灯台
灯台は、ランプとレンズのシステムから光を放射し、海上または内陸水路で の海上パイロットの航行援助のビーコンとして機能するように設計されたタワー、建物、またはその他のタイプの構造物です。
灯台は、危険な海岸線、危険な浅瀬、サンゴ礁、岩、そして港への安全な入り口を示しています。また、航空航法にも役立ちます。かつて広く使用されていた灯台の数は、メンテナンスの費用のために減少し、はるかに安価で、より洗練された、効果的な電子航海システムの出現以来、不経済になりました。
歴史
古代の灯台
明確に定義された港が開発される前は、船員は丘の上に建てられた火事に導かれていました。火を上げると視界が良くなるので、火をプラットホームに置くことが灯台の開発につながる習慣になりました。[1]古代では、灯台は、多くの現代の灯台とは異なり、サンゴ礁や岬の警告信号としてではなく、港への入り口のマーカーとして機能していました。古代からの最も有名な灯台の構造は、エジプトのアレクサンドリアのファロスでした。これは、西暦956年から1323年の一連の地震の後に崩壊しました。
スペインのアコルーニャにある無傷のヘラクレスの塔は、古代の灯台の建設についての洞察を与えてくれます。灯台に関する他の証拠は、コインやモザイクの描写に存在し、その多くはオスティアの灯台を表しています。シリアのアレクサンドリア、オスティア、ラオデシアのコインも存在します。
近代建築
灯台の近代は18世紀の変わり目に始まりました。大西洋を横断する商取引のレベルがはるかに高かったため、建設中の灯台の数が大幅に増加したためです。構造工学の進歩と新しく効率的な照明器具により、海にさらされる灯台を含む、より大きく、より強力な灯台を作ることができました。灯台の機能は、港の表示から、岩やサンゴ礁などの輸送上の危険に対する目に見える警告の提供に徐々に変更されました。
エディストーンロックスは、イギリス海峡を航行する船員にとって大きな難破船の危険でした。[2]そこに建てられた最初の灯台は八角形の木造で、岩に固定された12本の鉄の支柱で固定され、1696年から1698年にヘンリーウィンスタンリーによって建てられました。彼の灯台は世界で最初に完全に露出した塔でした。外洋。[3]
土木技師 のジョン・スミートンは、1756年から1759年に灯台を再建しました。[4]彼の塔は灯台の設計において大きな前進を示し、1877年まで使用され続けました。彼は花崗岩のブロックを使用して、樫の木の灯台の形状をモデル化しました。彼は、ローマ人が使用する水中に沈むコンクリートの一種である「水硬性石灰」を再発見して使用し、蟻継ぎと大理石のダボを使用して花崗岩のブロックを固定する技術を開発しました。[5]アリ溝機能は構造安定性を改善するのに役立ちました、しかしスミートンは塔の厚さを上に向かって先細にする必要がありましたが、そのために彼は緩やかな勾配で塔を内側に湾曲させました。このプロファイルには、波のエネルギーの一部が壁との衝突時に散逸することを可能にするという追加の利点がありました。彼の灯台は現代の灯台のプロトタイプであり、その後のすべてのエンジニアに影響を与えました。[6]
そのような影響の1つは、灯台の設計と建設の開発において独創的な人物であるロバート・スティーブンソンでした。[7]彼の最大の功績は、 1810年にベルロック灯台を建設したことでした。これは、この時代の工学の最も印象的な偉業の1つです。[要出典]この構造はSmeatonの設計に基づいていますが、赤と白を交互に繰り返す回転ライトの組み込みなど、いくつかの改善された機能があります。[8]スティーブンソンはノーザン灯台委員会で50年近く働いた[7]。その間、彼は多数の灯台の建設とその後の改良を設計し、監督しました。彼は、光源の選択、取り付け、反射板の設計、フレネルレンズの使用、灯台に船員が識別できるようにする個別の署名を提供する回転および型枠システムを革新しました。彼はまた、灯台建設に必要な部品として可動ジブとバランスクレーンを発明しました。
アレクサンダーミッチェルは最初のスクリューパイル灯台を設計しました。彼の灯台は、砂浜または泥だらけの海底にねじ込まれたパイルの上に建てられました。彼の設計の建設はテムズ川の河口で1838年に始まり、マプリンサンド灯台として知られており、1841年に最初に点灯しました。点灯(1840年)。[9]
