CN201585140U - 一种实现港口堆场作业设备密集型通信的系统及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及无线通信技术领域，公开了一种实现港口堆场作业设备密集型通信的系统，包括港口堆场控制中心、电磁分布计算设备、至少一个无线访问点(AP)以及配有无线终端(SA)的堆场作业设备；电磁分布计算设备根据港口堆场特征计算确定部署无线访问点(AP)的数量和位置；港口堆场控制中心通过有线通信连接特定位置和数量的每一个无线访问点(AP)；无线访问点(AP)通过无线网络通信连接其覆盖区域的无线终端(SA)。通过本实用新型公开的一种实现港口堆场作业设备密集型通信的系统及装置，可以在现有港口复杂的电磁环境中提供足够的带宽实现音视频图像数据的双向无线传输，从而实现了港口堆场作业环境的集中灵活调度监控。

Description

一种实现港口堆场作业设备密集型通信的系统及装置

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，更具体地说，涉及一种实现港口堆场作业设备密集型通信的系统及装置。

背景技术

近年来，随着计算机软件硬件及无线通信技术的发展，无线网络技术、尤其是无线局域网技术(采用802.11标准的WLAN)、视频编解码技术以及无线视频传输技术取得了迅猛的发展，多种无线网络技术层出不穷，使得在数字化港口的建设中，往往遇到越来越复杂的港口电磁环境，普遍受到同频干扰、阻塞干扰、邻道干扰、杂散发射等干扰影响。由于港口作业区不允许架空明线，不适宜大规模、高密度铺设有线网络，最有效的方式是采用有线与无线局域网(WLAN)相结合的方式，由于港口堆场的无线电磁环境复杂，这就给港口堆场作业区的设备通信带来了一定的挑战。

理想情况下，港口最长的作业设备均与指挥中心建立连接，适时传输音视频编码数据，然而集装箱堆场面积大，作业设备多，为保证数据带宽就必须要架设多个无线局域网的无线访问点(AP)。但现有无线网络相邻区域AP设备超过一定数量时，必将引起各种复合干扰，减少AP数量又会造成网络数据拥堵，不可避免的带宽瓶颈将影响无线链路通信，严重时甚至可导致网络瘫痪。因此，迫切需要一种实现港口堆场作业设备密集型通信的系统及装置，通过所述系统和装置的实施以解决现有技术的不足。

通过与在后面结合附图详细描述的本实用新型进行比较，本领域的技术人员可进一步看到现有港口堆场无线传输技术和系统的更多局限和缺点。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术中无法在港口堆场复杂的电磁环境区域中提供足够的带宽实现港口堆场作业设备密集型通信传输现场监控音视频图像数据，也无法对港口堆场实施灵活调度控制的问题，提供一种实现港口堆场作业设备密集型通信的系统及装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种实现港口堆场作业设备密集型通信的系统，包括港口堆场控制中心、电磁分布计算设备、至少一个无线访问点(AP)以及配有无线终端(SA)的堆场作业设备；所述电磁分布计算设备根据根据港口堆场控制中心获取的港口堆场特征数据计算确定部署所述无线访问点(AP)的数量和位置；所述港口堆场控制中心通过有线传输通信连接所述特定位置和数量的每一个无线访问点(AP)；所述无线访问点(AP)通过无线网络通信连接其覆盖区域的所述堆场作业设备配置的无线终端(SA)。

