随船器材保障可视化系统建设的研究

吕志彤，宁兆宇，皮湛恩

(1.海军装备技术研究所，北京 102442;2.海军装备部，北京 100841)

0 前言

器材保障可视化是利用可视化技术实现无缝隙、经济有效的器材保障系统。该系统为器材保障人员提供有关器材的位置、外形、运动等信息，可随时掌握装备状态和器材补给情况，从而提高器材管理的直观性和透明度，最大限度地减少资源浪费。本文针对随船器材保障存在着“舱室狭小、品种杂乱、查找困难”等问题，利用射频识别、二维条码、虚拟现实等技术进行随船器材保障可视化系统建设的研究。该系统覆盖了仓储、收发、定位等各个环节，实现了不开箱情况下的器材自动收发操作，长距离精确定位跟踪等功能。该系统的基础工作是器材存储位置和跟踪定位的虚拟场景建设，可直观精确标准器材的位置和运动方向，实现器材可视化查询。即在传统的查询结果中，以醒目颜色在虚拟舱室场景图上标注所查询器材的位置。

1 技术分析

射频识别技术是一种非接触识别技术，由于远距离、动态自动识别、一次识别多个标签等优势，数据传递更加迅速和准确。射频识别系统由标签、读写器和天线组成。二维条码技术按一定规律以黑白相间的图形记录数据，可以从水平、垂直2个方向来获取信息。二维条码技术具有成本低、保密性强等优点，不足之处是较易磨损，识别距离短，识别时需要光学可视;数据写入不可更改;无法同时识别多个条码等。虚拟现实技术是人与计算机通信交互的最自然的方式，具有直观交互的特点。该技术构建的三维信息虚拟场景，能够通过视觉、听觉和感觉等产生身临其境的视觉仿真。在畅通的网络技术的基础上，可轻松实现远程监控。

系统建设须满足随船器材保障管理要求，在满足业务需求的基础上，规划低耦合的模块结构。系统优先选用国产成熟硬件，软件采用开源软件、J2EE体系架构，数据库采用分布式结构。

2 建设目标

系统建设目标:加快器材出入库速度，增大库存吞吐量;缩短器材查找时间，加强机动灵活性;实现库存信息自动化收集，提供及时准确的库存消耗信息，提高器材查询的准确性;改善器材盘点作业的质量，降低器材库存管理的成本;实现器材收发定位库存管理的无纸化作业。

3 总体思路

供货厂商在器材包装箱上粘贴二维条码，用来反映该器材入库信息。同时在舱室每个货架上粘贴一张射频标签，用来收集该货架上所摆放器材的库存信息。货架标签上的器材信息通过手持射频标签二维条码读写器，在扫描摆放在货架上的器材包装箱二维条码后更新。为各舱室门安装二维条码固定读写器，实现器材包装箱出入库门时自动扫描，准确记录出入库时间，生成器材出入库单据。为重要器材配备有源标签，在各舱室和甲板安装天线，实现被跟踪器材在舱室虚拟场景上的跟踪监控定位。所有设备通过无线网络将数据传送到服务器中，开发服务器版随船器材管理系统，实现随船器材数据的自动汇集、查询与统计，以及各种单据的打印。该方案通过二维条码方式和射频标签方式结合使用的方式，有效地提高了信息收集的自动化程度，实现了对出入库作业的实时监控，方便了对库存器材的定位与查询，避免了完全使用射频标签的高额成本，大幅提高了仓储作业的工作效率。

4 建设内容

1)随船器材仓储可视化系统建设。

编制器材编码，划分器材舱室，规范货位码，弄清器材库存和消耗，将相关信息写入标签并部署，这些信息随时更新，同步传输到监控室。监控室虚拟仓储场景，采用俯视图和侧视图来描述整个仓储空间，用不同颜色直观显示各舱室存放位置的状态:空闲、存放、出货、不可存放等，以及所存储器材的基本情况、修理情况、收发情况、库存情况等。可及时统计各类器材库存报表和消耗报表。这些信息包括:基本信息 (器材编码、器材名称、型号规格、技术参数)、器材履历 (出厂时间、运行寿命、完好率、维修保养等)、库存信息 (现有库存、单价、消耗数据)、出入库数据 (出入库时间、单号、数量、任务来源、生产厂家)。通过读写器可对这些信息进行自动记录、检查、统计与管理，并与服务器数据库保持一致。

2)随船器材收发可视化系统建设。

器材舱室门安装读写器，实现器材出入库或移库时的出入口处无停留自动扫描识别，系统根据所读信息，在数据库中准确记录进出库门的器材数量、入出库时间、存放位置等上传数据库，自动生成各种出入库单据以供查询，自动提示出入库货位，指导器材入位或补充等，器材验收和出入库同时完成。器材库存盘点时，只需利用手持式读写器选择盘点功能，读写器就自动实时获取所有标签的信息并录入数据库。在监控终端显示盘点对比结果。

