книги из ГПНТБ / Хохлов, В. А. Видимость сигнальных огней и знаков судоходной обстановки в различных метеоусловиях учебное пособие для студентов судоводительской специальности

Министерство речного флота РСФСР

Горьковский институт инженеров водного транспорта

В. А. Хохлов

ВИДИМОСТЬ СИГНАЛЬНЫХ ОГНЕЙ И ЗНАКОВ СУДОХОДНОЙ ОБСТАНОВКИ В РАЗЛИЧНЫХ МЕТЕОУСЛОВИЯХ

Учебное пособие для студентов судоводительской специальности

Горький

1974

§ 1. ВИДИМОСТЬ И ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЕЕ

Глаз человека—аппарат весьма совершенный. И никакой тех­ нический прибор из существующих до сих пор не может полно­ стью передать то впечатление, которое мы получаем, восприни­ мая окружающий нас мир посредством зрения. Никакая аппара­ тура не может сравниться с человеческим глазом по чувствитель­ ности и надежности восприятия. Однако возможности глаза име­ ют свои определенные границы.

Вопросы видимости или невидимости, способности или неспо­ собности нашего зрения различать тот или иной объект в данной обстановке—все это имеет важное значение для морского и реч­ ного флота. Практическая деятельность судоводителей во многом зависит от условий видимости. Неправильная зрительная оценка обстановки может привести к аварийной ситуации. Поэтому для судовождения необходимо иметь возможность уверенно и четко видеть достаточно удаленные предметы, например, створы, буи, ве­

фоне есть обнаружение сигнала на фоне сопутствующих ему по­ мех «шумов». При этом под помехами «шумами» следует подра­ зумевать как свет рассеянный, расположенной перед предметом дымкой, так и флуктуации раздражения зрительного нерва вблизи порога восприятия, создающиеся непосредственно в глазу. Зри­ тельные восприятия судоводителя можно разделить на две ста­ дии—стадию обнаружения, когда судоводитель впервые обнару­ живает наличие сигнала или рассматриваемого объекта и фикси­ рует его месторасположение, и стадию узнавания, когда опознает­ ся содержание объекта, его детализированная структура — форма,

цвет и др.

Под дальностью видимости понимают то расстояние, на котором судоводитель впервые обнаруживает сигнал, а под дальностью раз­ личимости—расстояние, на котором судоводитель определяет все отличительные признаки данного сигнала.

Дальность видимости световых сигналов и сигнальных фигур зависит как от геометрических факторов,так и от состояния атмо­ сферы. В связи с этим видимость делят на геометрическую и оп­ тическую, а расстояние до объекта наблюдения при этом называ­ ют соответственно геометрической и оптической дальностями ви­

3

мозга [2]. Чувствительность глаза к восприятию лучистой энер­ гии для разных длин волн неодинакова. При достаточно ярком свете кривая спектральной чувствительности глаза, начиная от

нуля, на фиолетовом конце спектра (X =380 нм) поднимается, до­ стигая максимума в зеленой части спектра (X '= 5 5 5 нм), потом спа­

ца, проникающие сквозь атмосферу—290 нм. Невидимость инфра­ красных лучей, как обратил внимание С. И. Вавилов [3], также целесообразна, так как в противном случае глаз мог бы ощутить тепловое излучение своих собственных оболочек и внешний мир был бы невидим из-за световой дымки.

Зрение человека обладает замечательной способностью успеш­ но работать при весьма различных условиях яркости источников света и отражающих свет объектов. Мы видим предметы днем и ночью, хотя яркость ландшафта при этом меняется в миллионы раз. Такой широкий диапазон воспринимаемых яркостей воз­ можен благодаря приспособлению уровня чувствительности глаза к интенсивности светового раздражителя. Процесс приспособле­ ния глаза к световому режиму называется адаптацией.

Процесс адаптации складывается из целого ряда условий [4].

5

1. Изменение диаметра зрачка.

Днем, при ярком солнечном освещении, поперечник отверстия радужной оболочки уменьшается до 1,5—2 мм, в то время как при слабом сумеречном свете он увеличивается до 7—8,5 мм.

2. Переход от зрения при помощи колбочек к зрению при по­ мощи палочек.

При ярком свете палочки оказываются выключенными (свето­ чувствительное вещество в них полностью выцветает) и работают только колбочки.

