Главная страница
Навигация по странице:

  • 3-2. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ДАЛЬНОСТИ ДЕЙСТВИЯ СИГНАЛЬНЫХ ФИГУР В ДНЕВНОЕ ВРЕМЯ

  • 3-3. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ДАЛЬНОСТИ ДЕЙСТВИЯ СИГНАЛЬНЫХ ФИГУР В ПРОЖЕКТОРНОМ ПУЧКЕ СВЕТА

  • Табличные значения функции f(х) по Гершуну

  • С. В. Батусов светосигнальные установки


    Скачать 2.35 Mb.
    НазваниеС. В. Батусов светосигнальные установки
    Анкор167003 (1).doc
    Дата09.01.2018
    Размер2.35 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файла167003 (1).doc
    ТипКнига
    #10601
    страница6 из 11
    1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

    МЕТОДЫ РАСЧЕТА ДАЛЬНОСТИ ДЕЙСТВИЯ СВЕТОВЫХ СИГНАЛОВ
    3-1 ТРЕБУЕМЫЕ ДАЛЬНОСТИ ДЕЙСТВИЯ СВЕТОВЫХ СИГНАЛОВ НА ТРАНСПОРТЕ

    Безопасность при заданных скоростях движения на транспорте связана со зрительной работой водителей подвижных средств и с особенностями самих подвижных средств. С момента получения сигнала опасности до полной остановки или изменения курса в каждом отдельном случае водителю должен быть обеспечен безопасный путь. Это «расстояние безопасности» lбез можно опреде­лить из следующего соотношения:

    (3-1)

    где lp = vtp — расстояние, пройденное подвижным средством с момента .воздействия светового сигнала на глаз (приемник) и осознания смыслового значения этого сигнала до момента выполнения необходимых действий (включение тормозной системы, изменение направления движения и др.); lин — расстояние, пройденное подвижным средством по инерции после включения тормоза или изменения курса; lзап — расстояние запаса, гарантирующего безопасность.

    Расстояние безопасности, следовательно, зависит от вида и особенности подвижных средств и скорости их движения ν, а также от инерционных свойств зрения водителей, проявляющихся в реакции последних на действие светового сигнала. Эту реакцию во времени можно выразить уравнением

    (3-2)

    где tв — продолжительность возникновения ощущения с момента воздействия светового сигнала на светочувствительный слой сетчатки глаза водителя; toc — продолжительность осознания смыслового значения возникнувшего ощущения; tд — продолжительность выполнения необходимых действий водителя по управлению подвижным средством.

    Указанная реакция во времени по данным многих исследований и практики колеблется в широких пределах. В зависимости от условий зрительной работы водителей численные значения этого времени, однако, не превышают tр = 38 с.

    Расстояние, характеризующее инерционные свойства подвижных транспортных средств, по литературным данным и практики укладывается в пределы: для самолетов до 1000 м и более; для поездов до 800 м и более; для автомобилей 10 м и более и для судов 8—10 длин обычных судов и 2—4 длин скоростных судов (на подводных крыльях и на воздушной подушке).

    Расстояние же запаса численно зависит от вида транспорта, его подвижных средств, характера путей, профессионального уровня водителей.

    Расстояние безопасности определяет требуемую минимальную дальность действия световых сигналов на любом виде транспорта. Практически же по отдельным видам транспорта необходимая дальность действия световых сигналов зависит от характера транспортных путей и от условий выполнения транспортных операций. Так, на водном транспорте дальность действия световых сигналов определяется протяженностью прямолинейных участков пути, из которых они состоят, сопрягаясь плавными криволинейными переходами. По существующим «Правилам плавания по внутренним судоходным путям РСФСР» «дальность видимости огней береговых знаков и обстановки на реках, а также огней береговых и плавучих знаков на водохранилищах (и морях) обеспечивается в пределах установленных границ их действия», Здесь, следовательно, речь идет о дальности действия световых сигналов в пределах от полукилометра до нескольких километров по рекам или двух-трех десятков километров на водохранилищах и морях.

    На железнодорожных путях движение поездов направляется строго фиксированным рельсовым полотном. В «Правилах технической эксплуатации железнодорожного транспорта» в разделе «Сигналы» говорится: «Показания входных и проходных сигналов должны как днем, так и ночью отчетливо различаться с приближающегося поезда на расстоянии не менее 1000м… Видимость предупредительных сигналов, а также основных сигналов, имеющих предупредительные сигналы, должна быть не менее 400 м ... Видимость выходных и маршрутных сигналов по боковым путям, а также маневровых сигналов должна быть не менее 200 м».

