CN112573076B - 一种海洋地质岩芯船岸储运交互系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋地质岩芯船岸储运交互系统和方法，岩芯样品箱中设置若干个圆柱体空巢，用于存放同一岩芯采样切割后的柱状石质样品；在岩芯采集区设置初始化工作站对射频载体装置进行设置与采样岩芯关联的相关信息；岩芯采集区、岩芯切割区和储存区部署若干网络接入设备，多个传感器单元用于识别射频载体装置；出船库时，通过射频感知设备自动识读出库岩芯样品信息，并及时确认出船库步骤和岩芯样品信息以及下船步骤，完成岩芯样品的入库上架。降低船上样品储运困难和劳动强度，实现船载岩芯样品批量存储和转运，降低岩芯样品管理易误率，提高重要样品试验信息可追溯性，在海洋船舶恶劣环境下适应性强、可靠性高。

Description

一种海洋地质岩芯船岸储运交互系统和方法

技术领域

本发明涉及船舶电子信息技术领域，具体涉及实现基于无线传感器网络(WSN)、无线射频识别认证(RFID)等技术实现采样试验过程监控可视化、储运管理便捷化、船岸批量样品高效转运系统和方法。

背景技术

海洋地质岩芯是各类调查船舶开展海洋地质研究十分重要的一种样品载体。海洋调查船舶在外海工作时，要进行海洋地质岩芯取样和分析,在船上需要进行一系列采样、储运与交互过程控制，而传统船用物资转运贮藏自动化技术精确化和智能化水平低，需要参与的人员多、劳动强度大，很难满足船载海洋地质岩芯高效贮运交互的要求。具体的，当前海洋地质岩芯采样、储运与交互过程控制面临的技术问题包括以下几点：

1)海上岩芯采样以往靠传统纸质记录方式，并需要经过转运场所和控制节点多，过程中往往需要及时处理更新信息,且受海上环境条件影响大、制约多,岩芯转运过程自动化程度低。

2)远海工作中船上岩芯储运库存数量大、种类多，岩芯出入库人工处理耗费时间长、易发生错误，查询时又难以在大量的岩芯样品中快速查找、及时提取。

3)船岸交互传统常靠人统计清点效率低，工作强度大，耗费人员多，实物试验信息匹配难，不能快速批量转交，转运效率低、船岸交互困难。

这些问题对于船舶和岸基之间实现岩芯样品高效转运交互极为不利的，迫切需要对传统船岸储运交互流程进行改进和提升。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种海洋地质岩芯船岸储运交互系统和方法，实现采样全过程的岩芯作业试验自动流转、储运和船岸批量样品转运。降低船上样品储运困难和劳动强度，实现船载岩芯样品批量存储和转运，降低岩芯样品管理易误率，提高重要样品试验信息可追溯性，在海洋船舶恶劣环境下适应性强、可靠性高。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种海洋地质岩芯船岸储运交互系统，其特征在于至少包括：

所述岩芯样品采集端包括岩芯样品箱（1）和岩芯样品箱两侧位置嵌装RFID射频载体装置（3），岩芯样品箱（1）中设置若干个圆柱体空巢（2），所述圆柱体空巢（2）用于存放同一岩芯采样切割后的柱状石质样品；

船载岩芯样品采集端，由岩芯采集区、岩芯切割区和储存区构成；在岩芯采集区设置初始化工作站（6），用于连接WSN网络接入设备（5），并对射频载体装置（3）进行设置与采样岩芯关联的相关信息；岩芯采集区、岩芯切割区和储存区部署若干网络接入设备（5）组成网络，每一个网络接入设备（5）连接多个WSN传感器单元（51），用于识别岩芯样品箱（1）携带的射频载体装置（3）；船载岩芯样品采集端的样品最终由储存区送入船载储存库。

上述技术方案中，岩芯样品箱（1）中平行并列设置3-8个，优选5个圆柱体空巢（2）。

上述技术方案中，还包括设置在船载储存库中用于储存若干岩芯样品箱（1）的盒体（111）和架体（11）；所述盒体和架体根据储运规模大小设置。

上述技术方案中，船载储存库中设置便携射频管理终端（31），用于在船载储存库中读取样品入库数据、进行查询和出库样品数据确认和更新。

上述技术方案中，船载储存库出口设置射频感知设备（7），用于查验确认需要出库样品，生成出库记录和自动库存核销，实现下船岩芯样品的批量出库。

上述技术方案中，在岩芯下船通道部署移动感知设备（8），用于批量识读岩芯样品信息；同时设置船载数据传输设备（9），用于与岸基储存库中的岸基数据接收设备（12）之间构建高带宽无线专网连接，快速进行船海之间海量数据交互。