具体的，所述港口堆场控制中心进一步包括采用FDDI或令牌环双环网络连接的服务器和交换机设备。

具体的，所述无线网络通信是指采用802.11B协议的无线局域网通信。

具体的，所述无线访问点(AP)安装在堆场中特定位置的立柱上，所述特定位置是由所述电磁分布计算设备根据港口堆场特征计算确定。

具体的，所述无线访问点(AP)采用定向天线。

具体的，所述无线访问点(AP)采用与港口堆场控制中心连接的以太网供电方式供电。

具体的，所述堆场作业设备进一步配置有音视频图像采集设备，所述音视频图像采集设备把现场采集的音视频图像信息数据通过无线终端(SA)传送到所述港口堆场控制中心。

具体的，所述堆场作业设备包括龙门吊设备和集装箱货柜车。

本实用新型还提供了一种实现港口堆场作业设备密集型通信的装置，包括用于对港口堆场区域进行监控的港口堆场控制中心、用于根据港口堆场电磁环境特征计算电磁分布的电磁分布计算装置、用于港口堆场无线局域网通信的无线访问点(AP)以及配有无线局域网终端(SA)的堆场作业设备；所述电磁分布计算装置根据输入的港口堆场电磁环境特征计算确定所述无线访问点(AP)的数量和位置；所述特定位置和数量的每一个无线访问点(AP)通过以太网有线传输通信连接所述港口堆场控制中心；所述无线访问点(AP)通过无线局域网网络通信连接其覆盖区域的所述堆场作业设备配置的无线局域网终端(SA)。

具体的，所述堆场作业设备进一步配置有音视频图像采集设备，所述音视频图像采集设备把现场采集的音视频图像信息数据通过无线局域网终端(SA)传送到所述港口堆场控制中心。

本实用新型的有益效果是：通过本实用新型提供的一种实现港口堆场作业设备密集型通信的系统及装置，可以在现有港口堆场复杂的电磁环境中提供足够的带宽实现港口堆场作业设备密集型通信传输现场监控音视频图像数据，也可以实现对港口堆场实施灵活的调度控制，从而提高了港口集中监控及调度的水平和效率。

附图说明

图1是依据本实用新型一较佳实施例的一种实现港口堆场作业设备密集型通信的系统的结构示意图；

图2是依据本实用新型一较佳实施例的一种实现港口堆场作业设备密集型通信装置的结构框图；

图3是依据本实用新型一较佳实施例的一种实现港口堆场作业设备密集型通信的系统及装置的港口堆场区域分布示意图；

图4A是依据本实用新型一较佳实施例的港口堆场中含有一排金属立柱的矩形堆场的纵截面示意图；

图4B是依据本实用新型一较佳实施例的港口堆场中含有一排金属立柱的矩形堆场的横截面示意图；

图5A是依据本实用新型一较佳实施例的港口堆场中基模电压反射系数与工作频率的实测数据关系图；

图5B是依据本实用新型一较佳实施例的港口堆场中基模电压反射系数与支柱排树、直径关系实测数据关系图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了依据本实用新型一较佳实施例的一种实现港口堆场作业设备密集型通信的系统及装置的结构示意图，所述实现港口堆场作业设备密集型通信的系统100包括港口堆场控制中心110、电磁分布计算设备111、无线访问点1(AP1)121、无线访问点2(AP2)122、无线访问点3(AP3)123、无线访问点4(AP4)124以及配有无线终端(SA)的堆场作业设备131、堆场作业设备132、堆场作业设备133和堆场作业设备134；本实施例采用部署4个无线访问点(AP)为例进行说明，具体需要部署几个AP，在以下的描述中有详细说明；

所述电磁分布计算设备111根据根据港口堆场控制中心110获取的港口堆场特征数据计算确定部署所述无线访问点(AP)的数量和位置；所述港口堆场控制中心110通过有线传输通信连接所述特定位置和数量的每一个无线访问点(AP)(121、122、123、124)；所述无线访问点(AP)(121、122、123、124)通过无线网络通信分别连接其覆盖区域的所述堆场作业设备配置的无线终端(SA)(131、132、133、134)。港口堆场控制中心110是整个港口码头的指挥控制中心，在港口堆场控制中心110部署了有线的双环状网络(如FDDI或TOKENRING令牌环网络)连接控制中心的所有监控服务器和交换机等计算机网络设备；四个无线访问点(AP)(121、122、123、124)安装在堆场中四个工作区域的特定位置的立柱上，并通过以太网等有线网络连接所述港口堆场控制中心110，即与港口堆场控制中心110双环状网络中的交换机相连并与其中的各台服务器进行通信，用于传输港口堆场作业区的监控音视频编码数据；所述无线访问点(AP)采用与港口堆场控制中心连接的以太网供电方式供电，四个无线访问点(AP)(121、122、123、124)采用定向天线覆盖特定作业区域并分别与位于覆盖区域的所述堆场作业设备配置的无线终端(SA)(131、132、133、134)进行无线通信，采用的无线通信协议是802.11B协议的无线局域网通信协议；同时，四个无线访问点(AP)(121、122、123、124)根据802.11B协议的无线局域网通信协议标准设定不同的频道，使四个无线访问点(AP)所覆盖的区域不存在互相干扰，所述堆场作业设备包括龙门吊设备和集装箱货柜车，设备上进一步配置有音视频图像采集设备(如视频服务器和摄像头等)，所述音视频图像采集设备把作业现场采集的音视频图像信息数据进行编码处理并通过无线终端(SA)传送到其对应的无线访问点(AP)，再由无线访问点(AP)通过有线网络传输到所述港口堆场控制中心110，从而完成了港口堆场控制中心对港口堆场作业区域的监控和调度。

