Нормирование светосигнальных установок

2-1. ВЫБОР НОРМИРУЕМЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

Строительные нормы и правила (СНиП) представляют собой общегосударственный документ, которым руководствуются все, кто связан с разработкой и внедрением осветительных установок. Несколько иное положение имеется с нормированием количественных и качественных характеристик других разновидностей светотехнических установок. Для большинства из них имеются лишь так называемые отраслевые или ведомственные рекомендации и руководящие указания для проектировщиков.

По отраслевому принципу регламентируются и светосигнальные установки. В каждой отрасли народного хозяйства, где проектируются и создаются такие установки, имеются рекомендации по норми­руемым характеристикам и их уровням. Сами же эти уровни берутся по данным специально организуемых исследований в лабораторных и натурных условиях наблюдения. По этим исследованиям с привлечением работников отрасли, где создаются светосигнальные установки, находят уровни геометрических и светотехнических характеристик (воспринимаемых контрастов, освещенности на зрачке глаза наблюдателя и др.) на пределе видимости и различимости предъявляемых сигналов. Полученные таким образом данные соответствуют практическим порогам. Переход же к данным для расчетных значений этих уровней обычно осуществляется путем введения в полученные данные исследований коэффициента запаса. Вследствие удаленности объектов наблюдения в светосигнальных установках ограничиваются небольшим запасом пороговых уровней, диктуемым экономией расхода электроэнергии и практической целесообразностью. Этот коэффициент запаса различными исследователями рекомендуется брать в пределах 3—10. Так, по данным А. В. Луизова [8, с. 146] для светосигнальных установок коэффициент запаса принят равным 8.

Как уже указывалось (см. § ;1-2), основной эксплуатационной характеристикой светосигнальных установок является дальность действия светового сигнала. Существенную роль при этом играют светотехнические характеристики светосигнального оборудования данной установки, состояние среды, через которую проходит излучение, несущее световой сигнал, и свойства и состояние глаза (приемника). Все это приводит к необходимости нормирования (выбора уровня) следующих характеристик:

а) цветности излучения, несущего световой сигнал;

б) ритма прерывности и времени предъявления сигнала глазу (приемнику);

в) оптических свойств среды — атмосферы, через которую проходит сигнал;

г) формы и размеров сигнальных фигур (знаков) и уровня воспринимаемых контрастов между этими фигурами и их фоном;

д) освещенности на зрачке глаза наблюдателя (приемника) от сигнала.

2-2. ВЫБОР УРОВНЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЦВЕТНОСТИ И ПРЕРЫВНОСТИ СВЕТОВЫХ СИГНАЛОВ

Цвет в световом сигнале в равной мере широко используется как в сигнальных огнях, так и в сигнальных фигурах (знаках). Выбор оптимальных характеристик цвета сигнала обусловлен наибольшей надежностью его различения и сохранения постоянства в продолжении всего времени наблюдения в заданных условиях. Этому требованию более других удовлетворяет красный цвет, так как он при равных условиях наблюдения распознается надежнее' по сравнению с другими цветами (рис. 2-1) и для него совпадают световой и цветовой пороги восприятия. Красный цвет легко получить, используя распространенные источники света, светофильтры и краски, и к тому же он меньше рассеивается в атмосферных слоях. Красный цвет поэтому является оптимальным цветом светового сигнала и используется в наиболее ответственных случаях (путь занят, имеется препятствие, авария, выход из рабочего режима и т. п.). При многоцветной сигнализации стремятся к тому, чтобы отдельные цвета не смешивались. Мерой такого отличия является количество порогов цветового контраста [1; ч. 2, с. 267—269]. Как показывают исследования, наиболее удалены от красного цвета по цветовому контрасту и потому надежнее различаются желтые и зеленые цвета. Эти так называемые международные сигнальные цвета в отдельных случаях дополняются оранжевыми и синими цветами.

По данным многих исследований для трех основных сигнальных цветов средние значения пределов изменения цветового тона представляются в следующем виде [9, с. 146—147]: λ_кр≥615, λ_ж=572585; λ₃=505545, λ_с=440485 им при оптимальных или типичных значениях их, равных λ_κρ=640, λ_ж=580, λ_з=520 и λ_с=470 им. При использовании цветных сигналов на практике до­пустимые отклонения по цветовому тону, а также по чистоте данного цвета сигнала наносятся на цветовой график х, у (рис. 2-2), на котором поля допусков ограничиваются четырьмя угловыми точками:x₁y₁; x₂y₂; x₃y₃; x₄y₄.