上述技术方案中，岸基储存库还设置有库存管理工作站（10）和便携射频管理终端（31）；通过便携管理终端（31）以离线、批量方式读写岩芯样品携带的射频载体装置（3），再利用库存管理工作站（10）更新入岸库岩芯样品记录，安全高效地实现岩芯样品快速入库上架。

一种海洋地质岩芯船岸储运交互方法，其特征在于采用上述海洋地质岩芯船岸储运交互系统，包括如下步骤：

海洋地质岩芯采样过程中，在采集、切割、试验、存库各环节通过岩芯样品箱实现自动流转；在采集区通过初始化工作站对射频载体进行设置与采样岩芯关联的相关信息；在切割区切割后将样品装入岩芯样品箱，并在岩芯样品箱嵌装经初始化的射频载体，进行岩芯信息更新和关联匹配，再由作业人员转运到作业试验区域，直至在船载储存库中进行储存；

在船载储存库中通过便携管理终端读取样品入库数据、进行查询和出库样品数据确认和更新；

出船库时，通过射频感知设备自动识读出库岩芯样品信息，并及时确认出船库步骤；在下船时，在下船通道处通过移动射频感知设备识读岩芯样品信息，并确认下船步骤；同时将岩芯样品的原始记录、试验数据等传送给岸基的数据接收设备；最后入岸库时，岸上岩芯库管理人员通过便携管理终端以离线、批量方式，快速读写岩芯样品携带的射频载体信息，及时更新岩芯样品入岸库记录，完成岩芯样品的入库上架。

相对于现有技术，本发明有益效果如下：实现了采样全过程管控的岩芯作业试验自动流转、基于RFID射频载体的船载岩芯储运实时处理、基于离线射频读写的船岸批量样品转运。

采样全过程管控的岩芯作业试验自动流转:

大型科考船舶上岩芯作业试验过程主要有采集、切割（分装）、试验、存库等典型过程，传统海洋地质岩芯采样以往靠人工记录管理，而船上岩芯作业流转需要经过的转运场所比较复杂、控制节点多，各过程受海上环境条件影响大、制约多，需要及时感知、处理、更新各过程管理信息，传统人工管理方式实际运行十分吃力低效。

随着当前对海洋地质考察工作的日益重视和及时性作业试验要求的不断提升，越来越需要在海上采集和处理大量岩芯样品和作业试验数据，如何在岩芯采样全过程的高效管控和自动流转处理是目前海上岩芯作业试验的难点。

运用船载无线传感器网络（WSN）技术，在船上岩芯采样过程转运相关场所和局部通道区域配置网络接入设备和覆盖WSN传感器单元，并事先设计在岩芯样品箱上嵌装射频载体电子标签，通过传感器实时采集和交互电子标签记录信息，对作业试验过程进行实时跟踪、监控、管理，综合运用物联、感知技术进行岩芯样品记录信息自动采集、自动推送和自动报告，在WSN网络覆盖区域及时感知、处理、更新过程流转信息，从而支持全过程管控的岩芯作业试验自动流转，大大减少人工记录管理过程，提升整个系统自动化控制和过程监管能力。

基于RFID射频载体的船载岩芯储运实时处理:

一般科学调查船舶上对海洋地质岩芯的储存，通常是将作业试验处理后的岩芯堆放在样品仓库货架上，储运管理比较粗略简单；管理区分样品规格类型主要靠纸质卡片逐一人工记录，而卡片容易受到海上特殊多变环境影响，特别是在船上仓库潮湿的环境中更易损坏；加上船载实验室进行试验时，也经常要对仓库存放中岩芯样品进行出库处理，时间较长后往往出现样品管理混乱、记录不完整、查找样品困难的现象。

针对船载岩芯储运方面的问题，设计在船载岩芯样品箱侧位嵌装无线射频载体（RFID）标签，射频载体尺寸小（长10厘米、宽3厘米），外部为防水、防盐、宽温、耐侵蚀性质材料，适应在船上恶劣特殊环境存储使用，里面电子标签可以记录128kb大小数据记录，信息可保持长达20年以上；结合船载WSN网络接入，以915Mhz基准频率无线信号识读里面的数据记录，保证岩芯样品实时记录的准确性和可靠性。在岩芯样品出入库使用时，通过RFID识读终端可以批量识别读取出入库样品箱上的射频载体信息，并自动更新库存相关数据库，快速实现船载岩芯样品出入库工作。从而显著减轻船上作业、试验、库管工作人员劳动强度，有利提升船载岩芯储运处理的实时性和工作效率。