照明の改善
1782年まで、照明の源は一般的に薪の薪または燃えている石炭でした。スイスの科学者アミ・アルガンによって1782年に発明されたアルガン灯は、その安定した無煙炎で灯台の照明に革命をもたらしました。初期のモデルは、芯の周りに時々着色されたすりガラスを使用していました。後のモデルでは、炎の上に吊るされた二酸化トリウムのマントルを使用して、明るく安定した光を作り出しました。[10]アルガンランプは、鯨油、コルザ、オリーブ油[11]またはその他の植物油を燃料として使用し、重力供給によって供給されました。バーナーの上に取り付けられた貯水池から。このランプは、1784年にアルガンと共同でマシューボールトンによって最初に製造され、1世紀以上にわたって灯台の標準となりました。[12]
サウスフォアランド灯台は、1875年に電灯を使用することに成功した最初の塔でした。灯台のカーボンアークランプは、蒸気駆動の磁気によって駆動されていました。[13] ジョン・リチャードソン・ウィガムは、灯台のガス照明用のシステムを最初に開発しました。ダブリン近くのベイリー灯台にある彼の改良されたガス「クロッカス」バーナーは、当時知られている最も輝かしい光よりも13倍強力でした。[14]

気化したオイルバーナーは、1901年にArthur Kitsonによって発明され、TrinityHouseのDavidHoodによって改良されました。燃料は高圧で気化され、燃焼してマントルを加熱し、従来のオイルライトの6倍以上の光度を出力しました。光源としてのガスの使用は、スウェーデンのエンジニアGustafDalénによるDalénライトの発明によって広く利用可能になりました。彼は、基質であるアガマサン(Aga)を使用してガスを吸収し、ガスを安全に保管して使用できるようにしました。Dalénはまた、「サンバルブ」を発明しました。これは、日中は自動的にライトを調整し、オフにします。[必要な引用]1900年代から1960年代にかけて、電灯が主流になった灯台では、この技術が主な光源でした。[15]
光学システム
アルガンランプの安定した照明の開発により、光強度を増加させて焦点を合わせるための光学レンズの適用が実用的な可能性になりました。William Hutchinsonは、1763年に、反射光学システムとして知られる最初の実用的な光学システムを開発しました。[要出典]この基本的なシステムは、放出された光を効果的にコリメートして集中ビームにし、それによって光の視認性を大幅に向上させます。[16]光の焦点を合わせる能力は、最初の回転灯台ビームにつながり、そこで光は一連の断続的な閃光として船員に見えました。また、フラッシュを使用して複雑な信号を送信することも可能になりました。
フランスの物理学者でエンジニアのオーギュスタンジャンフレネルは、灯台で使用するためのマルチパートフレネルレンズを開発しました。彼の設計は、従来の設計のレンズに必要とされる材料の質量と体積なしに、大口径で焦点距離の短いレンズの構築を可能にしました。フレネルレンズは、同等の従来のレンズよりもはるかに薄くすることができ、場合によっては平らなシートの形をとります。フレネルレンズは、光源からより多くの斜めの光を取り込むこともできるため、フレネルレンズを備えた灯台からの光をより遠くまで見ることができます。
最初のフレネルレンズは、1823年にジロンド河口のコルドゥアン灯台で使用されました。その光は20マイル(32 km)以上離れたところから見ることができました。[17]フレネルの発明は、灯台ランプ の光度を4倍に高め、彼のシステムは今でも一般的に使用されています。
現代の灯台
電化と自動ランプチェンジャーの導入により、灯台守は時代遅れになり始めました。灯台守が必要に応じて救助隊として役立つことができたという理由もあり、何年もの間、灯台にはまだ番人がいました。GPSなどの衛星航法システムなどの海上航行と安全性の向上により、世界中の自動化されていない灯台が段階的に廃止されました。[18]カナダでは、この傾向は止まっており、まだ50のスタッフがいるライトステーションがあり、西海岸だけで27があります。[19]
