海上補給試驗測試與監控系統設計與實現

韓 旗

（海軍駐704所軍代表室， 上海 200031）

海上補給試驗測試與監控系統設計與實現

韓 旗

（海軍駐704所軍代表室， 上海 200031）

海上航行橫向補給為船舶編隊遠洋的重要關鍵技術之一，也影響著國家海洋安全戰略。建立海上補給試驗測試與監控系統，實現對補給設備運行的測試，有助于深入了解各設備的性能參數和運行特性，這對我國補給設備及系統的發展具有重大戰略意義。

海上補給；數據采集；試驗監控；軟件設置

0 引言

海上補給是利用各種補給設備在海上對船舶實施物資補充的海上航行作業活動。 由于海上航行船舶航程長，或海上航行和海上活動時間長，而船舶本身攜帶的燃料、淡水、食物和備件等給養有限，需要由專門的船舶進行補給[1-2]。通常是利用在海上航行和海上活動的船舶進行補給，供應其他船舶所需的各種補給品。

海上補給是可增大船舶的航行半徑，延長艦艇在海上的停留時間，減少船舶對岸地的直接依賴程度，提高遠航船舶的生存能力。

本系統用于新型補給裝置測試系統，主要監測系統中設備運行狀態、數據，提供可靠實驗分析數據和曲線，為分析補給設備、完善設計提供有力數據支持。

1 海上補給試驗系統

海上補給試驗系統是在陸地上模擬海上補給過程中，用于測試和驗證船舶補給裝置運行的可行性、安全性和可靠性的設備。

海上補給試驗系統包括 1#測試系統，2#測試系統(圖1)。1#測試系統分為干貨測試系統和液貨測試系統。其中干貨測試系統包括干貨數據采集系統和干貨視頻監控系統。液貨測試系統包括液貨數據采集系統和液貨視頻監控系統。2#測試系統分為雙作用站數據采集系統和雙作用站視頻監控系統。

圖1 海上補給試驗系統結構圖

數據采集系統由傳感器、測量模塊、總線數據采集器、網絡交換機和監控主機組成。其中傳感器包括壓力傳感器、拉線式位移傳感器、軸銷式拉力傳感器和增量式旋轉編碼器。監控系統由網絡攝像頭、視頻管理服務器、網絡視頻存儲服務器、網絡視頻解碼器和高清液晶顯示屏組成。

2 海上補給試驗數據采集系統設計

海上補給試驗數據采集系統完成補給系統運行狀態監測，監測數據分析功能，監測裝置運行狀態是否達到設計要求[3]。動態數據采集系統為分析系統提供可靠實驗分析數據。

傳感器內部的敏感元件在實現把補給試驗非電量信號轉換為微小的電量信號的功能，傳感器內部的放大器把這個微小的電量信號線性放大到 4mA～20mA的電流信號[4]。由于傳感器安裝的位置遠離控制室，如果把這個4mA～20 mA的模擬量電流信號直接傳送到控制室，較長的傳輸線就類似于天線，產生感應出較大幅值的干擾信號，測量信號精度無法保證。所以這個4mA～20mA的模擬量電流信號可就近傳送到模擬量數據采集器。

模擬量數據采集器先通過內部的模擬/數字量轉換器，把4mA～20mA的模擬量電流信號轉換成數字量信號。轉換成數字量信號后不論長距離傳輸還是多次復制都不會使信號失真了。然后模擬量數據采集器再把數字量信號上傳到CAN總線。以上工作原理如圖2所示。

圖2 海上補給數據采集工作原理

海上補給試驗數據系統的數據傳輸采用CAN總線傳輸的方式，CAN總線傳輸的物理載體是一根屏蔽雙絞線，但CAN總線的傳輸協議可使多路信號分時復用此根雙絞線[5]。CAN總線信號通過總線數據采集器轉換為以太網TCP/IP協議，經由網絡交換機上傳到監控主機(圖3)。

