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波导管通信技术在重型机械智控领域的应用

 

关于波导管及其通信的基础知识可参照新竹科技官网“技术中心”的文章《波导管通信技术及应用浅析》。本文旨在探索波导管通信技术在重型机械智控(包含远程人工控制、机械自动驾驶、AI智能生产等场景)领域的应用问题和前景。

本文所指的波导管,主要是指裂缝波导管,由于铜价高昂,铝相对较便宜,且易于加工和运输,所以目前裂缝波导管的材料以铝合金为最多,与iMAX无线系统配合使用最多的是矩形铝合金波导管。

为什么要使用波导管通信系统呢?何种情况下最适合采用波导管通信系统呢?

其一、因为需要通信的目标是移动的,采用有线方式,例如光纤(配合拖链)使用,可靠性与寿命都不高,造价却很高,所以使用无线通信才是首选。

其二、因为无线电通信最经常遇到的问题之一就是电磁干扰,在无线通信领域一般称之为“同频干扰”、“邻频干扰”。波导管因为其系统设计很好的利用了静电屏蔽和全反射原理,保证在腔体里的无线电信号传输质量,从而保证通信系统的稳定性和可靠性。

遇到干扰,从无线通信角度讲,最简单直接的解决方案就是频率规避,即采用“干净的频率”,新竹科技iMAX无线系统支持5GHz宽频设计,所以可选频率较多,一般可以通过更换工作频率方式解决干扰问题。对于干扰超强场景,各工作频率都面临干扰,一些专业无线通信系统厂商的设备,例如:新竹科技的iMAX无线系统,可以启用专有的“抗干扰模式”,降低干扰的影响,保证系统的稳定性,但是,其代价可能是大幅牺牲了有效带宽。但从根本性上讲,波导管通信是解决干扰问题,保证无线通信稳定性的最佳手段。

其三、从保证通信稳定角度来看,与波导管类似的还有漏波电缆等通信手段,但是因为漏波电缆的设计等方面的原因,其通常用于低带宽的窄带通信,需要高带宽、大容量高清视频传输的场合,还得靠波导管通信系统才可以。

总结以上几个方面的论述,在高可靠性、高带宽、高容量的“三高通信”需求场合,如果想规避电磁干扰,最合适的通信手段就是波导管通信系统。

传统上,波导管通信最常见的应用场景是轨道交通,在地铁车地通信等领域的应用已经成为主流解决方案之一。近些年,港口、物流、造船、钢铁、化工、航天、军工及其他工业生产等行业正在如火如荼地进行智能化革命。随着机器人、AI技术、云计算、大数据、自动化与物联网等技术的高速发展,工业4.0是大势所趋,也就是说,无人工厂、无人生产离我们越来越近了。工业自动化智能生产可参考汽车自动驾驶分级的划分,按照人工介入操控的多少,目标最终彻底实现无人智能化:

等级

自动化程度

发展情况

L0

无自动

传统和当前生产

L1

人工操控为主,系统适时辅助

传统和当前生产

L2

部份自动化,操作者仍需专心于操作

当前高速发展中

L3

有条件自动控制,可自动控制,特殊情况人工干预

尚处于初期,部分制造业行业有突破

L4

高度自动化,特殊情况人工干预

尚处于初期

L5

全自动化,完全没有人的参与,无人工厂

尚无

作为工业生产,特别是港口、物流、造船等重工行业,起重机是必不可少最常用的装备,这些重型机械实现了“自动驾驶”,这些行业的生产面貌才能有重大的转变。因为涉及到控制,特别是重型机械装备的自动化控制,如果通信有问题,就可能大幅降低作业效率,甚至导致安全事故,所以,必须要有最可靠的方案,这就是波导管通信系统的前景所在。

作为支持重型机械的自动驾驶、远控或者智能控制的无线通信系统,必须要可靠性、高稳定性,如果涉及高清视频传输,还必须要高性能、高带宽,这其实也是新竹科技最近两年很多新合作伙伴找到新竹科技提供无线系统的根本原因所在。类似场景,不但要有象iMAX无线系统这样的“三高特性”,还需要有很强的技术设计与解决方案综合能力,后期售后服务的要求也很高,这些正是新竹科技的核心竞争力,本文不再赘述。

那么,哪些重型机械装备可能会用到波导管通信系统呢?最常见的就是工业现场最为常见的行车,还有诸如岸桥、龙门吊、RTG(轮胎吊)、RMG(轨道吊)、门座机、装卸船机、斗轮堆取料机等。

 

波导管通信系统使用有什么局限呢?