残りの現代の灯台は通常、鋼鉄の骨組みの塔に取り付けられた太陽電池で動く単一の静止した点滅灯によって照らされています。[20]電力要件が太陽光発電に対して大きすぎる場合、ディーゼル発電機によるサイクル充電が使用されます。燃料を節約し、メンテナンス間の期間を長くするために、ライトはバッテリー駆動であり、ジェネレーターはバッテリーが必要な場合にのみ使用されます。充電済み。[21]
有名な灯台ビルダー
ジョン・スミートンは、3番目で最も有名なエディストン灯台を設計したことで注目に値しますが、複数の灯台を建設する作業でよく知られているビルダーもいます。スティーブンソン家(ロバート、アラン、デビッド、トーマス、デビッドアラン、チャールズ)は、スコットランドに3世代の職業を築く灯台を作りました。 リチャード・ヘンリー・ブラントンは、明治時代に26の日本の灯台を設計、建設しました。この灯台は、ブラントンの「子供たち」として知られるようになりました。[22]盲目のアイルランド人アレクサンダーミッチェル多数のスクリューパイル灯台を発明し、建設しました。イギリス人のジェームズ・ダグラスは、4番目のエディストン灯台での彼の仕事のために騎士になりました。[23]
アメリカ陸軍工兵隊のジョージ・ミード中尉は、ゲティスバーグの戦いで勝利した将軍として広く知られる前に、大西洋岸と湾岸に沿って多数の灯台を建設しました。アトランタの包囲戦でウィリアム・シャーマン将軍のエンジニアであるオーランド・M・ポー大佐は、米国五大湖の最も困難な場所に最もエキゾチックな灯台のいくつかを設計および建設しました。[24]
フランスの商人海軍将校マリウスミシェルパシャは、クリミア戦争(1853〜1856)後の20年間に、オスマン帝国の海岸沿いにほぼ100の灯台を建設しました。[25]
テクノロジー
灯台では、光源は「ランプ」(電気または石油燃料)と呼ばれ、必要に応じて「レンズ」または「光学」によって光が集中されます。20〜21世紀の灯台の電源はさまざまです。
パワー
もともとは直火とその後のキャンドルで照らされていましたが、18世紀後半に アルガンド中空芯ランプと放物面反射鏡が導入されました。
鯨油はまた、光源として芯とともに使用されました。灯油は1870年代に普及し、20世紀の変わり目に電気と炭化物(アセチレンガス)が灯油に取って代わり始めました。[20]カーバイドは、夜になると自動的にランプを点灯し、夜明けに消灯する ダレンライトによって促進されました。
冷戦の間、多くの遠隔のソビエト灯台は放射性同位元素熱電発電機(RTG)によって動力を与えられました。これらには、昼夜を問わず電力を供給するという利点があり、給油やメンテナンスは必要ありませんでした。しかし、ソビエト連邦の崩壊後、これらすべての灯台の場所や状態の公式記録はありません。[26]時間が経つにつれて、彼らの状態は悪化している。多くの人が破壊行為や金属くず泥棒の犠牲になり、危険な放射性物質に気付いていない可能性があります。[27]
エネルギー効率の高いLEDライトは、バックアップ用のディーゼル発電機の代わりにバッテリーを使用して、ソーラーパネルから電力を供給できます。[28]
光源
多くのフレネルレンズの設置は、メンテナンスの必要が少ない 回転式エアロビーコンに置き換えられています。
現代の自動灯台では、回転レンズのシステムは、多くの場合、短い全方向性のフラッシュを放射する高輝度の光に置き換えられ、方向ではなく時間に光を集中させます。これらのライトは、航空機に背の高い構造物を警告するために使用される障害物ライトに似ています。その後の革新は「ベガライト」であり、発光ダイオード(LED)パネルを使った実験でした。[20]
2020年までに、エネルギー消費量が少なくメンテナンスが容易なLEDライトが普及しました。英国とアイルランドでは、灯台の約3分の1がフィラメント光源からLEDに変換され、変換は1つあたり約3つ継続されました。年。光源は、従来の光の色と特徴を可能な限り再現するように設計されています。この変更は、この地域の人々には気付かれないことがよくありますが、提案された変更により、場合によっては回転ビームなど、従来の光を維持するよう求められることもあります。伝統的な19世紀のフレネルレンズエンクロージャーに適合するように設計された典型的なLEDシステムは、トリニティハウスと他の2つの灯台当局によって開発され、費用は約€です。サプライヤによると、構成に応じて20,000。それは熱を放散するために大きなひれを持っています。LED光源の寿命は、フィラメント光源の約1,000時間と比較して、50,000〜100,000時間です。[28]
