СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОЙ ПОЛОСЫ СВЕТОВОГО ПОТОКА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЙ МАКСИМАЛЬНО ВОЗМОЖНУЮ ДАЛЬНОСТЬ ВИДИМОСТИ ПРИ ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ МЕТЕОУСЛОВИЯХ, ОТВЕЧАЮЩЕЙ ОСОБЕННОСТЯМ ЗРЕНИЯ ДАННОГО НАБЛЮДАТЕЛЯ
METHOD AND DEVICE FOR SELECTION OF OPTIMAL BAND OF LIGHT FLOW, ENSURING MAXIMALLY POSSIBLE VISIBILITY RANGE, UNDER CHANGING UNFAVOURABLE METEOROLOGICAL CONDITIONS, CORRESPONDING TO PECULIARITIES OF VISION OF GIVEN OBSERVER

Изобретение относится к осветительной технике, применяемой при передвижении транспортных средств в условиях ограниченной видимости, учитывающей особенности зрения человека при неблагоприятных погодных условиях - туман, темное время суток в непогоду, дождь, задымленность и т.п., когда преобладает сумеречное зрение или при переходе от дневного к сумеречному.
"В России ежегодно гибнет в ДТП порядка 35 тыс. человек. Из года в год происходит более 200 тыс.ДТП, в которых погибают и страдают люди. Принята Федеральная целевая программа "Повышение безопасности дорожного движения", рассчитанная на 7 лет - до 2012 года. Ее цель - сократить число погибших в полтора раза. /т.е. программа предусматривает гибель "дорогих россиян" после 2012 г. ежегодно не более 23,3 тыс. человек /22 сент. 2006 г. Президент Путин поручил своим Указом принять неотложные меры по этому вопросу" /см. "Аргументы и факты", №650, 15.10.06, статья Т.Кузнецовой "Как победить ухабы, пробки и аварии"/.
11.09.06 на междугородной трассе в Краснодарском крае столкнулись около 50 автомобилей в условиях тумана. Погибли десятки человек.
Ранее самолет армянских авиалинии упал в море - не смог из-за тумана приземлиться в а/п Адлера.
Туманы характерны для всей территории России, а также для всех государств Средней Азии. Это обстоятельство присуще и всем странам, лежащим выше 30°+40° с.ш. и ю.ш.
Аналогичные аварии происходят во многих странах мира. Предлагаемый способ и устройства для его реализации позволят значительно предотвратить ДТП в условиях ограниченной видимости. Существенная причина ДТП, которая может быть устранена, - несоответствие физических способностей - зрения - каждого участника движения и технических возможностей осветительной техники, применяемой в условиях ограниченной видимости, когда преобладает сумеречное зрение или происходит переход - от дневного к сумеречному, т.е. имеет место техническая недоработка.
В качестве прототипа может быть назван способ улучшения видимости пути передвижения транспортных средств в условиях ограниченной видимости, применяемый в настоящее время, заключающийся в том, что зрение водителя, машиниста, пилота и т.д. исследуют, применяя испытательную таблицу, освещаемую лампой накаливания, излучающую широкополосный спектр, и при соответствии зрения принятой норме выдают справку о допуске к управлению транспортным средством. Особенности сумеречного зрения и переход от дневного зрения к сумеречному при этом не исследуются. На транспортных средствах устанавливаются дополнительные источники излучения, оснащенные желтыми светофильтрами, пропускающими световые потоки вблизи волны 5550 Å в диапазоне желтой видимой части спектра, соответствующей максимальной чувствительности глаз человека с нормальным зрением - при дневном зрении. А взлетно-посадочные полосы освещают при взлете и посадке самолетов прожекторами, в которых установлена электродуга, выдающая широкополосный спектр. Основные недостатки существующего способа:
- не учитываются особенности функционирования глаз человека при сумеречном зрении и при переходе от дневного к сумеречному;
- отсутствует методика и устройство для определения особенностей зрения испытуемых при переходе от дневного к сумеречному и при сумеречном зрении;
- неэффективность применения желтых светофильтров как для участников движения с отклонениями зрения от нормы, так и для тех, у кого этих отклонений нет - при переходе от дневного зрения к сумеречному и при сумеречном зрении, когда имеется различная водность /плотность/ тумана, изменяющаяся по пути передвижения, поскольку такие светофильтры пропускают световые потоки с длинами волн, лежащими вблизи 5550 Å, что соответствует максимальной видности /чувствительности/ глаз среднестатистического человека при дневном зрении.