При слабом свете чувствительность колбочек оказывается не­ достаточной и они перестают реагировать на световые раздраже­ ния, но зато начинают действовать палочки, чувствительность ко­ торых во много раз выше, чем у колбочек.

3. Концентрация светочувствительного вещества в сетчатке. При одном и том же световом потоке, проникающем в глаз,

фотохимические процессы будут тем интенсивнее, чем больше концентрация светочувствительного вещества в сетчатке. Наряду с разложением светочувствительного вещества под действием све­ та, в глазу происходит непрерывная обратная реакция его восста­ новления. При некотором уровне яркости концентрация светочув­ ствительного вещества, не подвергнутого разложению, будет по­ стоянной. От этой концентрации будет зависеть и уровень свето­ вой чувствительности глаза.

4. Изменение чувствительности центральной нервной системы. Доказано, что изменение чувствительности глаза происходит под влиянием раздражений других органов чувств. Так раздраже­ ние одних колбочек (красным цветом) сказывается на чувстви­ тельности палочек и наоборот. Слуховые раздражения также дей­ ствуют на восприимчивость органа зрения. Чем глубже адаптация, тем выше чувствительность глаза и тем более слабый свет может быть этим глазом обнаружен. Та минимальная яркость, которую способен воспринимать аппарат зрения, называется абсолютным

порогом светоощущения.

При внезапном переходе от одного уровня яркости к другому аппарат зрения не сразу меняет уровень адаптации. Перестройка чувствительности глаза требует известного времени. В зависимо­ сти от светового режима различают темновую адаптацию, при ко­ торой происходит приспособление зрения к менее яркому свету, увеличивается чувствительность глаза и снижается световой по­ рог, и световую адаптацию, при которой глаз настраивается на более высокий уровень яркости, в связи с чем происходит сниже­ ние чувствительности и увеличение порога светового раздражения. Световая адаптация—биологически целесообразный процесс, ко­ торый предохраняет глаз от раздражения до болевого порога. Опыт показывает, что световая адаптация достигается сравни­ тельно быстро, а темновая для окончательного завершения тре­ бует нескольких часов.

6

С. В. Кравковым [4] был найден ряд условий, влияющих на ход темповой адаптации. Так наблюдалось, что после предвари­ тельной засветки красным светом (который на палочки действия не оказывает) чувствительность глаза сразу же резко идет вверх и достигает значений, которые в несколько раз выше нормальных.

Явление адаптации судоводителям следует особо иметь в ви­ ду. Ночью, когда глаз адаптирован на низкий уровень яркости, судоводителям следует остерегаться засвечивания глаз ярким све­ том, так как это приводит к уменьшению чувствительности зре­ ния. В рулевых рубках находятся контрольные и навигационные приборы с освещенными индикаторами, свечение которых изме­ няет уровень естественной адаптации. Эти помехи оказывают двойное влияние:

1)светящиеся шкалы действуют в качестве периферических мешающих источников;

2)они являются причиной местных изменений уровня адапта­ ции при фиксировании яркости, требующей для снятия показания прибора.

Судоводитель, стоящий за пультом управления, подвергается общему воздействию помех, затрудняющему восприятие наружных сигналов. Насколько неприятно воспринимается это освещение, можно судить по тому, что судоводители прибегают к «самоза­ щите» и прикрывают приборы чехлами или картоном, снимаемым ими только для отсчета показаний приборов. Для улучшения адаптации шкалы приборов и лоцманские карты необходимо ос­ вещать только красным светом с пониженным напряжением пита­ ния ламп накаливания.

Исследования показали, что ускорению приспособления глаз к работе в темноте способствует прием различных вкусовых раз­ дражителей, например сахара, препаратов витамина С, таблеток глюкозы и др. Известную пользу приносит легкая гимнастика, об­ тирание лица холодной водой и т. п.

При достаточно глубоком уровне темновой адаптации колбоч­ ки полностью выключаются, и зрение осуществляется одними па­ лочками. Такое чисто сумеречное зрение называется ахроматиче­ ским (воспринимая различия в яркости, мы при этом не воспри­ нимаем различий в цвете).

Чехословацкий ученый Пуркинье установил, что максимум чув­

дневном зрении, цвета же синей части спектра, напротив, относи­ тельно более светлы.

