Видимость знаков и огней навигационной обстановки

Практическая деятельность судоводителя во многом зависит от условий видимости. Неправильная зрительная оценка обстановки может привести к ава­рийной ситуации. Часто причиной ошибочных действий судоводителя является погрешность при зрительной оценке расстояний и опасности.

Видимое пространство при неподвижном состоянии глазного яблока назы­вается полем зрения.

Каждый глаз человека имеет определенное поле зрения, которое представ­ляет собой площадь, несимметричную относительно оптической оси глаза.

Цвет наблюдаемого предмета оказывает существенное влияние на размеры поля зрения. Белому цвету соответствует наибольшее поле зрения, голубому — на 11—15° меньше, чем белому; красному — меньше, чем голубому, и зелено­му цвету почти вдвое меньшее, чем белому.

Зрение двумя глазами с полем, равным примерно 120°, называют бинокулярным зрением,

Если смотреть обоими глазами, то поле зрения частично перекрывается. Поэтому предметы, находящиеся посередине совмещенных частей полей зрения, видны обоими глазами. В пределах только зоны бинокулярного зрения можно достоверно глазомерно оценить размеры предметов и расстояний.

Способность глаза различать детали предмета не одинакова по всей площа­ди зрения. Наилучшее восприятие будет тогда, когда предмет находится вблизи середины поля зрения. На краях поля зрения предметы видны менее отчетливо, поэтому для их распознавания требуется больше времени.

Площадь наиболее острого зрения ограничивается углом (кону­сом) около 3—4° (рис. 73); хорошая острота зрения — в конусе 7—8 ; удовлет­ворительная — в конусе 13—14°.

Практически углы острого зрения приближенно определяются площадью, закрываемой от глаз ладонью вытянутой<руки.

Предметы, расположенные за пределами угла 20 , видны без ясных деталей и цвета, а за пределами 90° — не отчетливо, они бесцветны.

На рис. 74 показано поле зрения человека.

Способность глаза видеть форму предмета и четко различать его очертания называется остротой зрения. Под численной характеристикой остроты зрения условно понимается наимень­шее угловое расстояние между двумя точками, при котором глаз еще спосо­бен воспринимать эти точки как раз­дельные, но при уменьшении которого обе точки воспринимаются слившимися в одну.

Рис. 73. Угол (конус) острого зрения

Для всякого предмета, находяще­гося в поле зрения, можно вычислить его угловой размер как отношение раз-

мера предмета Н к расстоянию от него до глаз L (рис. 75), т. е.

tg « = HI L, или при малых углах (до 5°)

об = HiL. (71)

За единицу остроты зрения Р при­ нята величина, обратная наименьшему углу у, при котором две близко распо­ ложенные точки видятся раздельно, т. е.

Рис. 74. Поле зрения человека

/ — границы совмещенного поля зрения-2— поле зрения левого глаза; 3—поле зрения правого глаза; 4 — поле перифе­рического зрения; 5 — центральное зре­ние (конус 3°); 6—конус удовлетвори­тельного зрения

Р = 1/к, (72) где и — угол расчлененного воспри­ ятия двух точек, мин. При к = Г Р = l. Угол « расчлененного восприятия двух точек, равный одной угловой ми­ нуте, условно принят за величину нормальной остроты зре­ ния. Условность этой величины весь­ ма значительна, так как острота зрения зависит во многом от освещенности и формы объектов.

Итак, объекты в поле зрения видны только тогда, когда соответствующий угол зрения в среднем не меньше одной угловой минуты. Для такого угла вели­чина тангенса равна 0,00029. Следовательно, для видения объекта надо, чтобы отношение HIL было равным 1/3400, т. е. объекты будут видны с расстояния, пре­вышающего их поперечник не более чем в 3400 раз.

Для судоводителя наиболее важно восприятие расстояний между предме­тами, т. е. восприятие удаленности от него предметов, или глубинное зрение.

Оценка близости или удаленности предметов происходит при рефлектор­ных изменениях толщины хрусталика глаза (аккомодация), вследствие чего увеличивается или уменьшается его преломляющая сила. Эти изменения связа­ны с мышечными сокращениями хрусталика, которые играют роль в восприятии удаленности предметов на расстоянии до 30 м. Глубинное зрение в пределах до 450—500 м достигается согласованным движением глаз, сближающих или разд­вигающих оси глаз (конвергенция).