По международному соглашению [1, ч. 2, с. 350] пределы допустимых вариаций значений характеристик цветности основных сигнальных цветов на всех видах транспорта регламентируются следующими координатами цветности, приведенными в табл. 2-1:

Таблица 2-1 Допуски на изменения цветности основных сигнальных цветов
Цвет сигнального огня	Координаты цветности
	x1	y1	x2	y2,	x3	y3	x4	y4
Красный Желтый Зеленый Синий Белый	0,735 0,610 0,022 0,091 0,425	0,265 0,390 0,420 0,133 0,375	0,705 0,545 0,241 0,144 0,425	0,295 0,455 0,746 0,030 0,405	0,700 0,527 0,240 0,165 0,300	0,295 0,442 0.420 0,065 0,330	0,725 0,595 0,300 0,160 0,300	0,267 0,390 0,490 0,199 0,0300

По проведенным нами исследованиям в лабораторных и натурных условиях (наблюдения по распознаванию цветности сигнальных огней па реках) было установлено, что существовавшие ранее рекомендации по допускам па цветности не отвечали требованиям обстановочной службы. В результате таких исследований и анализа литературных материалов по данному вопросу было рекомендовано расширить допуски на изменения цветности сигнальных огней.

Численные значения координат цветности по этой рекомендации, принятой Министерством речного флота РСФСР, приведены в общей табл. 2-2 и на графике х, у. В этой же табл. 2-2 и на графике х, у (рис. 2-2) приводятся координаты допустимых изменений цветности зеленого сигнального огня на морском (M) железнодорожном (Ж-д) воздушном (В) видах транспорта, а также по международному соглашению.

Как видно из приведенных в табл. 2-2 данных наибольшую площадь занимает поле допусков для зеленого цвета, а наименьшую для красного цвета объясняется это как свойствами глаза наблюдателя, чувствитель­ность которого в красной области спектра' излучения мала, так и тем, что красный цвет используется в наиболее ответственных случаях: авария, путь занят,

препятствие и т. п. Кроме того, для каждого стандартного цвета Сигнала наглядно показаны различия в отраслевых рекомендациях по допускам на изменения цветности сигналов. Наименьшие поля допусков имеют железнодорожный и воздушный транспорт, что объясняется

Таблица 2-2 Отраслевые нормы на допуски изменения характеристик цветности сигнальных огней
Цвет сигнального огня	Вид транспорта	Изменения цветности не должны выходить за пределы цветового поля, ограниченного координатами
		x1	y1	x2	y2	x3	y3	x4	y4
Красный	М Р Ж-д В	0,680 0,680 0,735 0,735	0,320 0,320 0,265 0,265	0,660 0,641 0,710 0,705	0,320 0,320 0,290 0,295	0,735 0,710 0,704 0,700	0,265 0,252 0,290 0,295	0,721 0,735 0,725 0,725	0,259 0,265 0,267 0,267
Желтый	M P Ж-д В	0,612 0,593 0,617 0,604	0,320 0,405 0,383 0,396	0,618 0,514 0,561 0,545	0,382 0,420 0,439 0,455	0,575 0,460 0,547 0,527	0,425 0,480 0,326 0,442	0,575 0,480 0,610 0,590	0,406 0,516 0,383 0,390
Зеленый	M P Ж-д В	0,028 0,024 0,022 0,039	0,385 0,412 0,420 0,512	0,259 0,265 0,241 0,266	0,723 0,71.5 0,746 0,724	0,300 0,310 0,206 0,246	0,511 0,480 0,376 0,470	0,208 0,240 0,300 0,303	0,356 0,400 0,490 0,515
Синий	Ж-д	0,091	0,133	0,144	0,030	0,165	0,065	0,160	0,190
Примечание. М – морской, Р – речной, Ж-д – железнодорожный, В – воздушный.

характером этих видов транспорта, имеющего большие скорости и плотности движения.

Существующие отраслевые рекомендации на пределы изменений характеристик цветности сигнальных огней сравнительно часто подвергаются уточнению и пересмотру. Это диктуется требованием обеспечения безопасности при росте скоростей и плотности движения. Это положение, очевидно, должно привести к необходимости пересмотра требований к допускам на изменения цветности сигнальных огней на водном транспорте, где эти допуски сравнительно велики по сравнению с допусками на остальных видах транспорта.

Координаты цветности световых сигналов, наблюдаемых в реальных условиях, определяются не только по спектральным характеристикам используемых источников света и светофильтров в заданном светосигнальном приборе или сигнальном устройстве, но и с учетом возможных изменений спектральных характеристик атмосферных слоев, через которые проходит излучение, несущее световой сигнал. Для сигнальных фигур, кроме того, приходится учитывать изменения координат цветности при наблюдении этих фигур под малыми углами. Так, по исследованиям А. К- Кустарева [10, с. 11—15] изменения характеристик цвета при изменении угловых размеров рассматриваемых цветных поверхностей от 2° до 3' соответствуют табл. 2-3.

