码头装卸远程操控宽带物联网无线信号覆盖系统的制作方法

本发明涉及通信技术领域，具体地说，涉及一种码头装卸远程操控宽带物联网无线信号覆盖系统。

背景技术：

在港口码头的集装箱堆场，常常需要可移动的龙门吊把集装箱从堆场装到运输车上，或者，把集装箱从运输车卸到堆场。港口码头的集装箱装卸作业一直以来由人工现场操控(操作和监控)来完成，现场操控存在着安全性和效率问题，技术发展趋势是采用远程操控结合自动操控，并逐步过渡到全自动操控。远程操控的一个核心问题是通信问题，即如何把活动图像信息、语音信息、操作和控制信息等有效和准确地进行远程传输。港区作业远程操控通信系统的要求带宽大，能够进行高清视频传输；要求可靠性高，符合工业控制要求。现有装卸作业远程操控的通信系统采用有线通信技术，因为有线通信技术能够满足高带宽高可靠的信息传输要求。但是，装卸作业的吊车是要在其所有作业区范围内移动的，有线通信会带来许多不便之处，在现场还需人工完成断线接线等工作，仍然存在安全性和效率问题。

随着机器换人技术发展的推进，装备的远程操控得到了越来越广泛的应用。由于码头装备具有很强的移动性以及位置不确定性，采用无线通信技术是必然的趋势。但是现有的无线通信技术难以满足高带宽高可靠的信息传输要求，特别是无线通信的信号覆盖系统的部署对高带宽高可靠的信息传输影响很大，现有的覆盖系统难以满足要求。现有技术中，公告号为cn101641982b的专利文献提供了一种电力隧道的无线覆盖系统，公布号cn104301135a的专利文献提供了一种电力隧道wifi信号覆盖及设备网络管理系统及其方法，公布号为cn1279783c的专利文献提供了一种有效覆盖高速公路的方法，这些文献所提供的无线通信的信号覆盖系统及方法都不能满足码头装卸远程操控无线通信所需的高带宽高可靠的信息传输要求。这种无线通信系统用于设备之间的联络，所以，它是一种物联网，又由于有了高带宽高可靠的要求，因此，是一种工业宽带物联网。

技术实现要素：

本发明的目的为提供一种码头装卸远程操控宽带物联网无线信号覆盖系统，以满足码头装卸远程操控宽带物联网所需的高带宽高可靠的信息传输要求。

为了实现上述目的，本发明提供的码头装卸远程操控宽带物联网无线信号覆盖系统包括设置在沿龙门吊车的行进导轨一侧场地上的无线信号固定接入点，以及设置在龙门吊车上部并与无线信号固定接入点同侧安装的无线信号移动接入点；无线信号固定接入点处安装有固定天线，无线信号移动接入点处安装有随龙门吊车移动的移动天线；移动天线的行进面与所述固定天线的行进面重合的偏离误差不大于3米；以天线的行进面作为天线方向图的水平面，以过天线中心点的垂直于行进面的平面的作为天线方向图的垂直面，则:

固定天线在方向图的垂直面上辐射角α满足公式α≤tan^-1(w/2h)，α足够小，防止串扰和干扰，固定天线在天线方向图的水平面上辐射角θ满足公式θ≥tan^-1(l/h)，θ足够大，保证行进路线上的信号覆盖；移动天线在方向图的垂直面上辐射角β满足公式β≤tan^-1(w/2h)，β足够小，防止串扰和干扰，移动天线在天线方向图的水平面上辐射角γ满足公式γ≥tan^-1(l/h)，γ足够大，保证行进路线上的信号覆盖；

其中，l为设定的单个集装箱堆场沿龙门吊车的行进方向的无线信号辐射带的长度，w为设定的辐射带宽度，h为移动天线与固定天线的高度差。

上述技术方案中，无线信号最终通过天线覆盖工作场地，天线的辐射方向特性可以从天线方向图看出，天线方向图是指在离天线一定距离处，辐射场的相对场强(归一化模值)随方向变化的图形，通常采用通过天线最大辐射方向上的两个相互垂直的平面方向图来表示。主瓣宽度(也称波瓣宽度)是衡量天线的最大辐射区域的尖锐程度的物理量，取天线方向图主瓣两个半功率点之间的宽度，以角度表示，在此也称为辐射角。通过设置各天线的辐射角，保证无线信号在可靠发送和接收的基础上尽量把无线信号约束在天线行进面附近，形成一条狭长的辐射带，增强通信信号，克制不同天线行进面之间的无线串扰以及克制外来的无线信号的干扰，从而提高带宽和增强可靠性。

