多功能小型移动试验平台

刘圣亮，张志雄，连 亮，程艳武

（1.山西中电科技特种装备有限公司，山西 太原 030032；2.中国电子科技集团公司第三十三研究所，山西 太原 030000）

近些年，中国科研发展日新月异，基础设施建设、医疗卫生、环境保护、文物保护、地质科考、国防军事等科研任务迅速增多，对实验室要求越来越多样化。目前，现有实验平台存在反应速度较慢、信息提取量低以及远程控制等多种问题，致使多种试验难以进行。针对上述问题，山西中电科技特种装备有限公司联合中国电子科技集团第三十三研究所在现有实验室平台上集成了4G/5G通信技术，结合模块化设计理念、集中控制、人机工程等技术，研制出一种功能多样、快速展开、无人值守的多功能小型移动试验平台，以满足多种试验现场需求。

1 系统功能

多功能小型移动试验平台分为载车、保障设施和任务功能等模块。①载车分系统作为整个系统的基础，本身的机动性可以实现实验平台快速抵达任务现场，为现场实验提供操作空间；②保障设施分系统包括供水、供电、储物、通信以及内部环境调节等，为现场实验任务的实施提供保障，也为操作人员提供良好的工作环境；③任务功能分系统方面可依照不同的现场试验需求搭载相应的功能模块，例如环境监测、理化实验台、实验音视频记录、远程视频会议等。

2 载车分系统

多功能小型移动试验平台载车采用厢式客车底盘，在标准允许的范围内，对底盘进行改造，为满足设备安装需求，在车辆顶部、左右内壁、底板等处加装预埋件，材质采用厚度10mm的45#。

为了提高车辆的行车安全性，载车分系统集成了倒车360°可视系统、倒车雷达、行车记录仪以及北斗卫星定位等行车安全设备。其内饰采用具有环保、防火性能的人造革，地板采用具有防滑、耐磨、防静电的塑胶地板革。为了保障卫星天线信号接收品质，在载车底部集成了4根电动调平支腿，左右对称布置于车辆四周，如图1所示。

图1 调平支腿位置

调平支腿静力学分析：结合底盘整备质量及轴载分布、调平支腿承载能力与实际测量数据，得出以下参数。

车辆前后轴距L=3310mm，L=1320mm，L=2800mm。

底盘整备质量m=3380kg，试验平台实测总质量m=4990kg；调平支腿单腿承重m=3500kg；改装后实测前轴载荷m=1990kg，后轴载荷m=2980kg。前后轴载荷均不超过底盘允许的负荷。计算过程如下。