Нормальный глаз способен различать все цвета, но у людей могут быть врожденные отклонения в цветном зрении —дальтонизм. Наиболее часто наблюдается неразличение красного и зеленого цветов.

Глаз человека способен воспринимать движение объекта если это движение происходит не очень быстро или не очень медленно. Существует некоторая оп­тимальная зона, внутри которой глаз различает и оценивает скорость довольно точно. Для медленных движений минимальной угловой скоростью является 15—20 в одну секунду, если фиксируемая точка движется на совершенно одно­родном фоне. При наличии в поле зрения неподвижных предметов движение мож­но заметить и при меньшей скорости, а именно — Г в секунду. Чем меньше движущийся объект отличается от фона, тем труднее заметить его перемещение.

Рис. 75. К вычислению углового размера видимых предметов

Для лучшего рассмотрения предметов обоими глазами человек переводит глаза так, чтобы предмет, находящийся на краю поля зрения, оказался в поле бинокуляр­ного зрения. Необходимые движения глаз, а иногда и головы совершаются бессозна­тельно. Для перевода глаз с одного пред­мета на другой и его фиксирования рас­ходуется значительное время, превышаю-

ш.

щее иногда 1 с. Чтобы переместить взор из одного крайнего положения в дру­гое, необходимо 0,15—0,25 с, для фиксации взора требуется еще 0,1—0,3 с.

Человек обычно мигает раз в каждые 3 с и в результате полностью теряет зрение на 0,25 с. Более 70% людей во время мигания поворачивают глаза на угол до 15° в сторону от направления взгляда. Это увеличивает потерю зрения еще на 0,25 с.

С увеличением скорости движения поле зрения уменьшается. Так, если при скорости 30 км/ч оно составляет около 100°, то при скорости 100 км/ч сокращает­ся до 40°.

Зрение ухудшается от алкоголя, отрицательное влияние на зрение оказы­вает неудовлетворительный температурный режим в рубке судна, повышенная шумность и т. п.

Приведенные данные необходимо учитывать судоводителям, особенно быстроходных судов. Так, если перед поворотом реки судоводителю для восприя­тия обстановки потребуется 1,5 с, то за это время судно на подводных крыльях. пройдет около 30 м.

Во всех случаях, а особенно при аварийных ситуациях, судоводители должны учитывать ограниченные возможности своего зрения.

Поверхности предметов по разному отражают падающий на них световой поток, хотя освещены предметы могут быть одинаково. Отраженные от предмета-световые лучи распространяются в пространстве. Определенная часть отражен­ных лучей доходит до глаз, создавая на их сетчатке освещенность.

Количество дошедших до глаз лучей определяет яркость видимых пред­метов. Яркость зависит от положения предмета, его окраски, времени суток, со­стояния неба и т. п.

Если количество световых волн, поступающих от предмета, отличается от количества волн, поступающих от окружающих предметов, то интересующий нас предмет будет видимым на фоне других. Эта разница в количестве отраженных световых волн называется контрастом (между рассматриваемым предметом-и окружающим его фоном). Контраст бывает я р ко с т н ы м, т. е. одноцветным и цветовым, когда предмет и фон различаются по цвету.

Воспринимаемое глазом минимальное значение контраста называется п о-рогом контрастной ч увствительности г лаза. Ми­нимальная освещенность, при которой различается цвет предмета, называется цветовым порогом контрастной чувствительности глаза.

Чтобы предмет был виден, его яркость должна быть больше порога контраст­ной чувствительности. Например, удаленный лес будет видим, если он темнее-неба, а знак обстановки будет видим, если он светлее или темнее берега или воды.

Видимость предметов зависит также от состояния атмосферы. В атмосфере находится большое количество мельчайших частиц различных веществ, погло­щающих и рассеивающих световые волны. Чем больше частиц находится в атмо­сфере и чем больше расстояние от предметов до наблюдателя, тем меньше свето­вых волн, отраженных от предметов, дойдет до глаз наблюдателя, а следователь­но, на сетчатке глаза будет создаваться меньшая освещенность.