Для простоты понимания предлагаемого способа и устройств его реализации рассмотрим некоторые особенности зрения человека, соответствие применяемых источников излучения /светофильтров/ при неблагоприятных метеоусловиях, т.е. когда преобладает "сумеречное" зрение, а также переход от дневного к сумеречному зрению и вопрос прохождения световых потоков с различными длинами волн сквозь туман.
"Сетчатка - самая важная часть глаза. Она играет роль чувствительного к световому раздражению экрана, на котором оптический аппарат глаза дает изображение внешнего мира. Сетчатка состоит из нескольких слоев, самым глубоким из которых является слой палочек и колбочек.
Палочки сетчатки являются носителями так называемого сумеречного зрения и служат для получения только ахроматических впечатлений /все серые цвета вместе с белым и черным/. Колбочки - носители дневного или цветного зрения и служат для получения ощущений хроматических цветов /все цвета солнечного спектра/. Палочки более чувствительны к световым радражителям, чем колбочки. Лица, страдающие врожденной полной цветовой слепотой, могут различать цвета только по светлости, подобно тому, как это имеет место при сумеречном зрении." /см. Ф.И.Хасхачих. "О познаваемости мира". Госполитиздат, М., 1950, с.18/.
Отметим, что число колбочек не превышает 10 млн., а палочек - 150 млн. "Каждая палочка может реагировать на один фотон" /см., Б.М.Яворский, Ю.А.Селезнев, "Справочное руководство по физике", Наука, М., 1984, с.243/.
Обычно при дневном освещении глаз наиболее чувствителен к свету с длиной волны 5550 Å - желтый цвет; отношение мощности излучения с длиной волны, которое вызывает такое же зрительное ощущение, что и излучение с длиной волны 5550 Å, называется относительной чувствительностью глаза или относительной видностью Kλ. Графическая зависимость Кλ от λ называется кривой видности. Максимальную чувствительность при сумеречном зрении имеет глаз к длинам волн около 5070 Å - зелено-голубой участок спектра. При дневном зрении 1 Вт лучистой энергии с длиной 5070 Å соответствует световому потоку 1745 люменов" /см. Н.И.Кошкин, М.Г.Ширкевич. "Справочник по элементарной физике", "Наука", М., 1976, с.184/.
Таким образом, чувствительность глаза человека при сумеречном зрении выше, чем при дневном, более чем в 2,5 раза.
Необходимо учесть, что переход от дневного зрения к сумеречному при смене дня и ночи, а также погодных условий, происходит постепенно и постепенно меняются функции колбочек и палочек. При неблагоприятных метеоусловиях - туман, дождь, задымленность и т.п. этот переход может произойти быстро - в зависимости, например, от величины водности /плотности/ тумана.
Основное требование, которое должно быть предъявлено к источникам излучения, освещающим путь передвижения транспортных средств, - соответствие полосы излучаемых световых потоков максимальной чувствительности глаз каждого участника движения, в том числе и с отклонениями зрения от нормы, при сумеречном зрении. В настоящее время осветительные устройства, освещающие пути передвижения транспортных средств, не соответствуют этому требованию.
Так, в частности, фары автомобилей оборудуют желтыми светофильтрами для улучшения видимости ночью и при неблагоприятных метеоусловиях. В таких случаях преобладает сумеречное зрение. Обратившись к таблице 1 и графикам относительной видности /максимальной чувствительности глаза/ /см. Н.И.Кошкин, М.Г.Ширкевич, с.203/, можно видеть, что максимальная чувствительность глаза смещается в сторону зелено-голубого участка спектра. Кроме того, из таблицы 2 /см. А.Х.Хргиан. "Физика атмосферы", Физматиздат, с.123, M., 1958/ видно, что поглощение световых потоков в оранжево-желтой части спектра может достигать порядка 90%, в то время как в зелено-голубой-синей не превышает 50%. Для удобства графики поглощения лучей с различными длинами волн и графики относительной видности максимальной чувствительности глаза совмещены на Фиг.3. Таким образом, может быть сделан вывод - выбор желтого светофильтра, т.е. светового потока вблизи волны 5550 Å, для движения в условиях ограниченной видимости нерационален.