Следовательно, красная поверхность сигнальной фигуры, рассматриваемая под малыми углами, будет выглядеть желтой, а желтая — белесой и, наконец, зеленая поверхность будет выглядеть сине-зеленой. Изменение цветности зависит также от уровня освещенности. Так, при ярком солнечном свете цветная поверхность «бледнеет».

Таблица 2-3 Изменение цветности при уменьшении угловых размеров объектов наблюдения
Цвет поверхности	н, нм	рн, %	к, нм	рк, %
Красный Желтый Зеленый	700 575 537	65 38 92	560 465 494	65 8 52
Примечание: λ — цветовой тсн; р — чистота цвета; ни рн– начальные данные, т. е. при больших размерах наблюдаемых объектов, ак, и рк, ‑ при малых размерах.

Наряду с цветовыми не менее эффективными являются прерывные световые сигналы. Прерывность излучения используется преимущественно в сигнальных огнях. Кроме облегчения восприятия прерывных сигнальных огней на фоне множества посторонних огней, они обладают многими другими преимуществами. Например, в густом тумане прерывный огонь, создавая пульсирующую дополнительную яркость фона за счет рассеяния света в атмосфере, будет более, заметен, чем постоянный огонь. Различными сочетаниями проблесков и затемнений прерывными огнями можно создавать любой код или маркировку, информирующий наблюдателя о содержании и состоянии наблюдаемого объекта, а также о необходимых действиях.

При наблюдении прерывных огней существенным является продолжительность вспышки и частота повторения их. При кратковременном засвете глаз эффект действия сигнала может оказаться недостаточным для распознавания его. В том же случае, когда имеется большая частота вспышек предъявляемого сигнала, а яркости остаточного образа близки к первоначальной яркости, глаз не будет замечать прерывности света. Критическая частота прерывности света представлена графиком зависимости n_кр =f(E_зр) (рис. 2-3). Как видно из этого графика, в широком диапазоне уровней освещенности на зрачке глаза наблюдателя критическая частота прерывности света меняется в пределах n_кр= 1012 Гц. С уменьшением частоты проблесков прерывный сигнальный огонь сначала будет восприниматься пульсирующим, а затем в виде отдельных проблесков с разной длительностью затемнения между ними.

Границы частот или продолжительности периода прерывного огня, соответствующие указанным трем группам, по данным многих исследований можно принять (условно):

а) при частотах n = 1012 Гц и выше или продолжительности периода не более 0,1 с прерывные сигнальные огни воспринимаются наблюдателем как постоянные огни;

б) при частотах в пределах n = 212 Гц или продолжительности периода в пределах Т = 0,080,50 с прерывные сигнальные огни воспринимаются пульсирующими и, наконец,

в) при частотах вспышек (проблесков) не более 2 Гц или при длительности периода не менее 0,50 с прерывные сигнальные огни воспринимаются в виде отдельных проблесков, разделенных темными промежутками.

Оптимальные характеристики прерывных сигнальных огней могут определяться из условия минимального значения экспозиции (количества освещения) Е_зрt_прна зрачке глаза наблюдателя. Этот минимум по данным многих исследователей в широком диапазоне длительности проблеска (t_пр0,05 с) принимает значение Е_зрt_пр= (120)10⁹лкс (рис. 2-4). При указанных длительностях вспышки света происходит накопление и усреднение сигнала, другими словами, происходит суммирование действия фотонов, попавших на сетчатку глаза наблюдателя, вследствие чего светосигнальные установ­ки с такими огнями будут наиболее экономичными. Однако при указанных длительностях вспышек воспринимаемая или эффективная сила света наблюдаемого огняI_эфсогласно закону Блонделя — Рея [1, ч. 2, с. 146]

(2-1)

принимает малые значения. В этом уравненииI_ф— истинное или фотометрическое значение силы света,t_пр— длительность прямоугольного проблеска и— время, характеризующее инерцию зрения.

Оптимальные значения ,продолжительности проблеска t_при продолжительности периода T по рекомендации многих авторов колеблются в широких пределахt_пр= 0,100,75 с и Т = 0,55,0 с. На основании длительных наблюдений и опроса многих судоводителей, проведенных нами на опытном участке Волги [11, с. 11 —15], .оптимальные значенияt_при T определились в пределахt_пр= 0,50,8 с и Т=24 с. Эти данные относятся к прерывным сигналам при излучении ламп накаливания за счет прерывности питания их.