    Воздушный транспорт, обладающий наиболее высокими скоростями движения, особенно нуждается в обеспечении безопасности полетов и посадки самолетов на аэродроме. В воздухе пилот ориентируется преимущественно по радиосигналам и по показаниям приборов в кабине самолета, контролирующих скорость и высоту полета, крен и место нахождения самолета. Радиосредства обеспечивают пилоту приближение к аэродрому, заход на посадку и начало снижения, окончательное же снижение, приземление и пробег по взлетно-посадочной полосе (ВПП) обеспечиваются визуальной ориентировкой по световым сигналам. Переход от радио к светосигнальным средствам пилот совершает после пролета над дальним приводным радиомаяком (ДПРМ). С этого момента самолет планирует на посадку и при приближении к ближнему приводному радиомаяку (БПРМ.) пилот ориентируется исключительно по световым сигналам. Общая протяженность зон приближения, подхода и посадки доходит до 5 км и более. В зависимости от типа самолета и его скорости при посадке в наиболее тяжелых погодных условиях, когда еще разрешается посадка, аэродромные огни должны различаться пилотом с расстояний не менее 600—1000 м [14, с. 32]. Это обусловлено необходимостью создания частичной перспективы полос и обеспечения «расстояния безопасности» с целью исправления ошибки в пилотировании самолета на этапе снижения.

    Современные самолеты оснащаются комплексом оборудования для автоматического управления на всех этапах полета. Такие автоматы могут обеспечить, При соответствующем радиооборудовании аэродромов, заход на посадку, автоматическое приземление, а также обеспечить уход на второй круг в случае возникновения опасности при посадке. И в этом случае обеспечить полностью надежную посадку такие автоматы не могут, так как пилот психологически нуждается в непосредственной связи с той местностью (площадкой), на которой должен приземлиться пилотируемый самолет. Находясь вблизи ВПП, пилот обычно и при автоматическом управлении полетом берет управление самолетом на себя и ориентируется исключительно по световым сигналам.

    Определение дальности действия световых сигналов по заданным характеристикам их проводится расчетом по воспринимаемому в точке наблюдения контрасту k для сигнальных фигур (знаков) и по освещенности на зрачке глаза наблюдателя Езр для сигнальных огней. Другими словами, расчет этот определяет оптическую дальность видимости или различимости в отсутствие экранировки излучения, несущего световой сигнал.
    3-2. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ДАЛЬНОСТИ ДЕЙСТВИЯ СИГНАЛЬНЫХ ФИГУР В ДНЕВНОЕ ВРЕМЯ

    В расчетных операциях, определяющих дальность действия сигнальных фигур (знаков) в дневное время, как уже указывалось (§ 1-4), учитывают не только ослабление отраженного света от сигнальной фигуры в атмосфере на пути к наблюдателю, но и вуалирующую яркость L'D за счет рассеянного света в атмосфере. Накладываясь одновременно на яркость рассматриваемой фигуры Lзн и окружающего ее фона Lф, эта дополнительная яркость приводит к снижению контраста. Особенно это заметно в дневных условиях наблюдения и при плохой погоде.

    При наблюдении темных сигнальных фигур на светлом фоне (Lзнф) воспринимаемый в точке наблюдения контраст по яркости k'т с учетом световоздушного уравнения (1-13в) и уравнений (1-4) и (1-5) определится в виде

    (3-3)

    где Dзн и Dф=Dзн+δ — расстояния от наблюдателя до рассматриваемой сигнальной фигуры (знака) и фона, на котором она рассматривается (см. рис. 1-2). Остальные величины и их обозначения были приведены в вышеуказанных уравнениях.

    Приравнивая воспринимаемый в точке наблюдений контраст к пороговому, а точнее, к расчетному значении] его (k'п=kр) в заданных условиях наблюдения и решай приведенное уравнение (3-3) относительно дальности действия рассматриваемой темной сигнальной фигуры (знака) Dзн.т, получим расчетное уравнение в виде

    (3-4)

    г
    де яркости поверхностей сигнальной фигуры и фона на котором она просматривается, выражаются в долях яркости неба Lзн/Lн и Lф/Lн. Полученные расчетом по уравнению (3-4) дальности действия рассматриваемой сигнальной фигуры представлены на рис. 3-1.