具体的方案为固定天线的中心位于穿过所述移动天线中心的行进面，所述的行进面穿过对应天线的中心点且与地面垂直。以保证信号的可靠发送和接收。

另一个具体的方案为龙门吊车两端均安装有移动天线。

优选的方案为移动天线及固定天线均为定向天线；移动天线在平行于行进面的一端设置有屏蔽板；固定天线在平行于行进面的两端设置有屏蔽板。

定向天线在两个相互垂直的平面方向图上都表现为一定角度范围辐射。通过设置屏蔽板以阻挡外界信号干扰，由于移动天线设置在龙门吊车上，其安装端的信号被龙门吊车阻挡，因此不需要设置屏蔽板。

另一个优选的方案为移动天线为全向天线，固定天线为定向天线，移动天线在平行于行进面的一端设置有屏蔽板；固定天线在平行于行进面的两端设置有屏蔽板。

再一个优选的方案为移动天线及固定天线均为定向天线；移动天线在平行于行进面的一端设置有屏蔽板；固定天线在平行于行进面的两端设置有屏蔽板。

全向天线，即在一个方向图(通常是水平方向图)上表现为360°均匀或近似均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，但在与之垂直的方向图上会表现为一定角度范围辐射。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明可设置多个固定接入点，以适应更大的范围和多个堆场，无线信号移动接入点可以与不同无线信号固定接入点之间建立无线链路保证无线通信能够越区切换或漫游，以及提高可靠性。同时，移动天线的行进面与固定天线的行进面重合保证无线信号的可靠发送和接收。在接入点天线在平行于行进面的一端或两端设置屏蔽板，更加增强抗干扰能力。

附图说明

图1是本发明实施例的堆场和堆场周边道路示意图；

图2是本发明实施例的天线安装示意图在垂直于行进面的视图；

图3是本发明实施例的固定天线和移动天线辐射角示意图在平行于行进面的视图；

图4是本发明实施例的一个堆场设置多个天线行进面的示意图；

图5是本发明实施例的移动天线安装在吊车两端的示意图；

图6是本发明实施例的固定天线为定向天线时在平行于行进面的两端设置屏蔽板的示意图；

图7是本发明实施例的移动天线为定向天线时在平行于行进面的一端设置屏蔽板的示意图；

图8是本发明实施例的固定天线及移动天线为全向天线时在平行于行进面的两端设置屏蔽板的实例，针对采用全向天线时部署。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

实施例

参见图1，在港口码头设有多个集装箱堆场1，各集装箱堆场1呈矩形，其周围布置有直线道路，供吊车通过。集装箱堆场1作为装卸作业的工作场地，在整个工作场地内，龙门吊车只沿长度方向直线行进，停在指定地方进行装卸作业。一个工作场地有一定宽度，因此一个工作场地有多条平行的行进直线，龙门吊车通过工作场地周围的道路进行换线和换场。

本实施例中，定义包含龙门吊车在工作场地行进直线且垂直于地面的平面为行进面；过天线中心点的行进面称为天线行进面。

参见图2至图4，码头装卸远程操控宽带物联网无线信号覆盖系统包括安装在集装箱堆场1中或堆场边缘的多个无线信号固定接入点6，以及安装在龙门吊车7上随龙门吊车7移动的无线信号移动接入点，无线信号固定接入点6上设有天线2，且天线2通过馈线5与无线信号固定接入点6相连，无线信号移动接入点上设有天线3。无线信号移动接入点与不同的无线信号固定接入点6之间可以建立无线链路，在无线信号移动接入点与其中一个无线信号固定接入点6进行通信时，该无线信号移动接入点的天线3的行进面与该无线信号固定接入点6的天线2的行进面重合，重合偏离误差不大于3米，以保证信号的可达性。

把天线行进面4作为天线方向图的水平面，把过天线中心点的垂直于天线行进面4的平面的作为天线方向图的垂直面，无线信号固定接入点6上天线方向图的垂直面上辐射角11为α，天线方向图的水平面上辐射角13为θ；无线信号移动接入点上天线方向图的垂直面上辐射角12为β，天线方向图的水平面上辐射角14为γ。

各无线信号接入点上可能不止一根天线，本实施例所说的辐射角指的是一个接入点上所有天线合成的辐射角。由于本实施例的接入点天线方向图垂直面平行工作场地平面，而天线方向图的水平面垂直于工作场地平面，因此，在本实施例中，天线为横向设置的。