レーザー光
空に「光の線」を提供するための高出力での、または低出力を利用した船員向けのレーザー光の実験的設置により、設置と保守の複雑さが増し、高電力要件の問題が特定されました。クイーンズランド州のポイントデンジャー灯台での1971年の最初の実用的な設置は、ビームが狭すぎて見にくいため、4年後に従来のライトに置き換えられました。[29] [30]
灯質
これらの設計のいずれにおいても、観察者は、連続的な弱い光を見るのではなく、短い時間間隔の間に明るい光を見る。これらの明るい光の瞬間は、灯台に固有の光の特徴またはパターンを作成するために配置されます。[31]たとえば、スケベニンゲン灯台の点滅は交互に2.5秒と7.5秒です。一部のライトには、安全な水域と危険な浅瀬を区別するために、特定の色のセクター(通常はランタンの色付きのペインによって形成されます)があります。現代の灯台には、多くの場合、独自の反射板またはレーダートランスポンダーがあるため、光のレーダー署名も独自のものです。
レンズ
現代のストロボライトの前は、レンズは連続光源からの光を集中させるために使用されていました。ランプの垂直光線は水平面に向け直され、水平方向に光は一度に1つまたはいくつかの方向に集束され、光線が掃引されます。その結果、光ビームの側面を見ることに加えて、光はより遠くから直接見ることができ、識別光の特性を備えています。
この光の集中は、回転レンズアセンブリで実現されます。初期の灯台では、光源は灯油ランプ、または以前は動物油または植物油のアルガン灯であり、レンズは灯台の番人が巻いた重量駆動の時計仕掛けのアセンブリによって回転し、時には2時間ごとに回転していました。レンズアセンブリは、摩擦を減らすために液体水銀に浮かぶことがありました。より近代的な灯台では、一般的にディーゼル発電機を動力源とする電灯とモータードライブが使用されていました。これらはまた、灯台守に電力を供給しました。[20]
大きな全方向性光源からの光を効率的に集中させるには、非常に大きな直径のレンズが必要です。従来のレンズを使用した場合、これには非常に厚くて重いレンズが必要になります。フレネルレンズ( / f reɪˈnɛl /と発音)は、当時の放物面反射鏡で焦点を合わせた20%に対して、ランプの光の85%に焦点を合わせました。 その設計により、従来のレンズ設計の材料の重量と体積を使用せずに、大きなサイズと短い焦点距離のレンズを構築することができました。[32]
フレネル灯台レンズは、屈折力の尺度である次数でランク付けされており、1次レンズが最も大きく、最も強力で、高価です。そして6次レンズが最小です。順序はレンズの焦点距離に基づいています。一次レンズの焦点距離が最も長く、6番目のレンズが最も短くなります。沿岸灯台は一般に1次、2次、または3次レンズを使用しますが、港湾灯台とビーコンは4次、5次、または6次レンズを使用します。[33]
ニューファンドランドのケープレースやハワイのマカプウポイントにある灯台などの一部の灯台は、チャンス商会が製造したより強力な超放射フレネルレンズを使用していました。
構築
コンポーネント
灯台の建物は場所や目的によって異なりますが、共通の構成要素を持つ傾向があります。
ライトステーションは、灯台タワーと、キーパーの居住区、燃料ハウス、ボートハウス、霧信号ビルなどのすべての別棟で構成されています。灯台自体は、ライトが作動するランタンルームを支えるタワー構造で構成されています。
ランタンルームは、ランプとレンズを含む灯台タワーの上部にあるガラス張りのハウジングです。そのガラスのストームペインは、垂直または斜めに走る金属製の組子(グレージングバー)によって支えられています。ランタンルームの上部には、ランプの煙とガラスの筐体に蓄積された熱を取り除くように設計された防風ベンチレーターがあります。金属製のキューポラの屋根に接続された避雷針と接地システムは、落雷に対する安全な導管を提供します。