При выборе оптимальных характеристик прерывных сигнальных огней большое значение имеет и соотношение между продолжительностями проблеска и периода T/t_пр. Неоднократными опытами как в лабораторных, так и в натурных условиях .с лампами накаливания нами было установлено, что .при длительности проблеска порядкаt_пр= 0,50,8 с наиболее благоприятной для глаз наблюдателя частота проблесков оказалась в пределахn=0,31 Гц, что соответствует отношению Т/t_пр= 1,36,0 при длительности периода в пределах Т=13 с. При повышении частоты проблесков до 1,5 Гц и более такие сигнальные огни действуют на зрительные восприятия неблагоприятно, раздражающе. Наблюдение таких огне! непосредственно затруднено, появляется желание от вести взгляд в сторону от направления действия такой сигнала.

В отдельных случаях, в зависимости от назначена данных сигналов и условий наблюдения их, а также от типа используемого источника света, эффективными могут оказаться отличные от указанных здесь характеристик. Так, при использовании в светосигнальных установках импульсных ламп, имеющих продолжительное проблесков в тысячные доли секунды, продолжительность периода может быть принята по нижнему пределу для проблесковых огней, т. е. Т0,50 с, что соответствует частоте проблесковn=2 Гц. В этом случае отношение Τ/t_прпринимает значение многих сотен. Если же указанное отношение применить к сигнальным огням с вышеприведенными характеристиками, то оно возрастет еще почти на один порядок. Большая продолжительность затемнения или большой промежуток между проблесками сигнального огня приводит на практик судовождения, например, ,к затруднениям определения места выхода сигнала и к необходимости его поиска

В настоящее время импульсные лампы находят во большее применение в светосигнальных установках, что обусловлено эффективностью действия их. Эффективность эта определяется в основном экспериментальный путем. Что же касается расчета эффективной силы света импульсных огней по уравнению (2-1), то они не подтверждают экспериментальную эффективность. Получаемые расчетом Данные являются заниженными. Очевидно поправочный коэффициент Блонделя — Рея требует корректировки. Очевидно также и то, что для большей эффективности при использовании импульсных ламп в светосигнальных установках необходимо увеличивать продолжительность проблесков и исследовать инерционные свойства глаза , а также возможность уменьшения продолжительности периодичности проблесков. Большую эффективность импульсные лампы дают в системе «бегущей молнии», а также при использовании их группами из нескольких ламп, создающих как бы один пульсирующий проблеск и последующий за ним перерыв в излучении на времяt_зат, после чего все повторяется снова.

Следовательно, установление оптимальных характеристик прерывных сигнальных огней необходимо рассматривать отдельно по типам источников света. В частности, в светосигнальных установках с лампами накаливания, работающими в режиме прерывного питания, продолжительность проблеска с учетом тепловой инерции нити не может быть менее t_пр= 0,30,8 с, а продолжительность периода должна быть не ниже 1 с.

Верхний предел продолжительности периода обусловлен временем поиска прерывного огня. Это время зависит от протяженности и объемности того пространства, в котором разыскивается прерывный огонь. Может оказаться, что в продолжении проблеска вследствие несовпадения направлений взгляда наблюдателя и распространения сигнала этот последний не будет обнаружен. Очевидно такой сигнал будет обнаруживаться лишь в результате поиска его, на что может потребоваться достаточно много времени. Уменьшение этого времени возможно путем повышения частоты проблесков до известного предела и повышения эффективной освещенности на зрачке глаза наблюдателя Е_зр.эф.

По исследованиям Лангмюра и Вестендорпа [12] применительно ,к условиям воздушного транспорта и по более поздним исследованиям [13, с. 58—67] зависимость времени поиска прерывного сигнального огня t_пот уровня освещенности на зрачке глаза наблюдателя и продолжительности периода T может определиться эмпирическим уравнением

(2-2)

где ω — пространственный угол, в пределах которого разыскивается прерывный сигнальный огонь; m= Е_эф/Е_— число порогов, определяемое отношением эффективной освещенности от прерывного огня к пороговой освещенности от постоянного огня в тех же условиях наблюдения.

Характер кривых зависимости t_п= f(,m, Т), а также численные значения искомых величин, получаемых расчетом по уравнению (2-2), приводятся на рис. 2-5. По этим данным наличие элемента поиска прерывного сигнального огня требует значительного увеличения расчетного уровня освещенности E_р.

