海上补给试验测试与监控系统设计与实现

韩 旗

（海军驻704所军代表室， 上海 200031）

海上补给试验测试与监控系统设计与实现

韩 旗

（海军驻704所军代表室， 上海 200031）

海上航行横向补给为船舶编队远洋的重要关键技术之一，也影响着国家海洋安全战略。建立海上补给试验测试与监控系统，实现对补给设备运行的测试，有助于深入了解各设备的性能参数和运行特性，这对我国补给设备及系统的发展具有重大战略意义。

海上补给；数据采集；试验监控；软件设置

0 引言

海上补给是利用各种补给设备在海上对船舶实施物资补充的海上航行作业活动。 由于海上航行船舶航程长，或海上航行和海上活动时间长，而船舶本身携带的燃料、淡水、食物和备件等给养有限，需要由专门的船舶进行补给[1-2]。通常是利用在海上航行和海上活动的船舶进行补给，供应其他船舶所需的各种补给品。

海上补给是可增大船舶的航行半径，延长舰艇在海上的停留时间，减少船舶对岸地的直接依赖程度，提高远航船舶的生存能力。

本系统用于新型补给装置测试系统，主要监测系统中设备运行状态、数据，提供可靠实验分析数据和曲线，为分析补给设备、完善设计提供有力数据支持。

1 海上补给试验系统

海上补给试验系统是在陆地上模拟海上补给过程中，用于测试和验证船舶补给装置运行的可行性、安全性和可靠性的设备。

海上补给试验系统包括 1#测试系统，2#测试系统(图1)。1#测试系统分为干货测试系统和液货测试系统。其中干货测试系统包括干货数据采集系统和干货视频监控系统。液货测试系统包括液货数据采集系统和液货视频监控系统。2#测试系统分为双作用站数据采集系统和双作用站视频监控系统。

图1 海上补给试验系统结构图

数据采集系统由传感器、测量模块、总线数据采集器、网络交换机和监控主机组成。其中传感器包括压力传感器、拉线式位移传感器、轴销式拉力传感器和增量式旋转编码器。监控系统由网络摄像头、视频管理服务器、网络视频存储服务器、网络视频解码器和高清液晶显示屏组成。

2 海上补给试验数据采集系统设计

海上补给试验数据采集系统完成补给系统运行状态监测，监测数据分析功能，监测装置运行状态是否达到设计要求[3]。动态数据采集系统为分析系统提供可靠实验分析数据。

传感器内部的敏感元件在实现把补给试验非电量信号转换为微小的电量信号的功能，传感器内部的放大器把这个微小的电量信号线性放大到 4mA～20mA的电流信号[4]。由于传感器安装的位置远离控制室，如果把这个4mA～20 mA的模拟量电流信号直接传送到控制室，较长的传输线就类似于天线，产生感应出较大幅值的干扰信号，测量信号精度无法保证。所以这个4mA～20mA的模拟量电流信号可就近传送到模拟量数据采集器。

模拟量数据采集器先通过内部的模拟/数字量转换器，把4mA～20mA的模拟量电流信号转换成数字量信号。转换成数字量信号后不论长距离传输还是多次复制都不会使信号失真了。然后模拟量数据采集器再把数字量信号上传到CAN总线。以上工作原理如图2所示。

图2 海上补给数据采集工作原理

海上补给试验数据系统的数据传输采用CAN总线传输的方式，CAN总线传输的物理载体是一根屏蔽双绞线，但CAN总线的传输协议可使多路信号分时复用此根双绞线[5]。CAN总线信号通过总线数据采集器转换为以太网TCP/IP协议，经由网络交换机上传到监控主机(图3)。

