可视距，更容易被船舶司乘人员发现和阅读，保障了船舶航行安全，可为今后水运工程建设提供工程应用借鉴。