„Да видиш е лесно, да предвидиш – трудно.“

Маяк (фар), знак и огън (светлина). Назначение и определения.

Маяк (фар) – дневен и нощен навигационен ориентир, представляващ съоръжение преимуществено от типа кула, с отличителна форма и оцветяване, установено на брега или в морето на хидротехническа основа. Маяка се оборудва със светло оптически апарат, осигуряващ далечина на видимост на огъня през нощта 15 мили и повече.

Маяците, като правило се обслужват от личен състав, а някой от тях могат да бъдат не обслужвани и работят автоматично.

На обслужваните маяци личния състав живее постоянно. Вахта (дежурство) на маяка се носи непрекъснато или раздробен работен ден.

На не обслужван маяк обслужващ персонал не живее постоянно. Техническите средства на маяка се обслужват периодично, в срок, осигуряващ непрекъсната работа.

Светещ знак – дневен и нощен ориентир, представляващ съоръжение от същия вид, както маяка,, но по-често е ажурна конструкция с щитове за подобряване на видимостта. Светещите знаци, като правило, действат автоматично.

Светло оптическия апарат на знака осигурява далечина на видимост на огъня до 15 мили.

Огън – нощен навигационен ориентир, представляващ светло оптически апарат, действащ автоматически и е установен на здание, мачта, стълб или на друго не специално построено за него съоръжение.

На потънали съдове с части над водата огънят се поставя непосредствено на надводната част на потъналия кораб.

Светло оптическите апарати на маяците и знаците могат да бъдат с кръгово или насочено действие (секторни, створни).

Не светещ знак съоръжение от същия такъв вид, както и при светещия знак, но нямащ светло оптически апарат.

Всички маяци, светещи и не светещи знаци и огньове трябва да бъдат определени като геодезически пунктове или като пунктове от аналитична мрежа с работно основание с точност не по-малко от ±2 м.

Плаващ маяк – кораб с ярко отличителна окраска (оцветяване) с характерни надстройки, установен на котва в определено (щатно) място с точно определени координати.

Плаващите маяци се оборудват със светло оптически апарати, с радиотехнически и звукосигнални устройства.

Всички обслужвани маяци се включват със залеза и се изключват със изгрева на слънцето.

По нататък в изложението под термина „маяк“ ще се разбира също светещ знак и огън, ако следващите зад него пояснения се отнасят към всичките три обекта.

Не обслужваните маяци и буйове, ако на тях не са установени светлини изключватели, светят денонощно.

Някои маяци и светещи створни знаци, установени на входа на пристанище, в райони с интензивно корабоплаване и са оборудвани с източници на светлина с голяма мощност, светят и през деня.

Далечина на видимост на маяците през светлата и тъмната част на денонощието.

Основни изисквания към маяците се явяват осигуряване на зададената далечина на видимост на огъня и съоръжението съответно през тъмната и светлата част от денонощието.

Различават географска, метеорологична и оптична далечина на видимост.

Географска далечина на видимост Дп се нарича това разстояние, на което обект със зададена височина се появява зад линията на видимия хоризонт.

Географската далечина на видимост на маяка се състои от далечината на видимост на хоризонта от височината на окото на наблюдателя Де и от височината на наблюдавания маяк Дh (рис. 1).

Рис. 1.

Географската далечина на видимост Дп в мили се определя (с отчет на средна рефракция и кривина на земята) по следната формула (1).

където h – височина на маяка от нивото на морето, м;

e – височина на окото на наблюдателя от нивото на морето, м.

Таблица за далечината на видимия хоризонт и номограма за разчет на географската далечина на видимост са дадени в приложение 1 и 2.

При определяне на далечината на видимост на маяците и тяхната височина приемат:

– на морета без приливи от средното ниво на морето;

– на морета с приливи от средното ниво на пълните сизигийни води (ср. сз. ПВ). Този термин се употребява както за правилни, така и за не правилни приливи, когато се взема средното ниво на високата пълна вода (ср. ВПВ).

Височината на маяка от основата се определя като разстояние от нивото на плановата територия до върха на купола на фенерното съоръжение – до горната площадка на кулата.

Височина на огъня от основата – разстоянието от нивото на плановата територия до центъра на огъня (източника на светлина).