Например, днем красный флаг воспринимается контрастнее синего, в сумерки же имеет место обратное.

7

§ 2. ТЕОРИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ВИДИМОСТИ

Современная теория дальности видимости объектов исходит из понятия о контрасте яркости* между объектом и фоном. Пусть объект, имеющий яркость В0, проектируется на фон, имеющий яр­

Теорию видимости обычно сводят к расчету контраста яркости между объектом и фоном. При этом предполагается, что объект становится неразличим для зрения, если отличие его яркости от яркости фона становится меньше определенного числа е, называе­ мого порогом различительной или контрастной чувствительности зрения.

Пороги контрастной чувствительности бывают следующими: порог обнаружения контраста, порог исчезновения контраста и порог узнавания.

Порог обнаружения еобн характеризует минимально различи­ мый пороговый контраст яркостей, когда яркости объекта и фона близки между собой, но глаз все же замечает различие между ними.

Порог исчезновения еисч характеризует неразличимый порого­

вый контраст, при котором яркости объекта и фона настолько близки между собой, что глаз не замечает различия между ними.

Величины еобн и еисч определяются чувствительностью глаза к

восприятию данного порогового контраста при данных условиях наблюдения.

Порогу узнавания гузн соответствует такая минимальная раз­

ность в яркостях между объектом и фоном, которая позволяет опо­ знать объект (т. е. узнается форма или его детализированная структура).

Порог узнавания по своему смыслу весьма условен и целиком определяется характером поставленной задачи. Исследование по­ роговых восприятий показало, что числовое значение одного и то­ го же порога существенно зависит от того, известно ли наблюдате­ лю, где расположен объект. Поэтому различают пороги контраст­ ной чувствительности при фиксированном наблюдении (направле­

* Яркость есть отношение силы, света в данном направлении к проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную этому направлению. Это важная фотометрическая величина, поскольку зрительное ощущение опре­ деляется яркостью поверхности и не зависит от расстояния до нее.

8

ние на объект точно известно) и при нефиксированном наблюдении (направление известно неточно и объект ищут в пределах некото­ рого пространства).

При нефиксированном наблюдении следует указывать время, затраченное на поиск дели.

Численные значения порогов вобн, еисч, еузи, при фиксирован­ ном наблюдении следующее: еисч = 1,9 % , еоби = 2,5 , еузн = 3,5 %.

При нефиксированном наблюдении пороги контрастной чувстви­ тельности в интервале 15 секундного поиска цели для еобн и еисч отсутствуют, ву3н = 7%- Приведенные данные справедливы при

дневном освещении и угловых размерах объекта не менее 15'Х15'. В реальной атмосфере воспринимаемая яркость объекта зависит от расстояния между объектом и наблюдателем. При увеличении

этого расстояния темные объекты постепенно светлеют, а светлые темнеют. Это объясняется тем, что реальная атмосфера рассеи­ вает свет. Солнечные лучи пронизывают всю толщу воздуха, рас­ положенного между наблюдателем и удаленными предметами, и в этой толще рассеиваются. Часть рассеянного света попадает в наш глаз и воспринимается наблюдателем в виде так называемой атмосферной дымки (голубоватой пелены, покрывающей удален­ ные объекты), под действием которой далекие части ландшафта кажутся как бы подернутыми легкой сероватой вуалью (зеленый лес, например, кажется издали не зеленым, а голубоватым, да­ лекая темная гора—светло-голубой или светло-серой и т. д.).

Для решения задачи по определению дальности видимости объектов в атмосфере необходимо знать, но какому закону изме­ няется наблюдаемый контраст далекого объекта под воздействием вуалирующего эффекта атмосферной дымки. Для этого нужно

прежде всего установить закономерность изменения яркости

слоя атмосферной дымки по мере увеличения расстояния L меж­ ду объектом и наблюдателем. Эта закономерность описывается так называемым световоздушным уравнением [5]. На рис. 2 по­

нии всей своей длины слой L оптически однороден. Пусть на гра­ ницу L слоя падает световой поток данной плотности. На рассто­ янии х от границы А выделим элементарный слой dx. Яркость dfi' слоя dx будет пропорциональна освещенности* Е этого слоя и ин­

тенсивности рассеяния света р(0)

* Освещенностью принято называть плотность светового потока по освещае­ мой поверхности.

9