ランタンルームのすぐ下には、通常、燃料やその他の物資が保管され、飼育員が夜のランタンを準備し、しばしば時計を立てていた監視室またはサービスルームがあります。時計仕掛け(レンズを回転させるため)もそこにありました。灯台の塔では、ギャラリーと呼ばれるオープンプラットフォームが、監視室(メインギャラリーと呼ばれる)またはランタンルーム(ランタンギャラリー)の外に配置されることがよくあります。これは主にランタンルームの窓の外側を掃除するために使用されました。[34]
形状が似ている互いに近い灯台は、多くの場合、独特のパターンで描かれているため、日中は簡単に識別できます。これは、昼標と呼ばれるマークです。ハッテラス岬灯台の黒と白のバーバーポールスパイラルパターンはその一例です。カナダ西部のRaceRocks Lightは、地平線に対して目立つように水平方向の白黒の帯で描かれています。
デザイン
効果を上げるには、船員が危険にさらされる前にランプが見えるように十分に高くする必要があります。最小の高さは三角関数の式で計算されます ここで、Hはフィート単位の水面からの高さ、dは海里単位の地平線までの距離です。[35]
危険な浅瀬が平らな砂浜から遠く離れた場所にある場合、海を渡った後に上陸するナビゲーターを支援するために、典型的な背の高い石積みの沿岸灯台が建設されます。多くの場合、これらはケープメイライトなどの背の高い構造物への風の影響を減らすために円筒形です。このデザインの小さいバージョンは、ニューロンドンハーバーライトなど、港への入り口を示すハーバーライトとしてよく使用されます。
背の高い崖が存在する場合は、ホートンポイントライトなどの小さな構造物を上に配置できます。時々、そのような場所は高すぎる可能性があります。たとえば、米国の西海岸に沿って、頻繁に低い雲が光を遮る可能性があります。このような場合、灯台は崖の上に配置され、ポイントレイズ灯台のように、霧や低い雲の期間中も地表で灯台が見えるようにします。もう1つの例は、カリフォルニア州サンディエゴにあります。オールドポイントロマ灯台は高すぎて霧に覆われることが多かったため、1891年に下の灯台であるニューポイントロマ灯台に置き換えられました。[必要な引用]
技術が進歩するにつれて、プレハブの骨格鉄または鋼構造は、20世紀に建設された灯台に使用される傾向がありました。これらは多くの場合、 Finns Point RangeLightなどの開いた格子ワークブレースに囲まれた狭い円筒形のコアを持っています。
時々、灯台は水自体に建設される必要があります。波で洗われる灯台は、英国のエディストン灯台やカリフォルニアのセントジョージリーフライトなど、水の衝撃に耐えるように構築された石積みの構造物です。浅い湾では、スクリューパイル灯台の鉄工構造物が海底にねじ込まれ、トーマスポイントショール灯台などの開いたフレームワークの上に低い木造構造物が配置されます。スクリューパイルは氷によって破壊される可能性があるため、寒冷地では オリエントポイントライトなどの鋼製ケーソン灯台が使用されます。オリエントロングビーチバーライト(バグライト)は、氷害の恐れがあるためケーソンライトに変換されたスクリューパイルライトのブレンドです。[36]スクリューパイル基礎を備えた骨格鉄塔は、1852年のCarysfort Reef Lightを皮切りに、フロリダキーズ沿いのフロリダリーフに建設された。 [37]
従来の構造には深すぎる海域では、以前の灯台船コロンビアのような灯台の代わりに灯台船が使用される可能性があります。これらのほとんどは、現在、オフショア石油探査に使用されるものと同様の固定ライトプラットフォーム(アンブローズライトなど)に置き換えられています。[38]
レンジライト
陸上の2つの固定点を揃えることで、ナビゲーターは北米では範囲と呼ばれる位置線を、英国ではトランジットを使用できます。範囲を使用して、川などの狭い水路内で船舶を正確に位置合わせできます。一連の固定灯台で照らされた範囲のランドマークで、夜間のナビゲーションが可能です。
このようなペアの灯台は、北米ではレンジライトと呼ばれ、英国では導灯と呼ばれます。より近い光は、ビーコンまたはフロントレンジと呼ばれます。それ以上の光はリアレンジと呼ばれます。リアレンジライトは、ほとんどの場合、フロントよりも背が高くなっています。
船舶が正しい進路にある場合、2つのライトは垂直に整列しますが、観測者が位置がずれている場合、整列の違いは進路を修正するための進行方向を示します。