圖3 海上補給試驗數據采集系統結構

海上補給試驗數據采集系統的設計的技術要求和參數如下：

1)測試系統設計模擬量測量通道63個，頻率測量通道14個。

2)數據采集系統中數據采集模塊通道測量電壓、電流精度要求：±0.04%滿量程。

3)模塊工作溫度：-40℃~+85℃。

4)位移傳感器測量精度：±0.05%滿量程。

5)拉力傳感器測量精度：±0. 5%滿量程。

6)旋轉編碼器測量精度：±0. 36°。

7)壓力傳感器測量精度：±1%滿量程。

8)數據采集模塊每通道采樣率達到1000赫茲。

9)數據采集模塊通道測量范圍：電壓：±60V，電流：±100 mA。

10)流量傳感器測量精度：±1%滿量程。

11)采用分布式數據采集模塊。

12)測量數據同步。

3 海上補給試驗監控系統設計

視頻監控系統的網絡攝像頭安裝在現場，用于監視各絞車、液壓機組、高架索和貨物傳輸過程的狀態，視頻信號經過網絡攝像頭轉換為工業級以太網TCP/IP協議數據，安裝在測試控制臺的視頻管理服務器、硬盤錄像機、網絡視頻解碼器從以太網獲取數據。網絡視頻解碼器從網絡上獲取壓縮視頻數據流，將數字信號轉換還原為模擬信號，輸出到高清液晶屏[6]。

監視設備實現整個實驗場地的視頻信息監視、記錄、回放顯示等功能；網絡攝像頭實現現場視頻信號的數字量轉換并上傳到網絡；網絡視頻路由器實現視頻網絡信息交換和控制；視頻管理服務器負責中心配置視頻信息訪問管理權限；硬盤錄像機負責錄像數據存儲；顯示屏顯示圖像信息，如圖4所示。

圖4 視頻監控系統結構圖

海上補給試驗視頻監控系統的設計的技術要求和參數如下：

1)視頻監控系統16個攝像頭。

2)攝像頭每秒采集圖像24幀。

3)所有視頻存儲容量60 d。

4)圖像解析度：600TVL。

5)攝像頭網絡協議：TCP/IP，HTTP，SNMP，UDP，NTP。

6)攝像頭網絡接口：RJ-45，10M/100M Base-T自適應。

4 海上補給試驗系統軟件功能

海上補給試驗系統的數據采集系統軟件功能，操控軟件穩定可靠、淺顯易懂。傳感器信號即插即量，無需編程。中文人機界面友好，使用簡便、可靠性高，允許用戶手動設定和保存全部測量參數。同時可以進行自動實時分析和反饋，進行資料顯示、完成報告和數據存儲等。系統可設置和測試數據可同時保存在計算機內或者設備的存儲卡里面。數據采集系統無需計算機也可以自行上電開機運行。軟件可顯示多種數據曲線，顯示模式為：時間曲線、柱型顯示、數據顯示、三維顯示。對應于復雜的通道功能設定，可實現不同通道的相同設置一次設定。對于不經常使用的通道設定功能可以設置為隱藏，使設定界面更簡潔。

數據采集系統可同時存儲 512路模擬量信號和數字量信號，信號(通道)采樣率：1kHz，軟件啟動時間 2s；同時可顯示所有數據曲線，同時存儲采集數據。

可執行程序不需要編譯環境，分為測量功能設定模塊、運行控制模塊、數據顯示模塊、數據存儲模塊。

功能設定模塊主要完成測量通道測量范圍設定、測量通道采樣率設定、定義通道名稱、線性轉換斜率設定、定義測量物理量單位等功能。運行控制模塊實現采集過程開始、停止功能，同時具有試驗配置信息管理功能。數據顯示模塊主要功能顯示采集數據。包括設定顯示模式、設定顯示窗體數、數據特征獲取功能。顯示模式包括時間曲線、數字顯示、三維顯示和柱狀圖顯示等。數據特征獲取功能包括數據間隔時間、斜率和幅值等。數據存儲模塊功能包括：設定數據傳輸緩沖區大小、數據存儲物理位置、數據存儲格式和數據存儲目錄位置等，如圖5所示。

圖5 軟件設置界面

5 結論

在海上補給試驗測試與監控系統的設計與實現中，設計與研制了補給設備的測試系統、監控系統。這有助于設計人員對于新型設備的性能參數，補給系統運行特性的深入分析和總結，對我國海上船舶航行中的橫向干貨和液貨補給系統的發展具有重要戰略意義。

[1] Atp 16(D)/MTP 16 (D)Replenishment at sea[M].American: Naval Warfarfare Publication, 2011.

[2] Underway Replenishment NWP 4-01.4 [M]. American:Naval Warfare Public, 1996.

[3] 孫 濤, 桂文彬, 俞志剛. 半潛式平臺定位系泊控制試驗系統設計與應用[J]. 船舶工程, 2012(2): 84-86.

[4] 俞志根. 傳感器與檢測技術[M]. 北京: 科學出版社,2007.

