輪胎式龍門起重機（rubber-tyred gantry crane，RTG）是集裝箱碼頭堆場常用的裝卸設備。RTG的輪胎可以自由轉向，因此，RTG在堆場內的運行路線相對靈活多變，可以自由轉場到達堆場任意位置作業。RTG的供電方式主要分為機載柴油發電機組供電和市政電網供電。為了響應國家節能減排的號召，寧波舟山港的RTG已全部改造為采用低架滑觸線方案的市政電網供電方式，并且實現柴油發電機組供電方式與市政電網供電方式間的自由切換。低架滑觸線電氣系統依靠取電小車與低架滑觸線接觸進行連接，僅具有供電功能而不具備光纖通信功能。寧波港股份有限公司北侖**集裝箱碼頭分公司（以下簡稱“北二集司”）在對RTG遠程操作和自動化作業系統實施改造的過程中，設計采用多輸入多輸出技術和 IEEE 802.11ac 協議的雙腔波導管技術，以解決RTG遠程控制無線通信問題。經測試，該遠程控制無線通信方式具有高帶寬、低延時、抗干擾能力強和使用壽命長等優點。
1 波導管技術簡介
波導管是內壁光潔的空心金屬導管，用來傳輸厘米波段或毫米波段的電磁波，在本質上是一種特殊的天線。作為無線通信介質或媒介，波導管使無線電磁波匯聚在密封的腔體內傳播；腔體內壁的光潔度非常高，可使信號衰減率*小，從而延長信號源的傳輸距離。目前常用的裂縫波導管（見圖 1）屬于表面型波導管，即在封閉的方管形鋁型材上垂直加工出多個一定寬度的裂縫，裂縫的間距和尺寸根據電磁波的波長確定，并要求具有極高的精度。
2 RTG 遠程控制無線通信系統的帶寬需求
RTG 遠程控制通信指機上控制設備和視頻前端設備與中控室控制臺、視頻后臺和存儲設備間的數據信號傳輸，其可分為三組數據信號傳輸。**組是控制數據信號傳輸，即：將RTG各個控制元件、驅動元器件的狀態傳輸到中控室控制臺的可編程邏輯控制器主站，同時，中控室的手柄操作指令需要傳送到現場RTG 的可編程邏輯控制器的控制系統。控制數據信號傳輸是RTG遠程控制系統中的核心通信；但控制數據信號占用的帶寬并不大，僅為 10 Mb/s。
**組是視頻數據信號傳輸，其同樣為雙向傳輸，即：現場攝像頭拍攝的畫面需要通過數據鏈路傳回中控室，中控室的視頻控制數據信號需要傳送到攝像頭云臺。為了實現RTG的遠程控制功能，北二集司在RTG上共安裝 24 個攝像頭（見表 1），其每秒顯示 25 幅 1 280×720 分辨率的視頻圖像，碼流帶寬為 3 Mb/s，24 個攝像頭共占據帶寬 72 Mb/s。
第三組是語音通信數據信號傳輸，其占用的帶寬不大（僅 1 Mb/s），主要功能是采集和傳輸現場聲音信號并傳送至中控室，同時可以將中控室的通信數據信號傳送至作業現場的揚聲器等設備。
綜上所述，RTG遠程控制通信系統的帶寬需求約為 100 Mb/s，其中 20%是為未來設備升級所留的帶寬余量。
3 應用雙腔波導管技術設計 RTG 遠程控制無線通信系統
3.1 常規波導管無線通信技術的應用弊端