所述电磁分布计算设备111的计算原理与方法在以下进行进一步说明：首先，进行港口集装箱堆场中电磁波传输特性的理论研究是设计和架设无线通信系统的基础和必需环节。研究集装箱堆场无线传输特性需要了解堆场的传输特性、场的分布情况以及对环境参数的依赖性。集装箱堆场中分布的作业设备如龙门吊及灯塔、集装箱货柜车，一般可抽象成金属性的立柱表示，金属立柱的存在将使均匀矩形堆场产生不均匀并引起分叉，从而影响矩形堆场的传输特性。

集装箱堆场由集装箱堆叠构成，其中的电磁场模式与具有理想导电壁的波导相比变化很小，这样可假设堆场壁为良导体，把堆场看作波导来研究。为了简化该问题，假设堆场为无限长、含有无线多根立柱。附图4A和4B是含有一排金属立柱的矩形堆场的纵截面和横截面示意图，矩形堆场A在Z＝0处被金属立柱分叉为矩形堆场B和矩形堆场C。

附图中，Wb+Wc+Wd＝Wa，Wa、Wb、Wc为矩形堆场A、B、C的宽度，假设立柱的直径为Wd。区域A中TE10基模沿Z方向投射到z＝0的分叉不连续面，由于分叉不连续面的存在，将激励起包括基模TE10在内的告辞模式。由于结构只在x方向不均匀，y方向仍是均匀的。而激励波TE10在y方向无变化，也是均匀的，所以TE10波投射到分叉不连续面只引起激励起Tem0各告辞模式。由于只考虑Tem0模式，各区域横向厂量只有Ey，Hx分量。他们可以分解为无限多模式场的叠加：

式中r为a、b、c，表示相应区域A、B、C中的量；因为在y方向没有变化，故满足方程

$(\frac{d^2}{{\mathrm{dx}}^2}+k_x^2){\mathrm{\φ}}_m^r\left(x\right)=0---\left(3\right)$

其解为

${\mathrm{\φ}}_m^b\left(x\right)=B_m\sin (\mathrm{m\π}/W_a)x$

${\mathrm{\φ}}_m^c\left(x\right)=C_m\sin (\mathrm{m\π}/W_c)(x-W_b-W_d)$

引入归一化条件，有

可得

$A_m=\sqrt{2/W_a}$

$B_m=\sqrt{2/W_b}$

$C_m=\sqrt{2/W_c}$

分叉不连续面的存在将引起不连续面两边各区模式之间的耦合，这种耦合关系可通过模式匹配技术求得，即：

$E_y^a\left(0^{-}\right)=\left\{\begin{array}{cc}{E}_y^b\left(0^{-}\right)& 0<x<W_b\\ E_y^c\left(0^{-}\right)& W_b+W_d<x<W_a\end{array}\right.$

$H_x^a\left(0^{-}\right)=\left\{\begin{array}{cc}{H}_x^b\left(0^{-}\right)& 0<x<W_b\\ H_x^c\left(0^{-}\right)& W_b+W_d<x<W_a\end{array}\right.---\left(4\right)$

因为切向分量克表示为模式函数和模式电压或模式电流的乘积，将式(1)和式(2)代入式(4)，可得到分叉不连续面两边模式电压或模式电流的关系分别为：

转换后，可得如下

[V^b(0⁺)]＝[P][V^a(0^-)]                (9)

[I^b(0⁺)]＝[P][I^a(0^-)]                (10)