一个集装箱堆场1内可具有多个天线行进面4，如图4，以适应龙门吊车在堆场不同位置的情况。设h为移动天线与固定天线的高度差，l为设定的单个集装箱堆场沿龙门吊车的行进方向的无线信号辐射带的长度，在本实施例中，它等于单个集装箱堆场的长度l，w为设定的辐射带宽度，w应小于相邻两个行进面间隔才能有效降低不同辐射带之间的窜扰，w越小，抗串扰效果越好；不过w太小，辐射带过窄，对天线安装精度及龙门吊直线走向的精度要求很高，工程上不容易实现。当在集装箱堆场1的长度方向的起始端设置一个无线信号固定接入点时，各辐射角α、β、θ及γ与w、h和l的关系为如下公式所示：

固定天线在方向图的垂直面上辐射角α满足公式α≤tan^-1(w/2h)；

在天线方向图的水平面上辐射角θ满足公式θ≥tan^-1(l/h)；

移动天线在方向图的垂直面上辐射角β满足公式β≤tan^-1(w/2h)；

在天线方向图的水平面上辐射角γ满足公式γ≥tan^-1(l/h)。

当设定的辐射带宽度w＝6米，移动天线与固定天线的高度差h＝20米，集装箱堆场的长度l＝200米，根据上述公式计算，得出无线信号固定接入点6上天线方向图的垂直面上辐射角α≤8.53°，天线方向图的水平面上辐射角θ≥84.3°；无线信号移动接入点上天线方向图的垂直面上辐射角β≤8.53°，天线方向图的水平面上辐射角γ≥84.3°。考虑到实际天线产品的辐射角参数只是有限的几种，不能任意，所以，可以取α＝8°，θ＝90°，β＝8°，γ＝90°。

当在集装箱堆场1的长度方向的其起始端和终端均设置无线信号固定接入点时，可设l＝l/2,各辐射角α、β、θ及γ与w、h和l的关系为如下公式所示：

固定天线在方向图的垂直面上辐射角α≤tan^-1(w/2h)，

在天线方向图的水平面上辐射角θ≥tan^-1(l/2h)，

移动天线在方向图的垂直面上辐射角β≤tan^-1(w/2h)，

在天线方向图的水平面上辐射角γ≥2tan^-1(l/2h)。

当设定的辐射带宽度w＝6米，移动天线与固定天线的高度差h＝20米，集装箱堆场的长度l＝200米，以及在集装箱堆场1的长度方向的其起始端和终端均设置无线信号固定接入点时，根据上述公式计算，得出无线信号固定接入点6上天线方向图的垂直面上辐射角α≤8.53°，天线方向图的水平面上辐射角θ≥78.69°；无线信号移动接入点上天线方向图的垂直面上辐射角β≤8.53°，天线方向图的水平面上辐射角γ≥157.38°。考虑到实际天线产品的辐射角参数只是有限的几种，不能任意，所以，可以取α＝8°，θ＝90°，β＝8°，γ＝180°，180°天线一般需2个或2个以上定向天线合成，也可以采用单个360°天线，即全向天线替代。

当然，也可在集装箱堆场1的长度方向的任一位置设置无线信号固定接入点，不仅仅限于上述两种情况。

参见图5，本实施例移动接入点天线安装在龙门吊车7顶端两侧，吊车两端都安装无线信号移动接入点天线3，也可用只在一端安装天线3。龙门吊车7两端都安装天线3的目的是为了可以接受两边发来的信号，这样龙门吊车7在天线行进面4的两侧都可以接收信号；如果龙门吊车7只有一端安装天线3，则龙门吊车7只在天线行进面的一侧可以接收信号。

针对天线为定向天线的情况，参见图6，无线信号固定接入点6的天线2在平行天线行进面的两端设置屏蔽板22和屏蔽板23，用于增强抗干扰能力，天线2通过天线支架25固定在支撑杆23上，支撑杆23固定在地面上。参见图7，无线信号移动接入点的天线3由于一端靠近龙门吊车，龙门吊车起到屏蔽作用，可以简化减去一端的屏蔽板22，仅在支撑杆23远离龙门吊车的一端设置屏蔽板21，支撑杆23固定在龙门吊车上，天线3通过天线支架25固定在支撑杆23上。

针对天线为全向天线的情况，参见图8，天线在平行于行进面的两端设置屏蔽板22和23，支撑杆23为金属材料以增强强度，天线通过天线支架25固定在支撑杆23根处，以便信号不被支撑杆23阻挡，两端屏蔽板用辅助支撑杆24支撑，辅助支撑杆24采用对信号没有明显减弱的材料。

以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。