图3 海上补给试验数据采集系统结构

海上补给试验数据采集系统的设计的技术要求和参数如下：

1)测试系统设计模拟量测量通道63个，频率测量通道14个。

2)数据采集系统中数据采集模块通道测量电压、电流精度要求：±0.04%满量程。

3)模块工作温度：-40℃~+85℃。

4)位移传感器测量精度：±0.05%满量程。

5)拉力传感器测量精度：±0. 5%满量程。

6)旋转编码器测量精度：±0. 36°。

7)压力传感器测量精度：±1%满量程。

8)数据采集模块每通道采样率达到1000赫兹。

9)数据采集模块通道测量范围：电压：±60V，电流：±100 mA。

10)流量传感器测量精度：±1%满量程。

11)采用分布式数据采集模块。

12)测量数据同步。

3 海上补给试验监控系统设计

视频监控系统的网络摄像头安装在现场，用于监视各绞车、液压机组、高架索和货物传输过程的状态，视频信号经过网络摄像头转换为工业级以太网TCP/IP协议数据，安装在测试控制台的视频管理服务器、硬盘录像机、网络视频解码器从以太网获取数据。网络视频解码器从网络上获取压缩视频数据流，将数字信号转换还原为模拟信号，输出到高清液晶屏[6]。

监视设备实现整个实验场地的视频信息监视、记录、回放显示等功能；网络摄像头实现现场视频信号的数字量转换并上传到网络；网络视频路由器实现视频网络信息交换和控制；视频管理服务器负责中心配置视频信息访问管理权限；硬盘录像机负责录像数据存储；显示屏显示图像信息，如图4所示。

图4 视频监控系统结构图

海上补给试验视频监控系统的设计的技术要求和参数如下：

1)视频监控系统16个摄像头。

2)摄像头每秒采集图像24帧。

3)所有视频存储容量60 d。

4)图像解析度：600TVL。

5)摄像头网络协议：TCP/IP，HTTP，SNMP，UDP，NTP。

6)摄像头网络接口：RJ-45，10M/100M Base-T自适应。

4 海上补给试验系统软件功能

海上补给试验系统的数据采集系统软件功能，操控软件稳定可靠、浅显易懂。传感器信号即插即量，无需编程。中文人机界面友好，使用简便、可靠性高，允许用户手动设定和保存全部测量参数。同时可以进行自动实时分析和反馈，进行资料显示、完成报告和数据存储等。系统可设置和测试数据可同时保存在计算机内或者设备的存储卡里面。数据采集系统无需计算机也可以自行上电开机运行。软件可显示多种数据曲线，显示模式为：时间曲线、柱型显示、数据显示、三维显示。对应于复杂的通道功能设定，可实现不同通道的相同设置一次设定。对于不经常使用的通道设定功能可以设置为隐藏，使设定界面更简洁。

数据采集系统可同时存储 512路模拟量信号和数字量信号，信号(通道)采样率：1kHz，软件启动时间 2s；同时可显示所有数据曲线，同时存储采集数据。

可执行程序不需要编译环境，分为测量功能设定模块、运行控制模块、数据显示模块、数据存储模块。

功能设定模块主要完成测量通道测量范围设定、测量通道采样率设定、定义通道名称、线性转换斜率设定、定义测量物理量单位等功能。运行控制模块实现采集过程开始、停止功能，同时具有试验配置信息管理功能。数据显示模块主要功能显示采集数据。包括设定显示模式、设定显示窗体数、数据特征获取功能。显示模式包括时间曲线、数字显示、三维显示和柱状图显示等。数据特征获取功能包括数据间隔时间、斜率和幅值等。数据存储模块功能包括：设定数据传输缓冲区大小、数据存储物理位置、数据存储格式和数据存储目录位置等，如图5所示。

图5 软件设置界面

5 结论

在海上补给试验测试与监控系统的设计与实现中，设计与研制了补给设备的测试系统、监控系统。这有助于设计人员对于新型设备的性能参数，补给系统运行特性的深入分析和总结，对我国海上船舶航行中的横向干货和液货补给系统的发展具有重要战略意义。

[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] 孙 涛, 桂文彬, 俞志刚. 半潜式平台定位系泊控制试验系统设计与应用[J]. 船舶工程, 2012(2): 84-86.