Мельчайшие частицы водяных паров, обладая способностью рассеивать све­товые волны, также оказывают влияние на видимость предметов. При большом скоплении водяных частиц, например при тумане, дальность видимости равна лишь нескольким метрам.

Кроме всего прочего, содержащиеся в воздухе частицы, рассеивая свето­вые лучи, сами становятся освещенными. В связи с этим атмосфера приобретает определенную яркость, получившую название атмосферной дымки, Последняя, накладываясь на яркость предметов и фона, ослабляет их яркостный контраст и тем самым уменьшает видимость.

Если обозначить яркость фона Вф и яркость объекта Во. ^то значение конт­раста между фоном и объектом равно разности между яркостями, т. е.

К=Вф—Во при Вф>Во.

В большинстве случаев контраст оценивают разностью между большей » меньшей яркостями, отнесенной к большей яркости:

К=(Вф-В,)/Вф. (73)

Из формулы вытекает, что величина яркостных контрастов предметов заклю­чена в интервале от 0 до 1 или от 0 до 100%. При 5д =0 контраст такого объекта с фоном /С = 100%; при Ву= Вф К = 0, т. е. предметы перестают быть види­мыми, начиная с того момента, когда сами они и фон воспринимаются глазом как одинаковые по яркости или по цветности. (Обычно в расчетах значение при­нимается равным 0,02 или 2%.) Для сравнения яркости фона и предмета в расче­тах используют коэффициенты яркости — отношение яркости данной поверх­ности к яркости другой, абсолютной белой и матовой, имеющей коэффициент отражения, равный единице. Например, коэффициент яркости хвойного леса 0,040, желтого леса (осенью) 0,15, зеленого луга 0,065, сухого песка 0,20, воды при разной высоте солнца 0,02—0,60, деревянных поверхностей, окрашенных белой краской, 0,4—0,6, красной—0,1—0,2, черной—0,6.

Учитывая, что видимость в основном зависит от разницы между яркостью предмета и общего фона, можно сказать, что красный щит, имеющий коэффициент яркости 0,1—0,2, не будет заметен на фоне осеннего леса, имеющего коэффици­ент яркости 0,15 и т. д.

Пределы зрительного восприятия наблюдаемых контрастов объектов и фо­нов, являющиеся порогами контрастной чувствительности глаза, бывают сле­дующими: порог обнаружения контраста, порог исчезновения контраста и порог узнавания.

Если объект имеет равную яркость с фоном, то он, как уже говорилось, не будет обнаружен. При постепенном уменьшении или увеличении яркости объек­та (фона) создается минимальная разность в яркостях, которую сможет зафикси­ровать глаз, и объект будет виден в виде очень слабо контрастирующего пятна, но "опознать в нем характер предмета орган зрения не в состоянии. Это мини­мальное, едва воспринимаемое глазом различие в яркостях между объектом и фоном называют порогом обнаружения контраста или порогом обнаружения е.обя-

Предположим, что мы наблюдаем объект при величине контраста, равной порогу обнаружения е.обн- При уменьшении этой величины контраста будет до­стигнуто такое положение, когда глаз перестанет вообще воспринимать объект, так как величина поступающего сигнала будет меньше контрастной чувствитель­ности глаз. Это невоспринимаемое глазом различие в яркостях между объектом и фоном называется порогом и счезновения к онтраста или порогом и счезновения 8цсч.

В количественном отношении порог обнаружения и порог исчезновения от­личаются иногда друг от друга на значительную величину, поэтому ошибочно принимать их равными между собой.

Порогу узнавания вузц соответствует такая минимальная раз­ность в яркостях между фоном и объектом, которая позволяет опознать предмет. Понятие порога узнавания весьма условно, оно имеет конкретное содержание применительнотолько к данному объекту наблюдения. В различ­ных случаях численные значения порога узнавания могут существенно отли­чаться друг от друга. Например, в одном случае достаточно установить, что объектом является судно, в другом — необходимо определить его тип, раз­меры и т. д.

Численные значения порогов еисч, еобн, еузн в значительной степени за­висят от известного наблюдателю направления на предмет. Поэтому различают пороги контрастной чувствительности при фиксированном наблюдении (направ­ление на объект точно известно) и при нефиксированном наблюдении (направле­ние известно неточно, и объект ищут в пределах некоторого пространства). При нефиксированном наблюдении следует указывать время, затраченное на поиск цели. Если наблюдатель ищет объект в нефиксированном направлении и находит его через 10—20 с, то предмет узнается сразу, минуя стадии исчезнове­ния и обнаружения.