1、波导管通信系统最大的问题之一是其只能在“固定轨道”行进的移动物体通信中使用,且转场等场合(从一个轨道迁移到另一轨道)仍需要借助纯无线通信系统实现。

2、因设计制造等原因,波导管通信系统对波导天线与波导管之间通信距离、角度等有较详细的要求,这也对现场波导管的部署提出了要求,需要满足。

3、波导管本身的造价较高,主要原因是波导管属于定制化产品,必须根据不同频率、不同应用环境等进行设计。安装要求也较高,安装的水平与垂直度、对接的精度都有工艺要求,腔体内要清洁干净且可能需要填充氮气后密封,以避免灰尘、水蒸气进入凝结等等。

新竹微评:重型机械的自动化与智能化,对波导管通信系统的需求会更多,新竹科技iMAX-8000W系列波导管专用移动通信系统是目前国内重型机械“无人驾驶”领域波导管通信使用的排头兵之一,拥有着广阔的应用前景。新竹科技的波导管通信系统会为用户提供强干扰环境下可靠的高带宽连接。

不断创新、不断演进,满足用户严苛环境高品质、高性能通信需要是新竹科技坚持创新的原动力!

 

附件一、汽车自动驾驶系统分级

自动驾驶分类系统的目的是对市场进行监督和管理,目前,自动驾驶仪的分类系统大都参考SAE国际汽车工程师协会(汽车工程师协会)的规定。SAE 自动驾驶分级为L 0L 5,根据不同程度,从零到完全自动化,共分为六个等级:

L 0级自动驾驶:无自动

油门、煞车、方向盘全程皆由驾驶者掌控,它是最普通的驾驶方式,包括定速巡航,只能设定固定的速度,车辆不会自动调整速度,如加速/减速或驾驶员的操作需要。

L1级自动驾驶:驾驶操控为主,系统适时辅助

主要还是由驾驶者操控车辆,但在特定的时候系统会介入,如ESP 电子车身稳定系统或ABS 防锁死煞车系统,主要用于提高行车安全性。

L2级自动驾驶:部份自动化,驾驶者仍需专心于路况

第二级自动驾驶可说是目前各大车厂的主流,如果第一级自动驾驶仪是辅助油门和刹车的话,第二级是添加到方向盘,如特斯拉自动驾驶仪,沃尔沃飞行员协助,梅赛德斯-奔驰驱动试验等,车辆的速度和转向可以在一定的条件下控制。

L3级自动驾驶:有条件自动控制,该系统可自动控制车辆在大多数路况下,驾驶注意力不需专注于路况

相较于第二级还是需要驾驶专注于路况且双手须置于方向盘,第三级自动驾驶仪可以在一定条件下驱动注意力,而不关注路况,双手甚至可以离开方向盘。“让电脑帮你开车”不是科幻电影的情节,虽然很方便,甚至比人工驾驶更安全,但毕竟,道路上有很多可变因素。驾驶仍然需要随时准备接管车辆。

L4级自动驾驶:高度自动化,还是具有方向盘等介面提供驾驶适时操控

车辆在启动自动驾驶后,计算机将在目的地设置后按自己的路线行驶,无需干预全面驾驶,但只需在高速公路或市区等特定区域进行干预,但它已经能够处理大部分的“动态驱动任务”。在第四级自动驾驶仪阶段后,仍处于研发阶段,市场上没有第四种自动驾驶技术的汽车。

L5级自动驾驶:全自动化,人类完全成为乘客

第五级自动驾驶车辆将完全自动化,车上甚至连方向盘等驾驶机构都不需要,完全透过电脑感知与运算来驾驶车辆,不论任何环境、路况,都不需要人类驾驶介入操控。