上装设备质量m=m-m=1610kg。

2.1 左侧调平支腿计算

假设上装设备都在左侧，底盘质量一半由左侧调平支腿承受，在此条件下进行左侧调平支腿计算。

1）质心距离左前调平支腿的尺寸：L=L-L=1990mm-1320mm=670mm。

2）质心距离左后调平支腿的尺寸：L=L-L=2800mm-670mm=2130mm。

5）左后调平支腿承受质量m=m-m=3310kg-2510kg=800kg。

2.2 右侧调平支腿计算

假设上装设备都在右侧，底盘质量一半由右侧调平支腿承受，在此条件下进行右侧调平支腿计算。

1）质心距离右前调平支腿的尺寸：L=L-L=1990mm-1320mm=670mm。

2）质心距离右后调平支腿的尺寸：L=L-L=2800mm-670mm=2130mm。

5）右后调平支腿承受质量m=m-m=3310kg-2510kg=800kg。

得出：m

3 保障设施分系统

在现有实验现场任务中，缺乏相应的实验条件，难以现场完成试验任务，问题主要表现在以下方面。

1）在偏远地带进行实验，实验现场没有可用的水、电等资源。

2）需要将实验现场采集的样本带回时，无法将其在运输过程中妥善保存。

3）在偏远地区进行实验，现场网络条件无法满足通信需求。

4）恶劣的环境中进行长期实验，实验人员无法进行值守。

5）户外环境多变，需要实验室提供适宜的实验环境条件。

对于以上问题，车辆的保障设施分系统结合多种供电设施、完善的给排水、低温存储、4G/5G通信、卫星通信以及内部环境调节等设施，为保障实验完成提供完善的条件。

供电设施包括：底盘蓄电池、附加蓄电池、市电、发电机以及UPS。以多种形式的电源输入、多种类型的电源转换，满足用户的供电需求，供电系统框图如图2所示。

图2 供电系统框图

给排水设施包含：污水箱、净水箱、供水泵、水量计、水龙头、洗眼机、不锈钢水池、地漏以及上、下水管路。水量计与供水泵由底盘蓄电池以及附加蓄电池供电。低温存储设施有液氮保存柜与车载冰箱。

车内环境调节系统包括：行车空调、驻车空调、燃油加热器以及换气扇，可灵活选配搭载的车内环境调节设备。多功能小型特种实验室车内的照明系统包含照明灯、应急灯以及灯带。其中，照明灯共4盏（单个功率为25W），应急灯共2盏（单个功率为25W），灯带总长4m（功率为80W）。经测试操作位照度可达500Lux，车内其余部分照度大于150Lux。

在有公网基站覆盖的实验项目现场采用4G/5G等宽带通信技术，5G通信具有速度快、延时小、费用低等优点，可以实现现场的车内、车外无线网络。卫星通信系统采用“静中通”，可以提供不依靠基站的宽带通信手段，具有组网灵活、安装方便、功能齐全、通信距离远、不受地理环境影响、通信容量大等优点。

4 任务功能

多功能小型移动试验平台可搭载多种功能模块。例如，环境测试模块包含北斗定位天线、风速计、风向标、温湿度传感器、PM2.5检测仪、烟雾报警器、气压传感器、车载主机以及显示屏，可以实时上传环境监测信息。理化实验模块采用化学性质稳定的理化板制作理化台面，搭配给排水系统、供气管道以及多种电源组成功能全面的理化实验台。实验过程记录模块由多路音视频组成实验过程记录系统，整体包括以下设备：多个车内外高清摄像头、全向麦克风、高清会议摄像机、功放、喇叭、8×8 HDMI音视频矩阵（含网络模块）、32寸高清液晶显示器、HDMI壁插等。支持各路输入输出视频的任意切换，可以多路输出同时上传，实现远程与现场的实时观测与交流。多功能小型特种实验室车内外的多路高清摄像头、车载网络通信系统与环境监测模块搭配使用，可以组建实现实验现场无人值守模块，大大减少了人员的投入和工作量。实验过程记录模块信号连线结构框图如图3所示。

图3 实验过程记录模块信号连线结构框图

因HDMI传输信号会在矩阵和硬盘录像机之间形成电流回路，导致矩阵到硬盘录像机之间信号传输失败，故硬盘录像机到矩阵之间增加一个5V电源的HDMI分线器，上电启动时按照矩阵、分线器、硬盘录像机顺序启动，经反复测试该方法可以有效避免HDMI线路产生电流回路，保障高清实验过程记录模块运行。问题解决前（左）、后（右）HDMI信号传输画面对比，如图4所示。

图4 解决前（左）、后（右）HDMI信号传输画面对比图

5 功能验证

多功能小型移动试验平台建设完成后，抵达中电科技集团重庆声光电有限公司、南京考古研究所、西安考古研究所等单位的多个实验项目现场进行应用。图5为多功能小型特种实验室样车在应用场所的外观照片。

图5 多功能小型特种实验室样车在应用场所的外观照片

6 结束语

综上所述，多功能小型移动试验平台具有快速展开、功能多样、无人值守等特点，能满足多种实验项目的需求，其强大的通信能力以及音视频采集能力，可以满足数据上传下载、远程通信等需求。后续将推广应用，为科研的发展做出更大的贡献。