По данным полевых испытаний Главной геофизической обсерватории СССР, пороги контрастной чувствительности зрения при фиксированном наблюдении следующие:еисч = 1,9%, еобн = 2,5%, еузн = 3,5%. По этим же данным пороги контрастной чувствительности при нефиксированном наблюдении в ин­тервале 15-секундного поиска цели такие: для еисч и еобн — отсутствуют;

еуэн ⁼ 7% (в среднем). Приведенные данные справедливы для светлого времени

суток или яркого искусственного освещения при угловых размерах предмета не менее 20 Х 20.

Если глаз в состоянии на крайнем пределе восприятия обнаружить объект в виде очень слабого пятна, то расстояние до него соответствует порогу обнару­жения и называется дальностью обнаружения объекта Dобн-

Если объект на данном расстоянии сливается с фоном и глаз не в состоянии воспринимать его, то расстояние до объекта соответствует порогу исчезновения и называется дальностью исчезновения объекта Dисч-

Если при постепенном приближении к объекту становится возможным опре­делить его характер, то расстояние до объекта соответствует порогу узнавания и называется дальностью узнавания объекта Dузн-

Итак, между дальностью обнаружения, исчезновения и узнавания имеется определенный интервал расстояний, причем дальность исчезновения наибольшая, затем следует дальность обнаружения и меньшая из всех дальность узнавания.

В теории видимости существует понятие о метеорологической дальности видимости или прозрачности атмосферы.

По международному соглашению во всех странах мира метеорологи­ческая д альность видимости Sм или прозрачность атмосферы т характеризуют оптическое состояние атмосферы. Метеороло­гическая дальность видимости дает только наглядное представление о прозрач­ности атмосферы или степени ее помутнения, но не является действительной дальностью видимости реальных объектов.

Величина прозрачности т слоя атмосферы длиной L определяется как от­ношение энергии светового луча F,, выходящего из данного слоя, и энергии луча F, входящего в слой:

В метеорологии слоем единичной длины считается слой, равный 1 км. Зна­чения прозрачности какого-либо слоя атмосферы заключены в пределах от О до 1 или 100%.

Прозрачностью атмосферы считают значение дальности видимости некоторой абсолютно черной поверхности с угловыми размерами не менее 20 Х 20 при ус­ловии, если она проектируется только на фон дымки в направлении ее наиболь­шей яркости, т. е. в горизонтальном направлении.

Выше отмечалось, что при фиксированном наблюдении существуют три по­рога контрастной чувствительности — еисч. еобн. еузн. В Европе, в том числе и в СССР, под метеорологической дальностью видимости чаще понимают даль­ность исчезновения и реже используется понятие дальности обнаружения.

Для вычисления дальности видимости удобнее пользоваться не величиной прозрачности слоя, а значением рассеянной энергии лучей, прошедших через этот слой.

Между прозрачностью т единичного слоя и величиной рассеянной в нем энергии существует теоретическая зависимость:

где к — показатель рассеяния или показатель ослабления луча в слое L для натуральных логарифмов; о — то же, для десятичных логарифмов.

Численное значение а и ет показывает долю уменьшения энергии луча при прохождении им слоя атмосферы единичной длины.

Прозрачность атмосферы при единичной длине, т. е. при L = 1 км

т =2,7^-а=10^-о.

Логарифмируя последнее равенство при основании е, получим

In т = а = 2,3о, отсюда

а = 2,Зо или о = 0,43а.

Теоретическое соотношение между к и а и дальностью видимости S„ абсо-лютно черной поверхности следующее:

В этих формулах е — порог контрастной чувствительности. Во многих литературных источниках порог контрастной чувствительности е принимается равным 2%. Главной геофизической обсерваторией его рекомен­дуется принимать равным 3%.

С учетом величины порога е == 3% получим

Таким образом, метеорологическая дальность видимости представляет со­бой условное выражение прозрачности атмосферы и равна расстоянию, на ко­тором в светлое время суток под воздействием атмосферной дымки утрачивается восприятие абсолютно черной поверхности с угловыми размерами не менее 15 Х 15 , проектирующейся на фоне неба (дымки) у горизонта.