    Как видно из приведенного графика, с уменьшением относительно яркости рассматриваемой фигуры (знака) и прозрачности атмосферы, приводящих к уменьшению воспринимаемого в точке наблюдения контраста, дальность действия темного знака на светлом фоне резко сокращается. Значение дальности действия рассматриваемой фигуры уменьшается также при уменьшении значения расстояния  от этой фигуры до фона, на котором она просматривается, так как при этом уменьшается дополнительная яркость за счет рассеяния света на участке , что также уменьшает контраст. Это обстоятельство имеет большое практическое значение, например, при размещении береговых сигнальных фигур(знаков) на водных путях. Если эти знаки большую часть дня кажутся темнее своего фона (просматриваются с теневой стороны), то поверхности, составляющие фон (лес, возвышенности и др.) должны быть от них как можно дальше (в целях увеличения воспринимаемого контраста).

    Для темного знака, просматриваемого на фоне неба (Lф=Lн), уравнение (3-4) принимает более простой вид:

    (3-4а)

    где kн = (Lн-Lзн)/Lн — яркостный контраст темного знака с его фоном (небом), на котором этот знак просматривается.

    Зависимость функции Dзн.т = f(τуд; kн) иллюстрируется на рис. 3-2.

    П
    ри наблюдении светлых сигнальных фигур (знаков) на темпом фоне (Lзн>Lф) расчетное уравнение для определения дальности действия их представляется; в следующем виде:

    (3-5)

    В случае наблюдения такого знака на фоне неба (Lф = Lн) его дальность действия определится уравнением

    (3-5а)

    И
    з графиков построенных по данным расчетов по уравнениям (3-5), видно, что светлый знак на темном фоне обладает наибольшей дальностью действия особенно при яркости его поверхности, превосходящей яркость неба в поле зрения наблюдателя (рис 3-3, а, б) Из этих же графиков следует, что размещение светлых сигнальных фигур (знаков) должно быть как можно ближе к поверхности, являющейся фоном рассматриваемого знака. В этом случае накладываемая на яркость фона дополнительная яркость за счет рассеянных лучей минимальная, а воспринимаемый контраст максимальный.

    3-3. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ДАЛЬНОСТИ ДЕЙСТВИЯ СИГНАЛЬНЫХ ФИГУР В ПРОЖЕКТОРНОМ ПУЧКЕ СВЕТА

    Видимость сигнальных фигур (знаков) в ночных условиях наблюдения обеспечивается специальным осветительным устройством или при соответствующем освещении их прожекторным пучком света. Расчетные уравнения, определяющие дальность действия таких знаков в прожекторном пучке, как и в предыдущем параграфе базируются на заданных уровнях воспринимаемых в точке наблюдения контрастов. Для определения этих контрастов по яркости предварительно находят значения уровней яркости поверхностей рассматриваемых знаков и фонов, на которых они просматриваются. Расчетные уравнения для определения указанных яркостей базируются на известном соотношении L = E и представляются ,в виде

    (3-6а)

    (3-6б)

    где βзн и βф — коэффициенты яркости наблюдаемых поверхностей знака и фона, на котором он просматривается; Iпр—сила света прожектора в направлении освещаемого знака; 1зн и Dзн — расстояния от прожектора до освещаемого знака и от него до глаза наблюдателя, lф и Dф — расстояния от прожектора до поверхности, фоне которой просматривается знак, и от нее до глаза наблюдателя; L'AB и L'АС—Дополнительные яркости за счет рассеянных лучей прожектора на пути АВ и АС (рис. 3-4).

    В отсутствие ,каких-либо поверхностей, непосредственно примыкающих к сигнальной фигуре (знаку), освещаемой прожектором, фон ее создается лишь за счет яркости рассеянных лучей прожектора на пути от начала и до конца пересечения линией зрения всего пучка прожектора, т. е. на пути AC (рис. 3-4).

    Следовательно, чтобы определить уровень воспринимаемого в точке наблюдения контраста в данном случае необходимо знать не только характеристики используемого прожектора Iпр, поверхности рассматриваемого знака β и ослабления света в атмосфере τl = e-al, но и характеристику свечения атмосферных слоев в пучке прожектора, выраженную яркостью Lатм. Для ее определения следует воспользоваться уравнением (1-11), в котором dФр   световой поток прожектора рассеянный атмосферой в объеме dV=Sdl1, представится в виде

    (3-7)

    г
    де l1 – расстояние от прожектора до рассматриваемого слоя атмосферы.