Метеорологическа далечина на видимост S – най-голямото разстояние, на което под въздействието на атмосферна димка се губи видимост на абсолютно черна повърхност, имаща на това разстояние ъглови размери не по-малки от 0,3º и се проектира на фона на небето при хоризонта.

За практически цели характеристика за прозрачността на атмосферата може да служи далечината на видимост на тъмни реални обекти на фона на небето при хоризонта, определена с точно спазване на условията, указани в инструкцията за извършване на тези наблюдения. Това положение е взето за основа при съставяне на 9 балната скала за видимостта (приложение 3).

Наблюдение за видимостта и оценка по тази скала видимостта водят хидрометеорологичните станции.

Метеорологическата далечина на видимост Sзависи от прозрачността на атмосферата.

Зависимостта между метеорологичната далечина на видимост и коефициента на прозрачност на атмосферата се изразява с формулата:

S=Inε/Inτ (2)

където ε – праг на контрастната чувствителност на окото;

τ – коефициент на прозрачност на атмосферата.

Ако τ е в километри, то S също е в километри, при τ в мили, S е в мили.

Фото метричните условия на далечината на видимост на средствата за навигационно оборудване се явява значението на прага на контрастната чувствителност на окото, равно на 5%, тоест ε=0.05 (In ε,05=3).

Таблицата за привеждане на коефициента за прозрачност на атмосферата τ в метеорологична далечина на видимост S и графика на зависимостта между коефициента на прозрачност на атмосферата и метеорологичната далечина на видимост са приведени в приложение 4 и 5.

Коефициента на прозрачност на атмосферата за даден пункт или за район на морето може да се определи от много летните наблюдения на хидрометеорологичните станции за далечината на видимост.

Вероятността за прозрачността на атмосферата в даден пункт (район) на морето се определя по интегралната крива за разпределение на вероятността на коефициента за прозрачност на атмосферата τ и метеорологичната далечина на видимост S. Образец за построяване на кривата е показан на приложение 6.

Оптическа далечина на видимост наричат това най-голямо разстояние, от което от окото на наблюдателя наблюдавания обект става видим.

Далечината на видимост на маяка се определя от следните фактори:

– сила на светлината от огъня;

– прозрачност на атмосферата;

– геометричните размери на съоръжението;

– яркост на фона;

– оцветяване, а също така контраста между фона на местността и маяка;

– острота на зрението на наблюдателя.

Терминът огън се употребява като източник на светлина.

Различават нощна и дневна оптическа далечина на видимост.

Нощната далечина на видимост на огъня се определя по най-голямото разстояние от маяка, от което осветеността, създавана на зеницата на окото на наблюдателя маячния огън е равна на праговата осветеност.

Дневната далечина на видимост на обект се определя от най-голямото разстояние, от което обекта, достъпен за наблюдение при дадените условия на времето, напълно се слива с фона и става невидим.

Далечината на видимост на огъня се намира с помощта на формулата (3):

където I – сила на светлината на огъня, кд;

Е – прагова осветеност на зеницата на окото на наблюдателя, мклк;

Д – далечина на видимост на огъня, км;

τ – коефициент на прозрачност на атмосферата, км.

1. За бели постоянни огньове в нощни условия е прието праговата осветеност (светлинен праг) на зеницата на окото на наблюдателя 0,2 мклк. Тя съответства на условията на наблюдение на маячния огън на фона на небето при пълна луна, когато яркостта на фона е равна на 5.10ˉ² кд/м².
2. Далечина на видимост на постоянно бял огън през нощта при прагова осветеност Еп=0,2 мклк се намира по формулата (4):

където I – сила на светлината на огъня, кд;

Д – далечина на видимост на огъня, мили;

τ – коефициент на прозрачност на атмосферата на миля.

В практически условия за определяне далечината на видимост на маячния огън за простота се ползват от номограма (приложение 7).

При разчет на далечината на видимост на проблясващи огньове е необходимо да се отчита, че величината на праговата осветеност за тях в (0,2+t)/t пъти е по-голяма от за постоянен огън, където t е продължителност на проблясъка, с.

Праговата осветеност, необходима за откриване на проблясващ огън се разчита по формулата

Епр=Еп(0,2+t)/t (5)

където Епр праговата осветеност на зеницата на окото на наблюдателя от проблясващия огън;

Еп – прагова осветеност от постоянен огън.