Для практического определения метеорологической дальности видимости кроме абсолютно черных объектов, используют предметы окружающего ланд шафта. В этом случае применяются различные приборы.

Данные касающиеся метеорологической дальности видимости, приведены в табл. 20 и 21.

В практике за расчетную дальность видимости знаков и огней навигацион­ного ограждения на морях принимается видимость 8-го — 10-го балла с т = 0 8 на 1 милю; на водохранилищах — 7-го балла с т = 0,8 на 1 км или т = 0,7 на 1 милю; на реках — 6-го балла для плавучих знаков и 7-го балла для берего­вых знаков.

В открытой части водохранилища, озера или моря видимость в баллах может быть оценена по отчетливости линии горизонта: очерчена резко _ 9_8 баллов, очерчена удовлетворительно — 7, видна неясно — 6, не видна совсем — менее 6 баллов.

Таблица 20

Метеорологическая дальность	Балл	т
видимости 5м, км	видимости
		На l км	Ha l милю
2—4 4—10 10—20 20—50 Более 50	5 6 7 8 9	До 0,42 0,42—0,69 0,69—0,82 0,82—0,92 0,92—0,97	До 0,2 0,2—0,5 0,5—0,7 0,7—0,85 0,85—0,95

Таблица 21

Балл видимости	Интервал видимости	Характеристика видимости	Преимущественные условия погоды (днем)
в км	в милях
	До 0,05	До 0,02	Очень плохая	Очень сильный (густой) ту­ман
l	0,05-0,2	До 0,1	То же	Туман или очень густой сне­ гопад
	0,2—0,5	0,1—0,3	»	Умеренный туман или силь­ ный снегопад
	0,5—1,0	0,3—0,5	Плохая	Слабый туман, умеренный снег или сильная мгла (дымка)
	1—2	0,5—1,0	»	Умеренный снег или сильный дождь, умеренная дымка
	2—4	1—2	Средняя	Слабый снег, сильный дождь, слабая дымка
	4—10	2—5	»	Умеренный дождь, очень сла­ бый снег, слабая дымка
	10—20	5—11	Хорошая	Слабый дождь, без осадков
	20—50	11—27	Очень хорошая	Без осадков, чистый воздух
			Исключительно хо­ рошая	Совершенно чистый воздух при безоблачном небе

Объекты ландшафта, имеющие разнообразную конфигурацию, размеры окраску и яркость, называют реальными объектами.

На дальность видимости реальных объектов большое влияние оказывает их собственная (истинная) яркость, угловые размеры и характер контура.

Собственная яркость объектов находится в зависимости от их отражающих свойств, метеорологических условий и положения Солнца, а это означает, что при одном и том же состоянии прозрачности атмосферы дальность видимости реальных объектов значительно изменяется.

Угловые размеры объектов на дальность видимости влияют таким обра­зом.

При удалении от объекта любых размеров на такое расстояние, когда его угловые размеры окажутся меньше порога остроты зрения (т. е. в данном слу­чае объект виден под углом менее Г), он не будет виден, даже если его контраст с фоном составит 100%. Если на расстоянии дальности видимости угловые раз­меры составляют менее 225—250, их восприятие зависит не только от яркост-ного контраста, но и от угловых размеров. Причем, чем меньшевеличина объек­тов, тем хуже они воспринимаются.

У объектов с угловыми размерами более 225—250 дальность видимости не зависит от размеров и в основном определяется разностью яркостей объекта и фона. Величина, равная 225, является как бы критическим порогом, разделяю­щим изменяющееся и неизменяющееся восприятие объектов.

Восприятие объектов малых размеров во многом зависит не только от их угловой площади, но и от формы. Объекты с ровной или плавно меняющейся ли­нией контура видны лучше и дальность видимости их на величину до 30% боль­ше, чем у объектов с неровным контуром.

Итак, основными условиями, определяющими дальность видимости реаль­ных объектов, являются такие факторы: метеорологическая дальность видимо­сти (оптические свойства атмосферы), свойства объектов (собственная яркость, размеры, конфигурация), состояние зрения наблюдателя (величина порога конт­растной чувствительности).