    П
    олученный по уравнению (3-7) световой поток обусловит свечение поверхности S, ограничивающей элементарный объем. Для наблюдателя, находящегося на расстоянии l2 от этого слоя (рис. 3-5), указанное свечение будет характеризоваться яркостью, определяемой уравнением

    (3-8)

    Когда же наблюдатель находится вблизи прожектора (l1=l2=l), что является характерным для прожекторного освещения транспортных путей, углы α и θ принимают малые значения, т. е. cosα  cosθ  1,0. В этом случае уравнение (3-8) принимает следующий вид:

    (3-8а)

    Используя дифференциальное уравнение (3-8а), можно рассчитать яркость атмосферных слоев по всему пучку света прожектора при заданном направлении лини зрения, пересекающей этот пучок. При этом атмосферные слои на данном направлении делятся на участки, конечных размеров l=const (рис. 3-6), для которых рассчитываются яркости по уравнению

    (3-8б)

    Просуммировав полученные значения яркостей по всем участкам атмосферного слоя в направлении лини зрения наблюдателя или на части таких участков, по лучим общую яркость, равную

    (3-9)

    П
    риведенный метод является достаточно точным однако он требует трудоемких расчетов. Более приемлемым методом расчета яркости атмосферных слоев за счет рассеяния света в пучке прожектора является метод табулирования, предложенный А. А. Гершуном [ с. 156—175]. Метод этот приближенный, так как исходит из постоянства значений силы света прожектора: в любых направлениях пространства (Iпр = const) постоянства характеристик атмосферных слоев (f()=const), которые в реальных условиях меняются в широких пределах.

    Автором проводится интегрирование уравнения (3-8а) по частям и используются имеющиеся таблицы. С учетом принятых выше допущений, интеграл (3-8а) представляется в виде

    (3-10)

    где l и l   пределы интегрирования на выбранном участке линии зрения пронизывающей пучок света прожектора (см. рис. 3-5).

    Если обозначить выражение показателя 2al=x и определить из этого равенства l и dl, уравнение (3-10) преобразуется следующим образом:

    (3-11)

    Путем интегрирования по частям

    (3-12)

    и с применением таблиц функций e-x и получена таблица функции f(x), частичные данные

    которой приводятся в табл. 3-1.

    Таблица 3-1

    Табличные значения функции f(х) по Гершуну

    x

    0

    0,01

    0,05

    0,08

    0,10

    0,50

    1,00

    5,00

    10,00

    f(x)



    95,0

    16,6

    9,51

    7,23

    0,653

    0,149

    2410-4

    3,8310-7


    Если известны пределы интегрирования l и l,а также функция f(x), искомая яркость Lатм определится уравнением (3-11)

    В качестве примера численного расчета яркости атмосферных слоев в прожекторном пучке L'атм по данному методу берез прожектор, обладающий силой света Iпр = 105 кд. Сигнальная фигура, освещаемая данным прожектором, находится на расстояц l1 = 1,0 км от него. До входа в пучок прожектора линия зрен l' = 0,5 км, а по выходе из него l"=1,0 км. При заданном состоянии атмосферы, характеризуемом показателем ослабления света в ней а = 0,223 (уд = 0,8) и функцией рассеяния f(φ) =0,50, получим: x' = 2al = 20,2230,5 = 0,223; x=20,2231,0 = 0,446, a значения функции f(х) из приведенной выше таблицы равны: f(x') = 3,70 и f(х") =0,70. Подстановка в уравнение (3-11) дает:



    При определении яркости рассеянного света в атмосфере приведенным выше уравнениям предполагалось, что какое-либо взаимодействие отдельных элементов объема атмосферных слоев отсутствует, что они независимы друг от друга. В действительности же каждый такой элемент, рассеивающий излучение, проходящее через него, можно рассматривать как вторичный излучатель. Светов поток, идущий от него и попадающий в соседний с ним элемент, так же частично рассеивается. В свою очередь все последующие элементы объема атмосферы тоже в какой-то мере рассеивают попадающий в них световой поток. Следовательно, суммарная яркость рассеянного света в атмосфере с учетом многократного рассеяния будет несколько превышать значения, полученные по уравнению (3-11) учитывающему лишь первичное рассеяние.

    Расчет яркости атмосферных слоев за счет многократного рассеяния света прожекторного пучка возможен, но он требует сложных и длительных вычислений. Проведенный Рокаром [23, с. 389—413] такой расчет показал, что яркость от многократного рассеяния составляет небольшую часть от численного значения яркостей первичного рассеяния. Это позволяет в расчетной практике не учитывать многократное рассеяние, а ограничиваться первичным рассеянием.

    Таким образом, по найденным значениям яркостей Lзн и Lф и по уравнению (3-6) и рассчитанных по этим яркостям воспринимаемых в точке наблюдения контрастов k для заданного расстояния пользуясь уравнением (1-4а), можно решать вопрос о видимое рассматриваемой сигнальной фигуры (знака) в прожекторном пучке.
    1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11
    написать администратору сайта