基于离线射频读写的船岸批量样品转运:

目前船岸之间的岩芯样品转运过程主要是，船靠港后船载岩芯样品仓库中的样品转运到岸上大型岩芯库，往往需经大量船员人工一件件搬运至船下；同时还需要将船上实验室及库存样品资料信息交互给岸上，则要把以前手工记录的纸质记录材料登记，再重新录入岸上岩芯库数据库。当前这一船岸转运方式费时费力，往往需要数天或数周时间才能完成，而且船岸交互的手工记录信息资料也难以保障准确性和一致性。

本发明基于离线射频读写的船岸转运交互方法主要流程为：出船库、下船、入岸库。出船库时，通过在船载岩芯库出口处布置的射频感知设备，自动识读出库岩芯样品信息，并及时确认出船库步骤。在下船时，在下船通道处通过移动射频感知设备识读岩芯样品信息，并确认下船步骤；同时将岩芯样品的大量原始记录、试验数据等传送给岸基的数据接收设备。最后入岸库时，岸上岩芯库管理人员通过便携管理终端以离线（无需网络支持的近距射频感应）、批量（每秒40批次）方式，快速读写岩芯样品携带的射频载体信息，及时更新岩芯样品入岸库记录，完成岩芯样品的入库上架。上述流程将使船岸转运时间成倍减少，人力显著节约，提高船岸之间作业工作效率；更重要的是，有效降低船岸交互数据易误率，提高样品信息可追溯性，保障科学考察重要数据船岸交互的准确性和一致性。

综上，本发明通过岩芯转运载体结合船载物联网络感知，实现采样全过程管控的岩芯样品作业自动化流转；利用无线射频认证技术，提升船载样品储运可靠性和便捷性；在船岸岩芯样品交互过程中，通过离线可读写和无线专网数据传输等方式实现批量转运入库。由此大大降低船上样品储运困难和劳动强度，有力提升船载作业试验自动化水平，显著优化船岸交互工作效率。实现对大量船载岩芯样品的自动识别、登记和信息管理，整个工作过程人工干预少，作业管理及时性强，提高岩芯作业工作效率，节约人力、时间成本，降低岩芯样品管理易误率，提高重要样品试验信息可追溯性，在海洋船舶恶劣环境下适应性强、可靠性高，可广泛应用于各型大中型海洋调查船舶及民用船舶样品船载作业、存储管理、转运交互等工作。

附图说明

图1为本发明海洋地质岩芯船岸储运交互系统所包含的船岩芯样品载体结构图。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明海洋地质岩芯船岸储运交互系统的采样作业试验自动流转系统结构图。

图4为本发明海洋地质岩芯船岸储运交互系统的基于RFID射频载体的船载岩芯储运结构图。

图5为本发明海洋地质岩芯船岸储运交互系统的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

本发明海洋地质岩芯船岸储运交互系统包括岩芯样品箱1，结构如图1和2所示。一般采用矩形长方体岩芯样品箱1，材质为耐腐蚀性工程塑料，岩芯样品箱1中设置5个不大于1.5米长度、33厘米直径的圆柱体空巢2，用于存放同一岩芯采样切割后的5个柱状石质样品4。在岩芯样品箱1两侧位置嵌装RFID射频载体装置3，用于记录电子单元存储样品编号和记录信息，比较巧妙的支持储运交互的识别、记录、处理和转交流程。RFID射频载体装置3外部为防水、防盐、宽温、耐侵蚀性质材料，适应在船上恶劣环境存储使用；内部电子标签可以记录128kb大小数据记录，记录信息可保持长达20年以上不丢失,还可1000次以上擦写使用,有利于RFID射频载体的重复利用,进一步降低其使用成本。RFID射频载体依靠定义频率的无线射频电磁感应启动工作，射频电磁波使其芯片电路产生工作电流，然后船上射频识读设备发射电磁载波问答信号，以读取或擦写其芯片上存储信息。