При определении дальности видимости реальных объектов необходимо ука­зывать вид порога контрастной чувствительности. Дальности видимости вообще не существует, так как она конкретна и будет лишена смысла, если не указать, о какой именно дальности говорится (исчезновения, обнаружения, узнавания) и к какому применительно случаю наблюдения относится.

Дальность видимости реальных объектов — та­кое расстояние, на которой данный объект под воздействием дымки приобретает в соответствии с характером наблюдения значение контраста, отвечающее порогу исчезновения, обнаружения или узнавания.

В условиях наземных наблюдении дальность видимости реальных объектов чаще всего определяется на фоне дымки. Фоном обычно является небо у горизон­та или удаленный земной фон, полностью завуалированный дымкой.

В соответствии с теорией видимости для расчета дальности видимости реальных объектов, проектирующихся на фон дымки, может служить следую­щая формула:

где 5м — метеорологическая дальность видимости;

Ко — контраст объекта при отсутствии дымки;

е — порог контрастной чувствительности.

Последняя формула показывает, что дальность видимости реальных объек­тов, проектирующихся на фоне дымки и имеющих на этом расстоянии угловые размеры не менее 225, практически не отличается от метеорологической даль­ности видимости. В отношении же предметов малых угловых размеров такой вы­вод не всегда возможен, так как здесь необходимо учитывать уменьшение угло­вых размеров.

При определении дальности видимости реальных объектов, проектирующих­ся на фоне других объектов, могут встретиться два случая: фон располагается далеко от объекта и фон располагается в непосредственной близости от объекта.

Фон в виде реального объекта обладает собственной яркостью и окраской. Атмосферная дымка изменяет яркость и объекта и фона. Но так как дальность видимости объекта определяется совокупностью яркостей объекта и фона, то контраст между ними оказывается более низким, чем для объекта, проектирую­щегося на фоне дымки. Отсюда и дальность видимости оказывается значитель­но меньшей по сравнению с дальностью видимости реальных объектов, проекти­рующихся на фоне дымки.

Дальность видимости реального объекта, проектирующегося на фоне дру­гого близко расположенного реального объекта, можно определить по формуле

где s_m — метеорологическая дальность видимости;

f(eY) —величина, характеризующая изменение порога в зависимости от угловой величины объекта при соответствующей дальности види­мости;

Б — яркость дымки;

Во — яркость.

Для видимости знаков навигационной обстановки как и других предметов основное значение имеет не абсолютный, а угловой размер. Различают три степени видимости сигналов.

1. На окружающем фоне глаз различает на месте сигнала пятно, но не мо­жет определить ни формы ни цвета. Это так называемая «точечная видимость». для обеспечения такой видимости знак достаточно видеть под углом в Г.

2. Глаз видит знак, различает форму и очертания, но цвет сигнала отчетли­во не виден, т. е. сигнал кажется более светлым или темным по сравнению c ok-ружающим фоном. Для обеспечения этой степени видимости угловой размео дол­жен быть не менее 3.

3. Форма и цвет сигнала видны отчетливо. Эта степень зависит от освещен­ности и контраста.

Для надежной ориентировки судоводителя у сигналов должна быть обеспе­чена видимость 2-й и 3-й степени. В соответствии с этим требованием устанавли-

ваются типы и размеры обстановочных знаков, предусматриваемых Государст­венным стандартом.

Исключение из указанного правила делается для водохранилищ при про­тяжении створной линии более 9 км. Для их трасс максимальная высота щита 8 м и угловой размер около Г, поэтому такой знак с конца трассы невоору­женным глазом виден как темное пятно.

Обстановочные знаки, не требующие большой видимости, например весен­ние и ходовые знаки, окрашиваются в зависимости от наименования берега. У створных и перевальных знаков для повышения дальности видимости окрас­ка выбирается исходя из условий обеспечения наибольшего контраста с бере­говым фоном.

Контрастность знаков уменьшает решетчатая конструкция щитов, так как окружающий фон просвечивает между щелями, поэтому ширина промежутков не должна быть более 5 см.

Видимость плавучих знаков во многом зависит от освещенности водной по­верхности. В солнечные дни водная поверхность имеет светлый фон, поэтому на ней лучше различаются красные бакены. В сумерки водная поверхность имеет темный фон, поэтому на ней лучше видны белые бакены.

