智能一體化太陽能航標燈項目研究

曹錫山

( 黑龍江省航道局，哈爾濱150026)

0 引 言

黑龍江水系是我國三大通航水系之一，主要通航河流有:黑龍江、松花江、烏蘇里江、嫩江、呼蘭河、牡丹江及綏芬河等，主要湖泊有興凱湖、鏡泊湖及五大連池等，航道總里程5 495 km，通航里程亦為5 495 km，航道維護里程3 456 km。我省航道水系總共設置岸標2 900余座，浮標400 余座，目前共有23個航道段，黑龍江和松花江干流為全國內河水運主通道。黑龍江水系如黑龍江、松花江等均屬于季節性冰凍河流。松花江一般每年11月上旬封江，翌年4月上旬開江，4月中旬松花江及嫩江流冰基本結束，開始安設航標燈，對有大量淺區的航道進行排查，設置浮標。松花江等內河經過一個夏航期后，在10月末開始收回浮標和航標燈，每年通航時間大約為6—7個月，而界江黑龍江每年通航期時間更短些，大約為5個月左右。

1 航標燈使用現狀

1.1 目前黑龍江省航標燈使用情況

目前黑龍江省內航道水系的航標燈均采用傳統的鋅——空氣航標干電池做為電源，LED 發光二極管冷光源做為光源的燈電系統。鋅——空氣電池放電電壓單只為1.45 V，串并聯組裝后為2.9 V和4.2 V兩種，可供目前兩種型式航標燈供電。LED 發光二極管組合光源由本局于2000年研制成功，取代了以往的白熾燈泡，使能耗降低了50%以上，使每年四茬電池改為僅上兩茬電池，但鋅空氣電池電源本身也存在著一定的局限性，還需要定期維護安裝以及鋅——空氣電池本身的環境污染問題。還有就是鋅空電池航標燈的被盜問題也顯得十分嚴重，在那些遠無人煙的地方經常發生航標燈具及電池被盜的情況，對于這種情況只有在巡航時才會被發現更換，一方面影響了航標的導航功能，另方面造成航標維護的成本提高，都需要拓寬思路想辦法解決。

1.2 我國現代使用航標燈技術水平

我國南方大部分省區已普遍使用太陽能航標燈技術，其中部分航道使用了智能太陽能遙測遙控技術。如交通部長江航道局在長江南京至瀏河口段于2008年采用了“數字航道”與“智能航運”建設的示范性工程的太陽能航標遙測遙控系統，并完成推廣應用的相關數據和標準; 其又在2010年開工建設了三峽庫區段數字航道，推廣使用智能太陽能航標遙測遙控技術，最終計劃于2015年全面建成長江數字航道; 廣州航道局采用的也是智能一體式太陽能航標遙測遙控系統。

1.3 航標燈使用發展趨勢

目前“太陽能新能源”技術及“數字航道”和“智能航運”技術已成為將來航道科技發展的必然趨勢。因此，智能一體化太陽能航標燈是智能導航系統平臺的一個部分，是基于數字航道而服務于智能航運的智能導航器件，它的應用，將為數字航道及智能航運奠定堅實的基礎，是推進航道科技向節能環保、數字化、現代化、規范化方向發展，不可或缺的組成部分。

2 智能一體化太陽能航標燈研究

2.1 主要研究內容

由于我省屬于寒地氣候特征，每年僅有5—6個月通航時間，冬季浮標及岸標燈具均需收回，有時氣候異常霜凍冰凌提前來臨，航標來不及收回，這樣太陽能航標系統就存在著防霜凍或冰凌撞擊的問題，在冬季收回后也存在充電管理等問題，因此，在航標燈的設計上也也與南方使用的太陽能航標燈有所不同，因此，本研究課題主要包括以下研究內容:

1) 燈具外型結構設計。

2) LED 發光二極管冷光源電路設計。

3) 遙測控制器電路設計、防盜設計。

4) 太陽能電池組件、選型設計。

5) 試驗航標段選址及航標燈實況試驗。

6) 冬季對蓄電池充電維護管理試驗。

7) 綜合分析評價優化設計。

2.2 主要技術路線

本課題項目研究擬采用國內外網絡及市場調研、資料整理與分析、理論探討、原型觀測和現場試驗等手段，并與南方相關使用部門多年實踐經驗相結合的技術路線。具體如下:

1) 市場調研:進行網絡調研與實地考察相結合的原則，對相關使用部門及配件產品進行調研，充分了解國內外技術現狀，掌握最新的此方面技術研究成果。

2) 原型觀測: 在對南方一體化航標燈原型觀測的基礎上，進行詳細調研分析，對其性能的優缺點充分了解，從而制定適合本地特點的航標設計方案。

3) 選型設計:按不同設計方案對配件進行選型設計，同時進行相關LED 光源系統及電氣檢測系統、防盜系統電路設計。

4) 實況試驗:按不同標燈類型組裝一體化航標燈，并分別在實況條件下進行電氣性能檢測、遙測遙控性能測試、防盜功能測試。

試驗標段選址:本項內容主要利用現有的電子航道圖系統在哈爾濱段進行遙測試驗:①因為本局現已有哈爾濱航道段電子航道圖系統軟件;②因為哈爾濱段是具有代表性的航標段，也是未來計劃首批應用一體化太陽能航標燈的航標段。

5) 越冬維護:冬季收標對蓄電池電源維護充電管理后，第二年春季再次進行使用測試。

6) 總結評價:對上述觀測及檢測數據進行匯總總結，結合南方相關使用部門的相關結驗，篩選出最優設計方案。

3 目前研究進程及成果

3.1 航標例會

國內每兩年組織一次航標例會，交流最新的航道技術現況，其中便有國內最新航標燈發展現狀及使用情況，并展示相關的航標燈樣品，大家相互交流技術及經驗，有一定的應用基礎。

3.2 松浦一號航標燈

于2010年春在新建的松浦大橋處開發安裝“松浦一號”智能分體式太陽能航標燈，使用鋅——空氣電池供電，采用遙測遙控及故障報警技術，通過移動通訊，互聯公網進行信息傳輸及監測，可短信告知參數及預警，浮標GPS 自動定位誤差在2 ～5 m，同時在北方號船上安裝了GPS 自動定位動態監測功能，為“智能航運”積累技術經驗，目前試用均良好。

松浦一號航標燈其中的遙測控制電路技術為本項目課題研究提供寶貴的工作經驗基礎，在此基礎上采用太陽能供電系統，并采用一體式組裝，即為智能一體式太陽能航標燈系統。

3.3 LED 冷光源技術

于2000年自主研發出LED 冷光源照明技術，其較原始的白熾燈炮節能50%以上，當然，在此基礎還需要進一步優化電路設計，具有一定的工作基礎。

4 社會效益及應用前景分析

智能一體化太陽能航標燈由于使用太陽能為燈具供電，重量輕、成本低，免維護、易于維修更換，而且采用遙測遙控報警系統對航標工作狀態全天候進行監控，自動化程度高，每一兩個月可巡航維護一次，所以可大大降低航道工人的勞動強度，明顯優于傳統航標燈，可增強助航效果、減少事故發生幾率，完全符合節能環保的時代發展需求及節能減排的產業導向，也可提高我省航道的維護質量及管理水平，更好的為我省經濟發展服務，并且為將來實現數字航道，智能航運奠定堅實基礎，智能一體化太陽能航標燈技術已成為目前最具發展潛力及推廣價值的新一代航標導航技術，具有十分廣闊的發展前景。

［1］匡俊華. 智能航標燈的設計與實現［D］. 天津: 天津大學，2006.