[V^c(0⁺)]＝[Q][V^a(0^-)]                (11)

[I^c(0⁺)]＝[Q][I^a(0^-)]                (12)

[V^a(0^-)]＝[P]^T[V^b(0⁺)]+[Q]^T[V^c(0^-)]  (13)

[I^a(0^-)]＝[P]^T[V^b(0+)]+[Q]^T[I^c(0^-)]  (14)

$\left[I^r\right]={(I_1^r,I_2^r,...)}^T---\left(16\right)$

上式中，表明了分叉不连续面各区域模式之间的耦合关系。如用多端口网络来表示他们之间的关系，为了求得区域A中的反射波，侧可把夺端网络连同z＞0的区域B、C等效为一个输入阻抗矩阵，并可求得区域A中的反射系数矩阵。由此可得

$\left[Z_{\mathrm{in}}^a\left(0^{-}\right)\right]={\left[P\right]}^T\left[Z^b\right]\left[P\right]+{\left[Q\right]}^T\left[Z^c\right]\left[Q\right]$

如将上式分叉模型做进一步推广，即可求出多金属支柱存在时，对码头集装箱堆场内无线电波的影响，即假定港口堆场中作业设备及灯塔、车辆的数量，确定天线架设的数量及在空间的分布位置，达到无限信道利用的最大化。根据上述的电磁分布计算就可以将港口堆场划分为一些特定的作业区域，确定无线访问点(AP)的天线的架设的位置和数量，包括天线馈线的长短、天线的频道以及定向天线所覆盖的区域，可以保证在复杂的电磁环境中所述定向天线覆盖的特定作业区域的信号最强，从而保证了音视频数据传输的带宽和稳定性。

上述电磁分布计算设备111旨在分析港口堆场的特定传输特性、场的分布情况后，给出架设天线的种类、数量、位置，利用该方法，信号可有效覆盖指定区域并保证信号强度，适应港口无线通信要求，即组建移动性、保密性、强抗干扰性，在完成作业设备与指挥中心通信的同时，有效避免相互干扰。

利用该方法组建的无线网络，从架构上遵循树型拓扑结构，与现有普遍做法即星型分布相比，该结构充分考虑了无线通信时，港口堆场环境及作业设备对无线带宽的影响，保证了多路传输时主信道的带宽，且具有冗余性。采用有线结合无线的组网形式，使得在高数据流量时，港口环境下的无线通信更加稳定。

图2是依据本实用新型一较佳实施例的一种实现港口堆场作业设备密集型通信装置的结构框图，所述实现港口堆场作业设备密集型通信的装置200包括用于对港口堆场区域进行监控的港口堆场控制中心201、用于根据港口堆场电磁环境特征计算电磁分布的电磁分布计算装置202、用于港口堆场无线局域网通信的无线访问点(AP)211以及配有无线局域网终端(SA)的堆场作业设备221；所述电磁分布计算装置202根据从所述港口堆场控制中心201获取并输入的港口堆场电磁环境特征数据214计算确定所述无线访问点(AP)211的数量和位置；所述特定位置和数量的每一个无线访问点(AP)211通过以太网有线传输212通信连接所述港口堆场控制中心201；所述无线访问点(AP)通过无线局域网网络213通信连接其覆盖区域的所述堆场作业设备配置的无线局域网终端(SA)221。

所述配有无线局域网终端(SA)的堆场作业设备221进一步配置有音视频图像采集设备(如视频服务器和摄像头等)，所述音视频图像采集设备把港口作业现场采集的音视频图像信息数据经过编码采用无线局域网终端(SA)通过无线局域网网络213传送到其所在区域的无线访问点(AP)211，所述无线访问点(AP)211再通过以太网有线传输212传输到所述港口堆场控制中心201。经过上述树形结构的有线加无线网络架构，可以在现有港口堆场复杂的电磁环境中提供足够的带宽实现港口堆场作业设备密集型通信传输现场监控音视频图像数据，也可以实现对港口堆场实施灵活的调度控制，从而提高了港口集中监控及调度的水平和效率。