По мере подъема видимый горизонт равномерно расширяется во все сторо­ны. Дальность горизонта, или математический горизонт, определяется по сле­дующей формуле:

где Р — радиус земли (округленно — 6400 км);

В — высота наблюдателя.

Отсюда следует: чтобы увидеть в два раза дальше, надо подняться прибли. зительно в четыре раза выше.

Формулу можно упростить и тогда она примет следующий вид:

(86)

При больших расстояних между наблюдателем и знаком на их видимость влияет шарообразность земной поверхности, естественные и искусственные воз­вышенности, а также поглощение и рассеивание световых лучей в атмосфере и атмосферная рефракция. Всвязи с этим видимость делят на географиче­скую (геометрическую) и оптическую.

Географическая видимость — это видимость знака, когда лучи света сво-бодно распространяются от него к наблюдателю, а оптическая — когда луча искажаются атмосферой. Максимальное расстояние до наблюдателя в таком случае называют геометрической дальностью видимости, или дальностью открытия знак а.

Численное значение дальности открытия, км, с учетом явления рефракции земной атмосферы определяют по формуле

(87)

где Н и h — уровни соответственно рассматриваемого предмета и глаза наблю­дателя, м.

При дальности открытия порядка до 8 км шарообразность Земли не препят­ствует распространению световых лучей.

Световая энергия, отходящая от источника, рассеивается частицами, нахо­дящимися в атмосфере. Интенсивность рассеивания зависит от количества и раз­меров светорассеивающих частиц. Чем их больше, тем рассеивание значи­тельнее.

На небольшом расстоянии источник света будет иметь угловые размеры больше l, т. е. больше порога остроты. При большом удалении от источника света его угловые размеры будут меньше порога остроты зрения, поэтому он превратится в источник точечных размеров.

Освещенность Е от точечного источника, имеющего силу света I, убывает обратно пропорционально квадрату расстояния L до него, т. е.

E=I/L².

Более удаленный точечный огонь, создавая на зрачке глаза меньшую осве­щенность, будет восприниматься как менее яркий по сравнению с близко распо­ложенными точечными источниками. Поэтому убывание яркости удаленных сиг­нальных огней происходит за счет рассеяния в атмосфере испускаемого ими све­та и за счет перераспределения световой энергии в пространстве соответственно закону квадратов расстояния.

Размеры изображения точечного источника на сетчатке глаза не меняются и не зависят от расстояния, а освещенность на зрачке, наоборот, зависит от расстояния. Поэтому понятие яркости неподходяще для точечных источников и для характеристики зрительного восприятия точечных источников использует­ся термин «блеск».

Значение освещенности на зрачке глаза с учетом прозрачности атмосферы определяется по таким формулам:

В этих формулах a — показатель рассеяния (ослабления) луча для натуральных логарифмов;

о — показатель рассеяния (ослабления) луча для десятичных логарифмов.

Дальность видимости точечного источника света — это расстояние обнару­жения его как очень слабой светящейся точки, находящейся на крайнем пределе восприятия, что соответствует минимальной или пороговой освещенности Е на зрачке глаза.

Численные значения Е существенно зависят от условий наблюдения (фик­сированные или нефиксированные) и характера задачи при введении понятия о пороге обнаружения и пороге исчезновения. Понятие порога узнавания не при­менимо к видимости точечного источника и имеет смысл только в отношении опознавания цвета огня. Поэтому Е понимается как порог обнаружения.

Таким образом, вопрос о дальности видимости огней будет лишен смысла, если он не сопровождается приближенной характеристикой огней и условий их наблюдения.

Особенность восприятия групповых огней (по сравнению с одиночными) заключается в том, что при туманах или помутнении воздуха вокруг групповых огней создается световой ореол, яркость которого изменяется в зависимости от состояния атмосферы, что приводит к изменению яркости фона огня.

Сигнальные огни считаются точечными объектами за исключением газосвет­ных трубок.

Необходимую силу света огня, кд (или расстояние действия огня), можно определить по таким формулам:

В этих формулах:

Е — пороговая освещенность, лк;

L — заданная дальность видимости огня, км;

т — коэффициент прозрачности атмосферы;

o — коэффициент экстинкции (по рекомендации ЦНИИЭВТ равный 0,261).