如图3所示，海洋地质岩芯采样可以划分采集、切割、试验、存库几个典型工作流程，通过岩芯样品箱1实现岩芯样品采样作业试验中的自动流转过程如下：

a）采集

图3中左侧岩芯采集区里，初始化工作站6连接网络管理WSN网络接入设备5，并可对射频载体3进行设置与采样岩芯关联的相关信息。图中上部是在船上岩芯作业区域，由部署若干网络接入设备组成的网络，每一个网络接入设备5在功能区域连接多个WSN传感器单元51，这些WSN传感器单元51以915Mhz基准频率发射和接收无线信号，可以识别岩芯样品箱携带的射频载体3。

b）切割

图中的岩芯切割区里，作业人员可对同一岩芯进行切割，形成5段岩芯样品，以供随后的试验研究；将5段岩芯样品分装到岩芯样品箱1内，在岩芯样品箱嵌装经初始化的射频载体3，并进行相关岩芯信息更新和关联匹配，再由作业人员转运到其他作业试验区域。实现样品和记录的匹配仅需几秒或几十秒钟内即可完成；而以往靠人工纸质记录方式，作业流转经过转运多个场所和节点，需要花费大量时间人工编制、改写和检查样品匹配信息。由于作业试验区域部署了WSN传感器单元51，可以自动感知到携带射频载体3的岩芯样品箱1实时作业的进程和状态。

c）试验

图中下部的船载实验室里，携带射频载体的岩芯样品箱1进入后，实验室人员即可通过门口处部署的WSN传感器单元51，感知到进入实验室该批次岩芯样品，立即掌握射频载体携带的样品记录信息，对岩芯样品开展相关试验后，可操作联网工作站及时更新岩芯样品记录、发布试验状态信息。

d）存库

图右下部的样品库房里，经过试验流程处理的岩芯样品进入库房，库房人员即可感知到岩芯样品存库需求，于是可使用射频管理设备批量识读岩芯样品携带的射频载体信息，并更新其携带入库记录，即可转入岩芯样品入库流程。

本发明海洋地质岩芯船岸储运交互系统基于RFID射频载体的船载岩芯储运实时处理过程如图4所示，海洋地质岩芯样品船载储运设计为样品入库、样品查询、样品盘库、样品出库等典型工作流程，具体如下：

a）样品入库

岩芯样品入库管理时，自动生成入库和架位信息并写入射频载体3，嵌装于岩芯样品箱1侧位，通过便携射频管理终端批量31（每秒40批次）读取样品入库数据，一次性生成库存记录保存。使用便携射频管理终端31读取岩芯样品架11上侧配置安装的射频载体3，并通过识读上架岩芯样品射频载体，自动建立岩芯样品和岩芯架之间的管理信息。船载岩芯样品库设备满足恶劣环境存储使用的要求，入库设备材料需要防水、防盐、宽温、耐侵蚀。

b）样品查询

库管人员携带便携射频管理终端31，输入岩芯样品相关查询要素，在库内一定区域范围便携射频管理终端31的射频感应装置自动搜索，通过扫描岩芯样品箱1的射频载体信号，支持按架位名称、日期时间、样品名称、样品类型、实验类型、项目类型、入库人员等查询要素信息，当匹配查询信息即锁定信号位置，自动进行声音提示，快速找到所需岩芯样品的具体位置、状态、记录等相关信息。

c）样品盘库

使用便携射频管理终端31，在库内一定范围快速自动识别岩芯样品的射频载体，对库房中的样品按照库存、库位、取样次数、取样类型、实验类型、项目类型、取样时间等进行综合盘库管理，并自动生成盘存记录，从而实现库内存储岩芯样品的快速盘点。

d）样品出库

在样品出库时，通过便携射频管理终端31一次性识别射频载体和确认需要出库样品，并生成岩芯样品出库记录，自动进行库存核销，实现岩芯样品快速出库流程。

系统实现基于RFID射频载体的船载岩芯储运流程，显著减轻船上工作人员劳动强度，有利提升船载岩芯储运处理的实时性和工作效率。

如图5所示，本发明海洋地质岩芯船岸储运交互系统还可以实现将船载样品批量送上岸，实现船岸批量样品转运交互；主要在船载岩芯储存库、岩芯下船通道、岸基岩芯储存库等区域进行，在这些区域实现基于离线射频读写的船岸批量样品转运交互：包括如下步骤：

a）船载岩芯储存库

在船载岩芯储存库，库管人员从岩芯样品架上取出需要出库的样品，并使用便携射频管理终端31更新岩芯样品架11上侧配置安装的射频载体记录信息。在船载岩芯库出口部署射频感知设备7，库管人员通过射频感知设备7进行查验确认需要出库样品，生成出库记录和自动库存核销，实现下船岩芯样品的批量出库。这样，方法可以大大节约库管人员时间耗费，解决岩芯样品出库管理的不一致性问题，保障船载作业试验岩芯样品重要信息的可追溯性。