Далечината на видимост на проблясващ огън се определя от така наричаната ефективна сила на светлината, която се разчита по формулата

Iеф=Iпостt/(0,2+t) (6)

където Iеф – ефективна сила на светлината на проблясващия огън;

Iпост осева сила на светлината на постоянния огън.

При разчет на далечината на видимост се използва формула (4) с отчитане на ефективността на силата на светлината.

За определяне на далечината на видимост на огъня може да се използва таблица „Разчетно значение на силата на светлината I в кандели и далечината на видимост Д на огън през нощта в мили при различни коефициенти на прозрачност на атмосферата τ на миля“ (приложение 8).

За получаване на цветни огньове, позволяващи да се различат един маяк от друг се поставят светло филтри. С помощта на светло филтри се създават цветни сектори на огньовете при маяците. Светло филтрите представляват среда, притежаваща различна прозрачност за излъчването на светлина с различна дължина на вълната.

Общ визуален коефициент Кс пропускателна способност на светло филтъра (отношение на преминалия през светло филтъра светлинен поток към падащия) се изчислява по формулата

Кс = I/Iо (7)

където Iо – сила на светлината в светлинния поток, падащ на светло филтъра;

I – сила на светлината в светлинния поток, преминаващ през светло филтъра.

Значение на общия визуален коефициент на пропускане Кс за стъклени светло филтри с дебелина 3 мм, приведени в таблица 1.

По чистота на светлината (около 100%) и по цветови праг на чувствителност на окото най-добър се явява червения светло филтър (от стъкло марка КС-2). Коефициентът на пропускане на този филтър е достатъчно висок, поради това червения огън се използва най-често.

Зеления светло филтър по своето качество (коефициент на пропускане, чистота на цвета и цветовия праг) е на малко по-ниско от червения, но наред с него има широко използване в навигационното оборудване.

Оранжевия светло филтър се използва главно в светло оптическите апарати на буйове, ограждащи кабели и обозначаващи котвени стоянки. На знаците оранжевите светло филтри се използват сравнително рядко, а на маяците не се използват въобще, тъй като този цвят, заемайки промеждутъчно положение между жълтия и червения, трудно се опознава.

Синия светло филтър по коефициент на пропускане, чистота на цвета (около 50%) и по цветовия праг на чувствителност на окото за синия цвят се явява най-малко изгоден.

Определяне на далечината на видимост на цветните огньове в сравнение с белите огньове имат следните особености:

– цветния огън трябва да бъде не само виден, но и правилно опознат по цвят, в следствие на което неговата далечина на видимост трябва да бъде разчетена не по светлинния праг за бял огън, а по цветния праг за дадения цвят огън;

– коефициента на прозрачност на атмосферата трябва да бъде също определян не за бял огън, а за дадения цвят огън.

За практически цели може:

– да се използва значението на коефициента на прозрачност на атмосферата за бял огън; – да се приеме следните значения на цветови прагове за нощно наблюдение в морски условия: за червен огън 5.10 на минус 7-ма степен, лк; за зелен огън 15.10 на минус 7-ма степен, лк; за син огън 70.10 на минус 7-ма степен, лк.

За определяне на далечината на видимост на цветните огньове през нощта са съставени номограми (приложение 9 и 10).

Силата на светлината на цветния огън за вход в номограмите се разчита по формулата:

Iцв = IблКс (8)

където Кс – коефициент на пропускане на светло филтъра, избира се от таблица 1.

На картите и в ръководствата за плаване се поставя най-малката от двете далечини на видимост на огъня (в мили):

– оптична далечина на видимост през нощта, получена по разчетен път при коефициент на прозрачност на атмосферата τ=0,8 на миля;

– географска далечина на видимост, изчислява се за височината на окото на наблюдателя на ниво на морето от 5 м.

За разчет силата на светлината I в кандели светло оптичните апарати на маяците се използва формулата

I = КBS (9)

където К – коефициент на пропускане на оптичната система;

B – габаритна яркост на източника на светлина, кд/м²;

S – площ на светене на оптическата система, м².

Средното значение на коефициента К за маячни оптически системи, е приет 0,7.

Габаритна яркост на източника на светлина се нарича средната яркост на целия габарит на светещото тяло (например, спирала и промеждутък между витките на спиралата).

Габаритната яркост на източника на светлина в някакво направление се определя по формулата

B=I/S (10)

където I – сила на светлината, кд;

S – площ на проекцията на габарита на светещото тяло на плоскост, перпендикулярна на разглежданото направление, м².