Величину, обратную времени поиска прерывного сигнального огня:

(2-3)

принято называть заметностью. При освещенности на зрачке глаза наблюдателя, близкой к пороговому значению, прерывный огонь заметнее постоянного огня. Объясняется это относительно большим засветом сетчатки глаза при постоянном действии сигнального огня по сравнению с засветом прерывным огнем. В результате чувствительность глаза в последнем случае повышается. Это иллюстрируется графиком отношения времени реакции глаза при восприятии прерывных и .постоянных огней (рис. 2-6). Прерывные сигнальные огни по сравнению с постоянными огнями имеют большую заметность особенно в тех местах, где сигнальные огни просматриваются на фоне множества посторонних огней.

2-3. ВЫБОР РАСЧЕТНОГО УРОВНЯ ПРОЗРАЧНОСТИ АТМОСФЕРЫ

Оптические свойства атмосферы, через которую проходит излучение, несущее световой сигнал, играют существенную роль при определении дальности действия светового сигнала. Поэтому выбору уровня прозрачности атмосферы должно уделяться большое внимание. Этот уровень зависит от географического положения проектируемой светосигнальной установки и от требований к МДВ. Так, по рекомендации Международной органи­зации гражданской авиации (ИКАО) состояние метеоусловий делится на три категории, характеризуемые двумя параметрами: а) минимальным значением МДВ и б) минимальной высотой полета, на которой пилот должен принять решение о посадке или о новом заходе на посадку. Эти рекомендации приводятся в табл. 2-4.

Таблица 2-4 Рекомендация ИКАО по уровню МДВ
Категория	Состояние погоды	MДB ‑ Dм= S, м	Рекомендуемая высота полета, м
I II III	От идеально прозрачной атмосферы до слабого тумана включительно Заметный и сильный туман, а также снегопад Очень сильный туман и сильный снегопад	800 800—400 400—200	60 60—30 30—0

В практике проектирования и обслуживания светосигнальных установок расчетное значение удельного коэффициента пропускания атмосферы принимается чаще всего равным τ_уд=0,70,8 (7-й балл МДВ,D_м= 1020 км). Эта усредненная прозрачность атмосферы, однако, не может относиться к любым районам страны и для любого времени года, так как она обычно меняется в достаточно широких пределах. Например, по данным трех метеостанций Цимлянского водохранилища в этом районе колебания прозрачности атмосферы являются довольно значительными и относятся как ко всей совокупности указанных метеостанций, так и к каждой в отдельности (τ_уд= 0,200,82). Аналогичный характер колебаний прозрачности атмосферы имеет место и по другим метеостанциям. Проведенный нами анализ данных МДВ по 37 метеостанциям страны дал следующие результаты, % общей суммы: до 5-го балла включительно— 2,1, по 6-му баллу—11, по 7-му баллу — 84 и по 8-мy баллу — 2,9. По отдельным районам данные по 7-му баллу колеблются ,в довольно широком диапазоне— от 68—69% в районе Тобольска и в Рязани, до 87% и выше в районе Киева и Архангельска.

Как видно из приведенных данных, наибольшее число случаев прозрачности атмосферы падает на 7-й балл МДВ, по которому удельное пропускание атмосферы принимает значение τ_уд=0,6760,822. По этим данным,, округляя их, можно выбирать в расчетной практике τ_уд=0,7 или 0,8. Меньшие значения из них, очевидно, будут обусловлены худшими погодными условиями в данной местности, для которой проектируется и создается светосигнальная установка. В расчетной практике иногда принимается условное значение прозрачности атмосферы, равное τ_уд=0,9, а для меньших значений ее просчитывается дальность действия световых сигналов проектируемой установки и строится график D = f(τ_уд). Целесообразнее, однако, в тех случаях, когда необходимо обеспечить надежное восприятие сигнала и при относительно плохой погоде, регламентировать минимальный уровень МДВ по примеру «минимума погоды», установленному ИКАО для гражданской авиации (см. табл. 2-4). Для обеспечения более целесообразного использования мощности светосигнальной установки в каждом отдельном случае выбору уровня прозрачности атмосферы необходимо давать обоснования, базирующиеся на данных местных метеостанций. Обусловлено это резким влиянием на дальность действия световых сигналов уровня потерь света в атмосфере, определяемого выражением τ₀=τ^l_уд- Кроме того, выбранному уровню значения τ_уддля дневных условий не будет соответствовать уровень τ_уддля ночных условий при одних и тех же погодных условиях. Связь между расчетным уровнем метеорологической дальности видимости в ночных и дневных условияхSможно определить из следующих соотношений:

(2-4)

Решая это уравнение относительно расчетной метеорологической дальности видимости в ночных условиях наблюдения при заданном значении S_дндля дневных условий, получим:

(2-4а)

В приведенных уравнениях: I— сила света сигнального огня данной установки; D ‑ дальность действия светового сигнала этой установки;E_р.ниE_р.дн— расчетные уровни освещенности на зрачке глаза наблюдателя в ночных и дневных условиях наблюдения сигнала; S_ниS_дн— расчетные МДВ в ночных и дневных условиях для данной местности.