根據北二集司的集裝箱堆場作業情況，在長250 m的作業區域內安排2臺RTG進行作業，波導管無線通信系統必須同時滿足2臺RTG遠程控制信號傳輸帶寬需求（見圖2），即要求無線網絡帶寬為200Mb/s；同時，為保證RTG作業安全，系統還須具備較強的抗干擾能力。目前已經在地鐵等領域成熟應用的波導管無線通信技術采用 2.4 GHz 無線頻段和IEEE 802.11n協議。2.4 GHz頻段屬于全世界公開通用的無線頻段，大部分無線設備如對講機、無線計算機、家用電器等均使用該頻段工作，無線信號干擾強烈，無法保證通信質量。IEEE 802.11n 協議單通道*高只能提供 108 Mb/s 的網絡帶寬，僅能滿足 1 臺 RTG 的通信需求；因此，普通的波導管無線通信技術無法滿足 RTG 遠程控制無線通信系統設計需求。
3.2 雙腔波導管通信技術方案
為了避免 2.4 GHz 無線頻段干擾強烈的弊端，有必要尋找新的抗干擾能力強的公共無線頻段。5 GHz 是繼2.4 GHz后新開發的無線頻段，其工作頻率高，具有速度快、抗干擾能力強等優點；但由于其波長較短，致使無線信號的穿透性和距離性偏弱。5 GHz 頻段能夠滿足北二集司RTG遠程控制無線通信系統的設計需求，因而以此為基礎來完成波導管的選型設計。
根據標準矩形波導管153-IEC標準，工作頻率符合 5 GHz的標準矩形波導管型號為R48，其截面尺寸如圖 3 所示。R48 波導管的標準長度有 6 m、12 m
等。為了方便安裝和維修，北二集司選用長度為 6 m的R48 波導管，以獲得較好的長度與質量配比。
為了解決IEEE 802.11n無線傳輸協議網絡帶寬不夠的問題，嘗試采用*新的IEEE 802.11ac協議。與IEEE 802.11n協議相比，IEEE 802.11ac協議單通道*大帶寬提升到 866 Mb/s，有效支持 5 GHz無線頻段，滿足RTG遠程控制無線通信系統設計需求。
在實際測試中，受外部干擾源、信號損耗等因素的影響，IEEE 802.11ac協議的實際傳輸帶寬僅為 200~300 Mb/s，并且不穩定；因此，單純采用*新的IEEE802.11ac協議無法解決RTG遠程控制無線通信系統的帶寬和穩定性需求。鑒于此，創造性地采用 2 條波導管并行排列組成雙腔波導管（見圖 4），由此實現系統的多輸入多輸出功能，使理論*大通信帶寬達到 1 732 Mb/s，大大提升無線通信系統的穩定性。
3.3 雙腔波導管通信系統的安裝
如圖 5 所示：雙腔波導管通過支架安裝在低架滑觸線立柱頂部，與原來的設備互不干涉；機載動力配電箱安裝在取電小車頂部；無線接收天線安裝在機載動力配電箱頂部。在RTG移動過程中，無線接收天線與雙腔波導管間的距離保持在 200~300 mm之間，從而確保良好的通信質量。
為延長波導管的使用壽命，在波導管上安裝防護罩，預防波導管老化，并有效隔絕雨水、灰塵和鹽霧侵蝕。波導管之間采用法蘭連接，連接處加裝特制的防護罩。為了消除波導管的溫度形變和應力，波導管的固定支架采用滑動支架。
3.4 雙腔波導管通信系統測試
在 RTG 和遠程控制室的計算機上分別安裝帶寬測試軟件，測試雙腔波導管通信系統的帶寬、延時和信號穩定性：在 1 臺RTG進行遠程通信的情況下，網絡平均帶寬達到 451 Mb/s，網絡延時不超過1 ms；在2 臺RTG同時進行遠程通信的情況下，網絡平均帶寬達到 121 Mb/s，網絡延時不超過 1 ms。測試結果顯示，雙腔波導管通信系統達到RTG遠程控制無線通信要求，有效解決了RTG遠程控制中的通信難題。基于雙腔波導管通信技術的RTG遠程控制無線通信系統具有高帶寬、低延時以及抗干擾能力強和使用壽命長等優點，可為我國RTG遠程控制通信系統研發提供借鑒和參考。