3)随船器材定位可视化系统建设。

射频技术的核心是标签的EPC(产品电子代码)，提供物理对象的唯一标识，利用EPC可以实现器材定位跟踪。为重要器材佩戴有源抗金属干扰的高精度标签，在各舱室和甲板安装天线工程箱扩展定位距离。可实现被跟踪器材在各舱室虚拟场景图上的跟踪定位监控，最高精度可达到150 mm。同时可根据手持终端指导船员所查找器材的位置。

4)器材编码系统建设。

统一的器材编码系统是实现随船器材保障可视化的基础。器材编码是对所管理器材按照一定的规则编制代码，这些代码通常是数字和字母的集合。该系统器材编码用于代替器材名称等存储于计算机、射频卡等设备内进行检索统计，并可转换为对应的二维条码打印粘贴在器材包装箱上。器材编码系统建设包括:编码标准、代码结构、编码组织、编码管理等内容。

5 性能指标

1)仓储系统。

射频标签适应舱室环境，寿命长、性能稳定，防震、防静电、抗高温、抗高湿等。货架标签采用860 MHz或960 MHz频段的无源纸质标签，要求灵敏度高，多读写器环境下运行可靠，可防止未经许可非法读写，标签通过RF前端的模拟电路将天线接收能量部分转化为电量，为内部电路供电。其内部包含有16位CRC(循环冗余校验)编码，具有很高的数据完整性。读写器要求在有效区域内一次可识读2 000个标签。

2)舱室门出入库系统。

能够准确记录进入库门器材并上传数据库。具备自动导航功能，进行器材货位提示，指导上架和补货，保证100%准确率。舱室门读写器可对靠近其的300 km/h高速状态运行的器材进行准确识读。

3)定位跟踪系统。

配备2个位置传感器，能够在150°的扇形范围内标签定位精度达到150 mm。定位标签采用有源标签，要求读写距离，500 m;超高速数据传输，115.2 kb/s;最大发射功率，0.75 mW;电池寿命，大于8年;写数据次数，100 000次;防震，防潮、防尘、防摔。

6 系统设备

1)仓储设备。

由手持读写器、固定读写器、货架标签、器材包装箱条码和主机管理5部分组成。手持读写器具有条码和标签读写功能，可与主机系统通信。仓储操作中，操作员首先用手持设备扫描器材包装箱上的条码信息，将读出的器材出入库信息通过手持设备写入货架标签，更新其库存信息。固定读写器安装在舱室顶部，通过多串口卡连接到主机，实时读取货架标签信息，及时更新系统数据库。货架标签用来记录该货架所摆放器材信息。器材包装箱条码是系统生成的与入库相关联的内部条码，记录器材入库信息。在各舱室门安装高精度和高识别率的读写器，进行器材出入库门无停留的自动操作。

2)定位设备。

设备要求信号绕射能力强，抗金属干扰。包括:有源射频卡的佩戴、天线部署和读写器部署。有源标签可通过螺丝孔固定在器材上或直接绑在器材包装箱上。天线和固定读写器的连接线等组件可集成到工程箱中。根据舱室实际布局划分区域，合理布局工程箱，放置射频天线。建议工程箱放置在中甲板层的各个区域的桥通道的栏杆上，天线固定在桥通道的两端的栏杆上，两端天线方向相反摆放，垂直固定。

3)安全设备。

主机设置双硬盘，自动备份数据，防止意外情况，必要时可由操作人员将数据备份。

7 结束语

该系统建设的意义表现在以下几个方面。

1)提高随船器材保障业务的自动化水平。

依据随船器材管理规范，通过随船器材资源出入库作业全过程管理监控，实现了电子形式的随船器材信息的储存和传递，有效提高随船器材信息收集的自动化程度，方便库存器材的定位与查询。

2)提高随船器材保障业务的快速反应能力。

可实时掌握器材消耗、储备、分布及流转等动态信息，提前预知器材需求，及时、准确地确定器材应急保障方案，优化使用器材保障资源，适时进行器材调配与供应，为器材保障决策提供高效、精确、快速与及时的信息服务。

3)提高随船器材保障业务经费的使用效率。

能及时、准确、全面了解器材库存情况，进行库存分析和预测，合理安排器材采购，避免冗余订货，减少器材积压，杜绝器材短缺。能及时更正错误的库存信息。可显著减少器材库存费用，节省人力物力，提高器材保障业务的自动化水平。

总之，该系统提高了随船器材保障工作效率和质量，减少了经费的开支，提高了随船器材快速反应保障能力，提升了随船器材保障的可视化水平。