Для условий посадки и взлета самолетов на аэродромах при плохой погоде (см. табл. 2-4) к МДВ предъявляются особо жесткие требования. В дневных условиях в зависимости от типа самолета МДВ принимается в пределах S_дн= 5001000 м [14, с. 31—32].

2-4. ВЫБОР УРОВНЕЙ УГЛОВЫХ РАЗМЕРОВ И КОНТРАСТОВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ВОСПРИЯТИЕ СИГНАЛЬНЫХ ОГНЕЙ И ЗНАКОВ

Выбор необходимых угловых размеров сигнальных фигур (относительного размера их), а также пространственного размещения знаков и огней на местности определяется особенностями строения светочувствительного слоя сетчатки глаза наблюдателя. Численные значения угла ε, характеризующего разрешающую способность глаза при наблюдении сигнальных огней и знаков, зависят от условий наблюдения. Так, углы разрешения для двух смежных светящих точек, рассматриваемых на темном фоне и при малых освещенностях на зрачке глаза наблюдателя, по многим исследованиям принимают значение около 3'.

Применительно к сигнальным огням по исследованиям Д. H. Лазарева [15, с. 36] при L_ф=0 и Е_зр= 0,810^-6лк было получено значение угла ε=245". В линейных створах (см. § 4-3), например, два сигнальных огня размещаются по вертикали до раздельной видимости их, и по наклону прямой, соединяющей эти огни, наблюдатель судит о выходе из створного промежутка (фарватера). В этом случае предельные углы смещения огней с .вертикали ε (углы бокового уклонения) зависят от угла размещения их по вертикали ε (рис. 2-7). Как видно из этого графика, наклон указанной вертикали (прямой) заметнее при увеличении ее длины до значения, определяемого угловым размером около 4' для светящих точек и около 3' для сигнальных фигур.

Всудоходной обстановке, например, часто используются светосигнальные установки с тремя сигнальными огнями и знаками. В этом случае ориентировка по ним проводится, либо по нарушению симметрии расположения их, либо по «наплыву» среднего огня или знака на один из крайних. Предельный угол, при котором наблюдатель обнаруживает нарушение симметрии размещения средней точки или ее «наплыва» на крайние точки зависит от угла размещения крайних точек и находится в пределах ε1.

Приведенные зависимости получены в условиях малой освещенности на зрачке глаза наблюдателя и при темновой адаптации. При нарастании же освещенности Е_зрнаблюдатель с некоторого уровня ее замечает рост воспринимаемого в точке наблюдения предельного угла бокового уклонения, обусловленный явлением иррадиации. Такая закономерность наблюдалась и нами при исследовании дальности видимости световых сигналов на Цимлянском водохранилище.

Явление иррадиации, обусловливающее рост кажущегося размера светящей точки, было исследовано Джоллеем и др. [16] применительно к рекламным установкам. По этим исследованиям размер диаметра круга рассеяния d_p, ,как и в светосигнальных установках, может определиться эмпирическим уравнением

(2-5)

где d_p‑ Кажущийся диаметр круга рассеяния иррадирующей светящей точки; D — расстояние между наблюдателем и светящей точкой; X — параметр, учитывающий влияние яркости фона адаптации, освещенности на зрачке глаза наблюдателя Ε_зри количество светящих точекn, представленный графиком X = f(Е_зр;n) (рис. 2-8).

В ночных условиях наблюдения сигнальных огней явление иррадиации проявляется уже при Е_зр= (58)10^-6лк, а при дальнейшем росте Е_зроно приводит к быстрому росту диаметра круга рассеяния наблюдаемого огня. Очевидно при необходимости раздельной видимости иррадирующих огней, рассматриваемых с расстояния D, следует разносить их на линейное расстояние, равное

(2-6)

где второе слагаемое обусловлено разрешающей способностью глаза в данных условиях наблюдения.

Углы разрешения для двух параллельных линий практически совпадают при равных условиях наблюдения с углами ,разрешения двух светящих точек. Для светосигнальных установок существенно свойство глаза замечать малейший излом прямой линии, а также несовпадение (сдвиг) двух ее отрезков. Это свойство широко используется в измерительной технике (шкалы и нониусы) и нашло применение в створных знаках (см. § 4-3), на которых в центральной части прокрашивается узкая полоса, резко контрастирующая с фоном, что облегчает ориентировку по таким сигнальным фигурам (рис. 2-9).