[4] 俞志根. 传感器与检测技术[M]. 北京: 科学出版社,2007.

[5] 邬宽明. CAN现场总线系统的设计与应用[M]. 北京:北京航空航天大学出版社, 2002.

[6] 张少军. 网络视频监控系统[M]. 北京: 机械工业出版社, 2010.

运输需求表现平淡 多条航线运力收缩

近日，中国出口集装箱运输市场总体需求表现平淡，为缓解市场供求矛盾，航商在多条航线上加大淡季运力收缩力度。分航线市场表现出现分化。11月15日，上海航运交易所发布的中国出口集装箱综合运价指数为1043.77点，较上周上涨3.0%。11月15日，上海出口集装箱运价指数为1089.3欧洲航线，随着传统运输淡季的逐步来临，本周货量延续月初以来的低迷态势，尽管船公司采取了较大规模的运力收缩措施，但供大于求的状态仍有所加剧，船舶平均舱位利用率下降至九成左右。多数船公司为揽取货源加深了跌价幅度，部分航次最低运价降至1000美元/TEU左右。11月15日，上海出口至欧洲基本港市场运价（海运及海运附加费）为1213美元/TEU，较上周下跌8.1%。地中海航线，传统淡季货量明显下降，部分船公司以并班、撤线的方式削减运力，但供求关系总体未见明显向好，船舶平均舱位利用率下滑至85%左右，部分航次装载甚至不足八成。多数航次订舱价格继续下跌。11月15日，上海出口至地中海基本港市场运价（海运及海运附加费）为1308美元/TEU，较上周下跌5.4%。业内人士表示，鉴于近期欧洲、地中海航线运价持续下滑，航商有意推出新一轮的涨价计划，据悉，部分航商已经宣布将于12月15日再度调涨，幅度在750美元/TEU左右。

北美航线，尽管正值淡季，但受本月下半月涨价消息影响，运输需求稳中有升。加上船公司“冬季停航计划”效果较为显著，多数航次船舶舱位利用率基本保持在九成以上，部分航次装载率超过95%。鉴于市场基本面表现尚可，船公司陆续开始执行本轮的涨价计划，本周多数航次订舱价格出现上调。11月15日，上海出口至美西、美东基本港市场运价（海运及海运附加费）分别为1885美元/FEU、3184美元/FEU，分别较上周上涨9.7%、3.4%。

澳新航线，圣诞货出运已基本告罄，运输需求逐步显现出疲软迹象，但得益于亚澳运价协定组织（AADA）较大力度的运力削减计划，船舶平均舱位利用率保持在95%以上，部分航次接近满舱。本周多数航次订舱价格出现上调，涨幅在50～200美元/TEU不等。11月15日，上海出口至澳新基本港市场运价（海运及海运附加费）为1093美元/TEU，较上周上涨10.5%。

波红航线，本周货量表现平淡。波斯湾航线船舶平均舱位利用率下滑至90%左右，市场平均运价跌幅超过100美元/TEU；红海航线由于运力收缩幅度相对较小，船舶平均舱位利用率下滑至85%左右，市场平均运价跌幅约为50美元/TEU。11月15日，中国出口至波红航线运价指数为909.39点，较上周下跌1.3%。

南美航线，本周货量稳中有升，加上近期陆续有船公司开始实施运力控制措施，供求关系有所改善，南美东航线船舶平均舱位利用率上升至95%左右，市场运价持续上升，南美西航线装载率也维持在九成以上，市场运价基本稳定。11月15日，中国出口至南美航线运价指数为704.61点，较上周上涨10.3%。

日本航线，本周货量基本稳定，上海港船舶平均舱位利用率保持在80%左右，市场运价小幅上升。11月15日，中国出口至日本航线运价指数为820.48点，较上周上涨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

韩旗（1970-），高级工程师，研究方向为船舶机电设备的电气自动化控制。