Габаритната яркост B за морските маячни лампи с нагреваема жичка се избират от приложение 18.

Условията на видимост на огъня през деня и нощните се различават в следното:

– окото на наблюдателя е адаптирано към ярка дневна светлина;

– огънят се вижда на много ярък фон, а поради това далечината на видимост се определя по контраста между яркостта на фона и яркостта на източника на светлина и съответстващия на този контраст праг;

– атмосферата не само отслабва видимата яркост на огъня, но натрупва на огъня и фона от яркостта на въздушната димка, и с това намалява контраста.

Праговата осветеност през деня ще се променя с изменение на яркостта на фона по направление на наблюдението.

Номограма за определяне на далечината на видимост на постоянен бял огън през деня е дадена в приложение 11.

Далечината на постоянен бял огън през деня за някои оптически апарати е дадена в приложение 12.

Дневната далечина на видимост на маяка зависи от следните фактори:

– геометричните размери на съоръжението;

– височината на съоръжението над морското ниво;

– коефициента на прозрачност на атмосферата;

– осветеността;

– цвета на оцветяване на маяка;

– контраста на фона на местността и маяка;

– остротата на зрението на наблюдателя.

И представлява, като правило, 50-60% от метеорологичната далечина на видимост в дадения момент.

Коефициента на прозрачност на атмосферата, осветеността и контраста на фона постоянно се изменят и следователно, дневната далечина на видимост на маяка е величина непостоянна. Освен това, тези фактори често трудно се подават на отчет.

В практиката на навигационното оборудване за определяне на дневната далечина на видимост при проектиране на маяк се вземат в разчет само геометрическите размери на съоръжението – височина и ширина.

Разчет на височината на маяка за осигуряване на изискваната далечина на видимост през деня, извършва се по формулата (13).

където H – височина на маяка от нивото на морето, м;

Д – изисквана далечина на видимост на маяка, м;

e – височина на окото на наблюдателя, м;

β – вертикален ъгъл, под който се вижда маяка от разстояние Д.

Ако Д е в мили, то формула (13) приема вида:

Значенията на ъгъл β се приемат за равни:

2′ – за маяци, проектиращи се на фона на небе или море;

3′ – за маяци, проектиращи се на фона на брега;

4′ – за маяци, осигуряващи най-отговорните участъци от плаване, в теснини, при неблагоприятни условия на осветеност.

В приложение 13 е поместена таблица за определяне на височината на маяците.

Когато географическата далечина на видимост за основата на маяка е равна или е по-голяма от изискваната далечина на видимост за маяка, височината на кулата на маяка се разчита по формула (14)

h=0,29βД

където h е в метри, β е в дъгови минути, а Д е в километри.

Ширината на маяка (диаметър на кулата) се определя по избрания проект.

За ориентировъчни разчети за височината на кулата може да се използват формулите:

– максимална височина на видимата част на маяка

h=Д, ако β=3-4′ (15)

– минимална височина на видимата част на маяка

h=Д/2, ако β=1,5-2′ (16)

където h е в метри, а Д е в километри.

За разчет на видимата площ на кулата Q, м², осигуряваща изискваната дневна далечина на видимост може да бъде използвана формулата (17).

където Kº – истинския контраст;

Д – далечина на видимост на маяка, км;

S – метеорологична далечина на видимост, км;

b – коефициент на осветеност на фона.

Разчет за площта Q, м², по-просто може да се определи по номограмата на Болдарев.

Формулата и номограмата се използват само в тези случаи, когато значението на всички елементи достатъчно добре са известни или когато се изисква да се определи далечината на видимост за конкретно зададено значение на метеорологичната далечина на видимост, истинския контраст и коефициента за осветеност на фона.

Номограмата на Болдарев, таблица с контрастите и коефициентите на осветеност на фона, а също и разчет на видимата площ на кулата на маяка са приведени в приложение 14.

При разчет е необходимо да се отчита, че най-голямо значение за дневната далечина на видимост на маяка с площ 100 м² при Kº=1 и b=1 в зависимост от коефициента на прозрачност на атмосферата τ са следните:

τ, на миля	Д, мили
0,6	4,5
0,7	6
0,8	8
0,85	10

По нататъшното увеличаване на площта на маяка съществено увеличение на далечината на видимост не дава.