图3是依据本实用新型一较佳实施例的一种实现港口堆场作业设备密集型通信的系统及装置的港口堆场区域分布示意图，该示意图300显示了港口堆场分成了不同的作业区域，在特定位置部署的安装无线访问点(AP)的立柱311包括两个定向天线(对应两个AP)，分别覆盖区域321和322，在其它区域可以按照同样的方式部署AP和天线。

图5A是依据本实用新型一较佳实施例的港口堆场中基模电压反射系数与工作频率的实测数据关系图；图5B是依据本实用新型一较佳实施例的港口堆场中基模电压反射系数与支柱排树、直径关系实测数据关系图；根据上述的计算原理及通用测试仪器，包括数字示波器、调频调幅标准信号发生器、便携式频谱分析仪、逻辑分析仪、网络分析仪视频-无线自动化测试平台，研究A区的TE10基模电压反射系数随无线频率、金属立柱个数计直径的变化情况，总结现场港口堆场环境下实测数据，最终结论如图5A所示；由图5A可知，随着工作频率从100MHz增加到2000MHz附近，A区的TE10基模电压反射系数首先是下降，下降到最小值后，再逐渐缓慢增大，有平坦的频率特性。用微波理论解释是，矩形集装箱堆场中金属立柱的存在相当于在矩形波导中插入了一个或多个金属插片。由图5B可知，基模电压反射系数随支柱排数和支柱半径的增加而增大。即得出港口堆场无限环境下无线工作频率，作业设备数量对基模电压反射系数的影响，并给出图形化分析结果。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种实现港口堆场作业设备密集型通信的系统，其特征在于：包括港口堆场控制中心、电磁分布计算设备、至少一个无线访问点以及配有无线终端的堆场作业设备；

所述电磁分布计算设备根据港口堆场控制中心获取的港口堆场特征数据计算确定部署所述无线访问点的数量和位置；所述港口堆场控制中心通过有线传输通信连接所述特定位置和数量的每一个无线访问点；所述无线访问点通过无线网络通信连接其覆盖区域的所述堆场作业设备配置的无线终端。

2.根据权利要求1所述的实现港口堆场作业设备密集型通信的系统，其特征在于：所述港口堆场控制中心进一步包括采用FDDI或令牌环双环网络连接的服务器和交换机设备。

3.根据权利要求1所述的实现港口堆场作业设备密集型通信的系统，其特征在于：所述无线网络通信是指采用802.11B协议的无线局域网通信。

4.根据权利要求1所述的实现港口堆场作业设备密集型通信的系统，其特征在于：所述无线访问点安装在堆场中特定位置的立柱上。

5.根据权利要求4所述的实现港口堆场作业设备密集型通信的系统，其特征在于：所述无线访问点采用定向天线。

6.根据权利要求5所述的实现港口堆场作业设备密集型通信的系统，其特征在于：所述无线访问点采用与港口堆场控制中心连接的以太网供电方式供电。

7.根据权利要求1所述的实现港口堆场作业设备密集型通信的系统，其特征在于：所述堆场作业设备进一步配置有音视频图像采集设备，所述音视频图像采集设备把现场采集的音视频图像信息数据通过无线终端传送到所述港口堆场控制中心。

8.根据权利要求1所述的实现港口堆场作业设备密集型通信的系统，其特征在于：所述堆场作业设备包括龙门吊设备和集装箱货柜车。

9.一种实现港口堆场作业设备密集型通信的装置，其特征在于：包括用于对港口堆场区域进行监控的港口堆场控制中心、用于根据港口堆场电磁环境特征计算电磁分布的电磁分布计算装置、用于港口堆场无线局域网通信的无线访问点以及配有无线局域网终端的堆场作业设备；所述电磁分布计算装置根据输入的港口堆场电磁环境特征计算确定所述无线访问点的数量和位置；所述特定位置和数量的每一个无线访问点通过以太网有线传输通信连接所述港口堆场控制中心；所述无线访问点通过无线局域网网络通信连接其覆盖区域的所述堆场作业设备配置的无线局域网终端。

10.根据权利要求9所述的实现港口堆场作业设备密集型通信的装置，其特征在于：所述堆场作业设备进一步配置有音视频图像采集设备，所述音视频图像采集设备把现场采集的音视频图像信息数据通过无线局域网终端传送到所述港口堆场控制中心。

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