[5] 鄔寬明. CAN現場總線系統的設計與應用[M]. 北京:北京航空航天大學出版社, 2002.

[6] 張少軍. 網絡視頻監控系統[M]. 北京: 機械工業出版社, 2010.

運輸需求表現平淡 多條航線運力收縮

近日，中國出口集裝箱運輸市場總體需求表現平淡，為緩解市場供求矛盾，航商在多條航線上加大淡季運力收縮力度。分航線市場表現出現分化。11月15日，上海航運交易所發布的中國出口集裝箱綜合運價指數為1043.77點，較上周上漲3.0%。11月15日，上海出口集裝箱運價指數為1089.3歐洲航線，隨著傳統運輸淡季的逐步來臨，本周貨量延續月初以來的低迷態勢，盡管船公司采取了較大規模的運力收縮措施，但供大于求的狀態仍有所加劇，船舶平均艙位利用率下降至九成左右。多數船公司為攬取貨源加深了跌價幅度，部分航次最低運價降至1000美元/TEU左右。11月15日，上海出口至歐洲基本港市場運價（海運及海運附加費）為1213美元/TEU，較上周下跌8.1%。地中海航線，傳統淡季貨量明顯下降，部分船公司以并班、撤線的方式削減運力，但供求關系總體未見明顯向好，船舶平均艙位利用率下滑至85%左右，部分航次裝載甚至不足八成。多數航次訂艙價格繼續下跌。11月15日，上海出口至地中海基本港市場運價（海運及海運附加費）為1308美元/TEU，較上周下跌5.4%。業內人士表示，鑒于近期歐洲、地中海航線運價持續下滑，航商有意推出新一輪的漲價計劃，據悉，部分航商已經宣布將于12月15日再度調漲，幅度在750美元/TEU左右。

北美航線，盡管正值淡季，但受本月下半月漲價消息影響，運輸需求穩中有升。加上船公司“冬季停航計劃”效果較為顯著，多數航次船舶艙位利用率基本保持在九成以上，部分航次裝載率超過95%。鑒于市場基本面表現尚可，船公司陸續開始執行本輪的漲價計劃，本周多數航次訂艙價格出現上調。11月15日，上海出口至美西、美東基本港市場運價（海運及海運附加費）分別為1885美元/FEU、3184美元/FEU，分別較上周上漲9.7%、3.4%。

澳新航線，圣誕貨出運已基本告罄，運輸需求逐步顯現出疲軟跡象，但得益于亞澳運價協定組織（AADA）較大力度的運力削減計劃，船舶平均艙位利用率保持在95%以上，部分航次接近滿艙。本周多數航次訂艙價格出現上調，漲幅在50～200美元/TEU不等。11月15日，上海出口至澳新基本港市場運價（海運及海運附加費）為1093美元/TEU，較上周上漲10.5%。

波紅航線，本周貨量表現平淡。波斯灣航線船舶平均艙位利用率下滑至90%左右，市場平均運價跌幅超過100美元/TEU；紅海航線由于運力收縮幅度相對較小，船舶平均艙位利用率下滑至85%左右，市場平均運價跌幅約為50美元/TEU。11月15日，中國出口至波紅航線運價指數為909.39點，較上周下跌1.3%。

南美航線，本周貨量穩中有升，加上近期陸續有船公司開始實施運力控制措施，供求關系有所改善，南美東航線船舶平均艙位利用率上升至95%左右，市場運價持續上升，南美西航線裝載率也維持在九成以上，市場運價基本穩定。11月15日，中國出口至南美航線運價指數為704.61點，較上周上漲10.3%。

日本航線，本周貨量基本穩定，上海港船舶平均艙位利用率保持在80%左右，市場運價小幅上升。11月15日，中國出口至日本航線運價指數為820.48點，較上周上漲0.3%。

Design and Realization of Testing System and Monitor System Replenishment at Sea

HAN Qi
(Navy Representative Office Stationed at No. 704 Research Institute, Shanghai 200031, China)

Replenishment at sea is the important technology of ocean ships, which can affect the sea safety strategy. The paper establishes the test system and the monitor system of replenishment at sea, which can realize the test and monitor of replenishment equipments. It can help engineer understand the performance parameters and the work characteristic deeply. The equipment development of replenishment at sea has great strategic significance for China.

replenishment at sea; data collection; experimentation monitor; software setting

U665.13

A

韓旗（1970-），高級工程師，研究方向為船舶機電設備的電氣自動化控制。