場所
灯台には、陸上にある灯台と沖合にある灯台の2種類があります。陸上灯台は、水ではなく、陸上の航行を支援するために建設された灯台です。歴史的に、それらは特徴のない風景と一般的な気象条件(例えば冬の霧)が旅行者を容易に混乱させて迷子にするかもしれない平地の地域に建設されました。そのような風景では、明るいランタンのある高い塔が何マイルも見える可能性があります。
そのような構造の一例は、リンカンシャー中部の荒野を横断する旅行者を助け、高速道路の人からの危険を減らすために建てられた18世紀の塔であるダンストンピラーです。19世紀を通じて輸送とナビゲーションが全般的に改善されたため、遠隔地の旅行者を支援するために、陸上灯台はほぼ完全に廃止されました。1940年、低空飛行のイギリス空軍の飛行機を保護するために、ダンストンピラーは40フィート切り詰められました。
オフショア灯台は、陸地に近くない灯台です。[39]これらの灯台が建設される理由はいくつかあります。陸地から数マイル離れたところ に、浅瀬、サンゴ礁、または水没した島が存在する可能性があります。
現在のコルドゥアン灯台は1611年に完成し、海岸から7 km(4.3マイル)の小さな小島にありますが、880年代にさかのぼることができる以前の灯台の上に建てられ、フランスで最も古い現存する灯台です。それは土手道によって本土に接続されています。現存する最古の海洋沖合灯台は、スコットランド沖の北海にあるベルロック灯台です。[40]
メンテナンス
英語圏の国
米国では、灯台は米国沿岸警備隊(USCG)によって維持されています。[41]
英国とアイルランドには3つの組織があります。イングランドとウェールズの海岸周辺の灯台はトリニティハウスによって、スコットランドとマン島周辺の灯台は北部灯台委員会によって、アイルランド周辺の灯台はアイルランド灯台局によって管理されています。
カナダでは、それらはカナダ沿岸警備隊によって管理されています。
オーストラリアでは、灯台はオーストラリア海洋安全局によって運営されています。
ソビエト連邦
ソビエト連邦は、遠隔地に放射性同位元素熱電発電機を動力源とする多数の自動灯台を建設しました。信頼性の高い外部支援なしで長期間稼働しました。[42]しかしながら、多くの設備が劣化したり、盗まれたり、破壊されたりした。記録管理が不十分なために見つからないものもあります。[43]
インド
インドでは、灯台は海運省の管轄下にある灯台および灯台総局によって維持されています。[44]
その他の国
保存
灯台が航行に不可欠でなくなるにつれて、灯台の歴史的建造物の多くは取り壊しや放置に直面しました。米国では、2000年の国家歴史灯台保存法により、灯台構造物を地方自治体や民間の非営利団体に譲渡することが規定されていますが、USCGはランプとレンズを引き続き維持しています。カナダでは、ノバスコシア灯台保護協会がサンブロー島灯台の遺産ステータスを獲得し、灯台を保護するためにカナダの連邦法を変更するために遺産灯台保護法を後援しました。[45]
世界灯台協会や米国灯台協会[46]や、アマチュア無線家を派遣して遠隔灯台の保存を宣伝するアマチュア無線灯台協会など、世界中の灯台を復元して保存するために結成された多くのグループがあります。世界。[47]
も参照してください
参考文献
- ノート
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- 参考文献
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外部リンク
- アメリカ合衆国の灯台
- 「奇妙なデザインの灯台、1930年12月、ポピュラーサイエンス
- ローレット、ラス。「灯台ディレクトリ」。ノースカロライナ大学チャペルヒル校。写真とリンクを使用して、世界中の14,700を超える灯台とナビゲーションライトの詳細を含む調査ツール。
- Pharology Webサイト:http ://www.pharology.eu 。世界の灯台の歴史と発展のための参考資料。
- ダグラス、WT; Gedye、NG(1911)。ブリタニカ百科事典。巻 16(第11版)。pp。627–651。54の図と写真が含まれています。 。