Абсолютная пороговая освещенность для условий полной темноты Е = 10^-9 лк. В сумеречных условиях Е= 2*10^-7 лк.

Расчетное значение пороговой освещенности для белого огня принимается Ебел= 6-10^-8 лк.

Величины цветовых порогов по отношению к пороговой освещенности при­нимаются большими по сравнению с белым огнем: для красного огня — в 2,5 раза, для зеленого — 3,75 раза, для желтого — в 7,5 раз.

В соответствии с принятым значением порога для белого огня цветовые по­роги для других огней принимаются такими: 5цр= 15-10~⁸ лк == 1,5-Ю-⁷ лк;

Eзeл= 2,25-10^-7 лк; Ежелт= 4,5-10-⁷ лк.

По теории видимости необходимая сила света огня или дальность действия огня находится в квадратичной зависимости от расстояния. Следовательно, с увеличением расстояния в 2 раза сила света должна быть увеличена в 8 раз, в 3 раза — в 400 раз и в 10 раз — 60000 раз.

В соответствии с принятыми порогами освещенности для цветовых огней при расстоянии 2 км для обеспечения видимости сила света красного огня по сравнению с белым должна быть увеличена в 2,5 раза и зеленого в 3,5 раза.

Цветной огонь создается изъятием из светового потока источника света всех световых волн, за исключением волн, соответствующих нужному цвету. Погло­тителями световых волн являются светофильтры, которые изготовляются из цветного стекла или пластмасс. Поглощая световые волны, светофильтры сни­жают освещенность на сетчатке глаза, создаваемую источником света.

Светофильтры характеризуются коэффициентом пропускания, который представляет собой отношение светового потока, прошедшего через светофильтр, к световому потоку, падающему на него. Коэффициент пропускания зависит от краски светофильтра и его толщины.

По техническим условиям красный светофильтр при толщине стекла 2 мм должен иметь общий коэффициент пропускания не менее 0,26, а при толщине стекла 3 мм — не менее 0,21. Значения коэффициентов пропускания для зеле­ного светофильтра соответственно будут 0,25 и 0,15 и для желтого — 0,75 и 0,60.

В связи с тем что светофильтры поглощают значительную часть светового потока, силу света лампы необходимо увеличивать.

В видимости цветных огней следует различать силу света цветного огня и силу источника света.

Для перехода от необходимой силы света / к потр.ебной мощности источника света F в люменах необходимо учитывать форму светящегося тела. Для огней используются электролампы, нить накала у которых представляет дужку. С приближением принимается, что нить накала имеет форму цилиндра, у которо­го световой поток наибольший в горизонтальном направлении и наименьший в вертикальном.

Для обеспечения силы света / в пределах угла (3 сила света в горизонталь­ном направлении рассчитывается по формуле

В свою очередь для белого огня мощность источника света, лм, определяет­ся по выражению

С учетом запаса на 50% при возможном запылении фонаря последняя фор­мула примет вид

Для цветных огней

где С — коэффициент пропускания светофильтра, а угол (3 для сигнальных ог­ней знаков плавучей обстановки принимается равным 10°. При использовании светофильтров для видимости красного огня с одинако­вого расстояния по сравнению с белым необходимо использовать лампу мощно­стью в 9 раз больше и для зеленого огня в 14 раз.

В связи с тем что лампы на знаках обстановки имеют ограниченную мощ­ность, световой поток усиливается специальными оптическими устройствами — линзами и отражателями.

Проблесковые огни более экономичны и лучше отличимы от посторонних огней по сравнению с постоянными огнями. Они воспринимаются глазом какта­кие же огни, но меньшей мощности. Поэтому для одинаковой дальности види­мости сила света проблескового огня должна быть увеличена.

Проблесковые огни, привлекая внимание, облегчают ориентировку судово­дителей. В то же время слишком короткие и частые вспышки раздражают и утом­ляют наблюдателя. Длинные, но редкие вспышки затрудняют ориентирование, так как в период затемнения судоводитель теряет направление.

Установлено, что нормальный режим проблесковых огней должен иметь длительность вспышки огня 0,5—2 с, а отношение длительности проблеска