Различать форму сигнальной фигуры можно по ее контуру (очертанию). Многими исследователями специально определялись пороги различения угловых размеров сигнальных фигур. По данным исследований для железнодорожных знаков различимость, например, квадратного щита в дневных условиях наблюдения наступает при угловых размерах его порядка ε = 3,6'3,8'. Для аэродромных знаков по данным В. В. Кузнецова [17] при дневных освещенностях Е = 15002000 лк безошибочное прочитывайте букв и цифр обеспечивалось в зависимости от яркостных и цветовых контрастов пря угловых размерах ε = 3,7'7,2'. По этим данным лучший сочетанием цветностей рассматриваемой фигуры и фона на котором она рассматривается, является желтая и оранжевая на черном, красном или зеленом фоне. На сером фоне лучше всего различаются зеленые и красные знаки.

Уровень видимости или различимости сигнальных фигур υ в общем виде определяется отношением данного контраста k ,к его пороговому значению в заданных условиях наблюдения их k_п, т. е.

(2-7)

Пороговые значения яркостного контраста [1, ч 2, с 63-67]обусловливаются уровнем адаптации глаза к существующим яркостям и вуалирующим действием собственного света сетчатки ‑ явлением, аналогичным шумовому эффекту в электронных схемах, и определяется эмпирическим уравнением В. В. Мешкова

(2-8)

Где а и b– параметры, зависящие от яркости фона адаптацииL_фи углового размера рассматриваемой фигуры в виде диска [l, ч. 2, с. 67]. При наличии сложных фигур вводятся поправки [18, с. 47].

2-5. ВЫБОР УРОВНЯ ОСВЕЩЕННОСТИ НА ЗРАЧКЕ ГЛАЗА НАБЛЮДАТЕЛЯ

Минимально необходимую освещенность на зрачке глаза наблюдателя, при которой в данных реальных условиях наблюдения становится видимым или различимым сигнальный огонь (светящая точка), принято называть практическим порогом и обозначать буквой E₀. Решением МОК в 1939 г. пороговую освещенность от светящей точки рекомендуется называть пороговым блеском. Логарифм отношения блеска, созданного светящей точкой на зрачке глаза наблюдателя Е_зр, к его пороговому значению Е₀заданных условиях наблюдения будет определять уровень ощущения ν этой точки (сигнального огня), т. е.

(2-9)

Пороговые значения блеска E₀зависят от яркости фона адаптацииL_ф. Многие исследователи на основе проведенных наблюдений делают обобщения имеющихся здесь зависимостей в виде эмпирических уравнений. Для сигнальной практики наиболее приемлемыми из них являются уравнения Гехта [19] и Гросскурта [20], приведенные здесь:

для ночных условий наблюдения (L_ф10^-2кд/м²)

(2-10)

для дневных условий наблюдения (L_ф0,10 кд/м²)

(2-11)

Графическое изображение функции E₀=f(L_ф), рассчитанной по этим уравнениям, приводится на рис. 2-10. Графики эти имеют явно выраженный двойственный характер, обусловленный свойствами глаза. Первая часть кривой, относящаяся к малым яркостям фона адаптации (L_ф0,10 кд/м²), выражает свойство палочкового аппарата, а вторая —колбочкового аппарата зрения. В ночных условиях наблюдения во время поиска и обнаружения световых сигналов изображение их создается автоматически на периферической части сетчатки, где расположен более чувствительный палочковый аппарат зрения. После обнаружения предмета (сигнала) это изображение, очевидно, также автоматически переводится на центральную часть сетчатки, где все функции зрения дают более подробные сведения о данном предмете (сигнале).Вследствие непроизвольного движения глазного яблока изображения рассматриваемых нами ,предметов не находятся на одном и том же месте на сетчатке глаза. К тому же в реальных условиях на транспорте часто приходится выделять сигнальные огни среди множества посторонних огней вбирать направление движения в соответствии с информацией от сигнальной установки, определять ритм прерывных огней и т. п. Все это и приводит к необходимости пользоваться данными по порогам видимости или различимости для центрального зрения.

Для сравнения количественных характеристик по порогам блеска на том же графике Е₀= =f(L_ф) приводятся полученные при наблюдении в полевых условиях белого постоянного огня [21, с. 25—27], а в лабораторных условиях — по работам А. В. Луизова [8, с. 107— 152]. Расчетный же уровень освещенности E_рдолжен быть выше любого из приведенных на указанном графике значений, так как в реальных условиях могут появиться дополнительные факторы, мешающие зрительному восприятию сигнала. Вместе с тем этот запас не должен быть большим, так как может привести к повышению мощности светосигнальной установки (см. § 2-1); когда в этом нет необходимости.