Следует отметить "научный опор" между Правительством РФ и владельцами авто, у которых поворотники имеют красный цвет. Правительство пыталось запретить их эксплуатацию, обязав заменить поворотники на желтые. Однако из вышеизложенного совершенно очевидно, что неправы и те, и другие, т.к. в условиях сумеречного зрения целесообразно использовать для этой цели зелено-голубой участок спектра, тем более, что поглощение в этой части спектра меньше, чем в других участках /см. Фиг.3/, а чувствительность глаза - максимальна.
Разумеется, в каждом конкретном случае при меняющихся погодных условиях, для каждого участника движения, в том числе и с отклонениями зрения от нормы, должна быть обеспечена возможность выбора соответствующей части спектра, дающая наилучшую видимость пути передвижения, порядок применения предлагаемого способа и устройств выбора полосы светового потока, обеспечивающего максимально возможную дальность видимости при неблагоприятных метеоусловиях, отвечающего особенностям зрения данного наблюдателя.
Длины световых волн, при которых глаз человека наиболее чувствителен, различны для разных людей. Различно и поглощение световых потоков в зависимости от длин волн и плотности (водности) тумана, в чем нетрудно убедиться к приведенным таблицам и графикам (фиг.1, фиг.3).
Из вышеизложенного очевидно то, чтобы обеспечить наблюдателю максимально возможную дальность видимости в условиях тумана, необходимо определить длину световой волны, при которой чувствительность глаз испытуемого максимальна, поглощение светового потока - минимально и рекомендовать ему полосу, освещающую путь передвижения, лежащую вблизи длины световой волны.
Для решения этой задачи предлагается устройство - имитатор тумана - в виде герметичной камеры с одной прозрачной стенкой, содержащей тест-объекты, оснащенной набором источников излучения с узкими световыми потоками с различными светофильтрами, заполняемой паром различной плотности, при выполнении исследования меняют световые потоки и плотность тумана. Через прозрачную стенку испытуемый рассматривает объекты наблюдения при установке сменных светофильтров на источник, в результате чего определяется узкий участок спектра (полоса светового потока), в котором находится максимальная чувствительность его глаз. Для определения максимальной чувствительности строят кривые относительной видности испытуемого, с учетом которых определяют длину световой волны, где чувствительность глаз испытуемого максимальна при различных имитируемых погодных условиях. Определенная оптимальная полоса светового потока включает излучение с длиной волны в несколько десятков ангстрем.
Для унификации процесса подбора и рекомендации наиболее подходящей полосы светового потока наблюдателю для движения в условиях ограниченной видимости часть спектра (оптимальная полоса светового потока), в которой чувствительность глаз испытуемых максимальна при сумеречном зрении, делится на несколько участков, каждый участок нумеруют и номер того участка, в котором максимальная чувствительность глаз испытуемого при сумеречном зрении, указывают в медицинской справке, документе на право управления транспортным средством, а на последнем, принадлежащим данному участнику движения, устанавливают светофильтр с таким же номером.
В случае, когда транспортным средством могут управлять разные лица, на нем устанавливают все номера светофильтров в виде кассет, либо устанавливают рулонный светофильтр с переменной по длине пропускной способностью.
При посадке и взлете летательного аппарата пилот сообщает свой номер участка максимальной чувствительности глаз при сумеречном зрении и на прожекторах, освещающих взлетно-посадочную полосу, устанавливают светофильтры с требуемым номером.
Кроме того, учитывая, что красный свет, излучаемый маяками, практически полностью поглощается туманом, а чувствительность глаз к этой части светового потока минимальна, то целесообразно оснащать маяки широкополосными источниками излучения и светофильтрами с различной пропускной способностью и периодически менять или их или излучаемый маяками цвет, тем самым позволяя видеть маяки наблюдателям с различными особенностями зрения и при меньшем поглощении некоторых участков спектра туманом.