b）岩芯下船通道

在岩芯下船通道，船员临时在通道部署移动感知设备8，移动感知设备8不依赖于布线，可批量识读岩芯样品信息；同时船载数据传输设备9与岸基数据接收设备12之间构建高带宽无线专网连接，可迅速岩芯样品的大量原始记录、试验数据等直接传送岸基岩芯库，无线专网支持高速（速率不小于1.2Gbps）海量数据传输，快速进行船海之间海量数据交互。工作过程可实现岩芯样品的自动识别、转运、交互，整个过程人工干预少，在船舶和岸基交互环境下适应性强、可靠性高。

c）岸基岩芯储存库

在岸基岩芯储存库，岩芯库管人员通过便携管理终端31以离线、批量方式读写岩芯样品携带射频载体3，再利用库存管理工作站10更新入岸库岩芯样品记录，安全高效地实现岩芯样品快速入库上架。方法有力实现对每个航次船舶归航携带海量岩芯样品的作业记录和试验信息管理，从船到岸入库作业管理及时性强，显著提高岸基岩芯储存库作业工作效率。

Claims (6)

1.一种海洋地质岩芯船岸储运交互系统，其特征在于至少包括：

岩芯样品载体，包括岩芯样品箱(1)、以及岩芯样品箱两侧位置嵌装的RFID射频载体装置(3)，岩芯样品箱(1)中设置若干个圆柱体空巢(2)，所述圆柱体空巢(2)用于存放同一岩芯采样切割后的柱状石质样品；

船载岩芯样品采集端，由岩芯采集区、岩芯切割区和储存区构成；在岩芯采集区设置初始化工作站(6)，用于连接WSN网络接入设备(5)，并对射频载体装置(3)进行设置与采样岩芯关联的相关信息；岩芯采集区、岩芯切割区和储存区部署若干网络接入设备(5)组成网络，每一个网络接入设备(5)连接多个WSN传感器单元(51)，用于识别岩芯样品箱(1)携带的射频载体装置(3)；船载岩芯样品采集端的样品最终由储存区送入船载储存库；

岩芯下船通道，在岩芯下船通道部署移动感知设备(8)，用于批量识读岩芯样品信息；同时设置船载数据传输设备(9)，用于与岸基储存库中的岸基数据接收设备(12)之间构建高带宽无线专网连接，快速进行船海之间海量数据交互；

岸基储存库，在岸基储存库中设置有库存管理工作站(10)和便携射频管理终端(31)；通过便携管理终端(31)以离线、批量方式读写岩芯样品携带的射频载体装置(3)，再利用库存管理工作站(10)更新入岸库岩芯样品记录，安全高效地实现岩芯样品快速入库上架。

2.根据权利要求1所述的海洋地质岩芯船岸储运交互系统，其特征在于岩芯样品箱(1)中平行并列设置3-8个圆柱体空巢(2)。

3.根据权利要求1所述的海洋地质岩芯船岸储运交互系统，其特征在于还包括设置在船载储存库中用于储存若干岩芯样品箱(1)的盒体(111)和架体(11)；所述盒体和架体根据储运规模大小设置。

4.根据权利要求1所述的海洋地质岩芯船岸储运交互系统，其特征在于船载储存库中设置便携射频管理终端(31)，用于在船载储存库中读取样品入库数据、进行查询和出库样品数据确认和更新。

5.根据权利要求1所述的海洋地质岩芯船岸储运交互系统，其特征在于船载储存库出口设置射频感知设备(7)，用于查验确认需要出库样品，生成出库记录和自动库存核销，实现下船岩芯样品的批量出库。

6.一种海洋地质岩芯船岸储运交互方法，其特征在于采用上述权利要求1-5任一项所述的海洋地质岩芯船岸储运交互系统，包括如下步骤：

海洋地质岩芯采样过程中，在采集、切割、试验、存库各环节通过岩芯样品箱实现自动流转；在采集区通过初始化工作站对射频载体进行设置与采样岩芯关联的相关信息；在切割区切割后将样品装入岩芯样品箱，并在岩芯样品箱嵌装经初始化的射频载体，进行岩芯信息更新和关联匹配，再由作业人员转运到作业试验区域，直至在船载储存库中进行储存；

在船载储存库中通过便携管理终端读取样品入库数据、进行查询和出库样品数据确认和更新；

出船库时，通过射频感知设备自动识读出库岩芯样品信息，并及时确认出船库步骤；在下船时，在下船通道处通过移动射频感知设备识读岩芯样品信息，并确认下船步骤；同时将岩芯样品的原始记录、试验数据等传送给岸基的数据接收设备；最后入岸库时，岸上岩芯库管理人员通过便携管理终端以离线、批量方式，快速读写岩芯样品携带的射频载体信息，及时更新岩芯样品入岸库记录，完成岩芯样品的入库上架。

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