Принятый впервые в морской практике световой сигнализации расчетный уровень освещенности на зрачке глаза наблюдателя L_р=210^-7лк для белого постоянного огня,. наблюдаемого в ночных условиях, превышает приведенные выше значения в 3—6 раз. Это дает основание считать указанный уровень вполне, обеспечивающим надежность восприятия этого огня. Для любых других условий наблюдения в отличие от принятой яркости фона адаптации, равнойL_ф=5·10^-2кд/м²(лунная ночь), требуемый уровень расчетной освещенности рекомендуется определять по кривой, проведенной параллельно экспериментальным кривым (см. рис. 2-10); Постоянство порогового и расчетного уровней освещенности в достаточно широкой области изменения малых яркостей фона адаптации по всем этим данным обусловлено «собственным светом сетчатки» (шумовым эффектом) .

Расчетные значения уровней освещенности для цветных огней не имеют еще достаточных обоснований. Однако имеются многочисленные экспериментальные данные по порогам распознавания цветов, из которых видно, что они выше световых порогов [1, 8, 9, 13]. Другими словами, наблюдая, например, при пороговых уровнях освещенности зеленый цвет, наблюдатель видит его бесцветным, т. е. белым, для различения же цвета необходимо увеличивать освещенность на зрачке глаза наблюдателя. Требуемые значения расчетных уровней освещенности при наблюдении цветных сигнальных огней Можно определять по имеющимся вероятностным характеристикам Хилла [22], который своими экспериментами установил зависимость вероятности различения цветных огней от уровня освещенности на зрачке глаза наблюдателя при различных уровнях яркости фона адаптации (рис. 2-11).

Расчетные уровни освещенности Е_рпо отдельным в и дам транспорта обычно базируются на экспериментальных данных, учитывающих специфику зрительных вое приятии световых сигналов в заданных условиях наблюдения. Полученные таким образом уровни расчетной освещенности представляют собой отраслевые рекомендации (нормы), которыми и пользуются в расчетной практике (табл. 2-5).

Таблица 2-5 Отраслевые рекомендации (нормы) на расчетные уровни освещенности при наблюдении сигнальных огней
Цвет сигнального огня	Виды транспорта
	Морской	Речной	Железнодорожный		Воздушный
	Ер(ночь), лк	Eр(ночь), лк	Eр(ночь), лк	Ер(день), лк	Eр(ночь), лк	Ер(день), лк
Белый Красный Желтый Зеленый Синий	0,310-6 0,510-6 1,110-6 0,810-6 ‑	0,210-6 0,3510-6 1,010-6 0,510-6 ‑	310-6 0,810-6 2,010-6 1,210-6 1,010-6	2010-4 6,010-4 12,010-4 9,010-4 8,010-4	0,210-6 0,4510-6 1,4010-6 0,5510-6 ‑	1,210-3 1,310-3 7,010-3 3,510-3 ‑

Рекомендуемые уровни расчетной освещенности Е_ротносятся к сигнальным огням постоянного действия при раздельном же восприятии одиночных проблеск сигнального огня зависимость расчетной освещенное! от продолжительности проблеска t_прполностью определяется инерционными свойствами глаза наблюдателя выражается законом Блонделя — Рея [1, ч. 2, с. 146-1 149]. Для прямоугольного проблеска в соответствии с уравнением (2-1) указанная расчетная освещенное! определится уравнением

(2-1)

где Е_пр.ри Е_пост.р— расчетные уровни освещенности ответственно от проблескового и от постоянного огня при одних и тех же условиях наблюдения их;— постоянная времени, характеризующая инерционные свойства глаза.

Для ночных условий наблюдения прерывных сигналов постоянная времени принимается равной = 0,100,20 с. В общем же случае эта постоянная меняется в пределах= = 0,030,20 с (рис. 2-12), что обусловлено адаптационными процессами в глазу с изменением уровня яркости фона адаптации.

При наблюдении прерывного огня расчетный уровень освещенности, определяемый через воспринимаемое или эффективное значение силы светаI_эф, выразится (1-2):

(2-13)

Здесь значения I_эфопределяются уравнениями (2-1)

при постоянном значении фотометрической силы света за время проблеска прерывного огня и

(2-14)

при произвольном изменении фотометрической силы света за время проблеска.

В приведенных уравнениях (2-13), (2-14) I_ф— истин­ное, полученное при фотометрировании, значение силы света; I_t— значение силы света в момент времени t, T — продолжительность периода прерывного огня.

Глава третья