CN113542926B - 一种基于Sharing-Smart无人清扫车的5G平行驾驶***及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于Sharing‑Smart无人清扫车的5G平行驾驶***，其中，定位卫星和车体之间通过卫星天线进行双向通信，所述车体与5G基站之间通过5G通信链路实现无线通信，所述5G基站与驾控平台采用光纤链路进行双向通信；所述RCU包括图像感知码流生成模块和自动驾驶控制模块；所述图像感知码流生成模块通过摄像头采集车体周围的视频信息，将包括所述视频信息的车辆状态信息生成感知码流，并通过无线传输给5G基站；所述驾控平台对5G基站转发的所述感知码流进行解码，并基于后台边缘计算算法对解码信息进行处理，根据处理结果进行决策，生成驾驶控制的指令报文；所述自动驾驶控制模块无线接收5G基站转发的上述指令报文，并根据报文对车体进行驱动控制。本发明满足了无人驾驶清扫车操作便捷、驾驶灵活、传输平稳、高度智能的需求。

Description

一种基于Sharing-Smart无人清扫车的5G平行驾驶***及控 制方法
技术领域
本发明涉及无人驾驶技术领域，特别涉及一种基于Sharing-Smart无人清扫车的5G平行驾驶***及其控制方法。
背景技术
现有的小型道路清扫车是集路面清扫、垃圾回收和运输为一体的新型高效清扫设备，属于适合工厂、公路、公园、学校、广场等路面全方位清扫工作的车型设备。这种车型可一次完成地面清扫、马路道牙边清扫、马路道牙清洗及清扫后对地面的洒水等工作，适用于各种气候和不同干燥路面的清扫作业。
类似家庭扫地机器人，目前的道路清扫车也在朝着智能化的方向发展。智能清洁车的投入使用，在减少人力物力的同时还大大提高了城市清洁效率。无人驾驶清洁车通常具有遇障自停、自动避障绕障碍、自动驾驶清扫等功能，除此之外，部分还可以进行路径规划、上传行驶轨迹以及视频数据。
无人驾驶给人们的生活提供了便利，但由于道路上不确定的因素太多，自动驾驶的自主决策是一大难题。此外，在智能控制信号传输方面的特性改进也是不可或缺的。现有技术中用于车辆远程驾驶控制的一方案中通过操作模块在接收到驾驶指令后产生一随机密钥以发送车辆控制指令，后通过测控模块提取先前产生的随机密钥并检测该随机密钥能否通过验证，密钥以及对应的提取验证过程过于繁琐。其他的解决方案中也有在无人驾驶智能清洁车中接入5G远程***，实现一键启动与随身遥控，以及通过手机APP和智能后台进行实时监控；然而仅是简单应用，存在车身体积、占地面积过于庞大（接近普通行驶车辆）的缺陷。
因此，亟需对现有无人驾驶清扫车进行改进，以适应操作便捷、驾驶灵活、传输平稳、高度智能的需求。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的以上不足或改进需求，提供了一种基于Sharing-Smart无人清扫车的5G平行驾驶***及控制方法，能很好地解决目前自动驾驶在自主决策上的难题，并利用5G网络的高带宽、低时延等特性为平行驾驶保驾护航。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于Sharing-Smart无人清扫车的5G平行驾驶***，包括依次通信连接的定位卫星、装配有RCU的车体、5G基站以及驾控平台，所述定位卫星和车体之间通过卫星天线进行双向通信，所述车体与5G基站之间通过5G通信链路实现无线通信，所述5G基站与驾控平台采用光纤链路进行双向通信；所述RCU包括图像感知码流生成模块和自动驾驶控制模块；
所述图像感知码流生成模块通过摄像头采集车体周围的视频信息，将包括所述视频信息的车辆状态信息生成感知码流，并通过无线传输给5G基站；
所述5G基站将码流信息传输给驾控平台进行处理；
所述驾控平台对5G基站转发的所述感知码流进行解码，并基于后台边缘计算算法对解码信息进行处理，根据处理结果进行决策，生成驾驶控制的指令报文；
所述自动驾驶控制模块无线接收5G基站转发的上述指令报文，并根据报文对车体进行驱动控制。
进一步的，为提升响应速度，所述指令报文具体是直接将用于车辆驾驶控制的实车CAN数据封装成网络协议，通过网络传输给远程控制的车辆，车辆内部的RCU再将网络协议解封成CAN协议信号直接驱动底盘。
其中，所述无线传输采用自适应帧长调节机制：所述RCU还通过距离检测子单元获得当前驾驶方向上的障碍物距离，无线传输的帧长与所述障碍物距离成反比。
此外，所述驾控平台部署于分布式服务器，所述5G基站具体是将码流信息传输给距离其位置最近的第一服务器以及与第一服务器在沿车辆驾驶方向上位置相邻的N个其他服务器，N为正整数。
进一步的，所述距离检测子单元通过复用车辆已有摄像头的方式实施。所述图像感知码流生成模块采集车体周围视频信息的同时，还获取定位卫星信号并计算车体当前位置，而后将所述视频信息和相应的车体当前位置作为车辆状态信息进行组合生成感知码流。并且，所述摄像头包括但不限于车体在左向、右向、正前、正后四个方位上的摄像头。
本发明还提供了一种基于Sharing-Smart无人清扫车的5G平行驾驶控制方法，其应用于上述的***，包括如下步骤：
a.通过小车上搭载的摄像头采集视频信息并存储于RCU；
b.RCU将包含所述视频信息的感知码流无线传输至5G基站；
c.5G基站将感知码流通过光纤电缆传输至驾控平台；
d.驾控平台将视频信息解码、360环视拼接后进行显示；
e.驾控平台或者驾驶操控人员根据视频显示操控台架下发所述指令报文；
f.RCU将台架下发的指令报文转化为CAN信号；
g.车辆驱动控制器读取CAN信号完成行车操作。
进一步的，所述拼接包括AI轨迹线标定；所述小车还集成洒水功能和消毒消杀功能，使用时小车车体上洒水的机械装置需手动打开，后续才可以通过指令进行开关控制。
本发明着力解决通信过程中的技术难点，基于5G驾驶功能，通过综合改进提高了传输效率和清扫效率，使操作人员足不出户也能远程操控小车完成清扫过程；其中，自适应帧长传输、智能服务器选择等大大提高了小车的智能作业能力；同时这种非接触式小车集成洒水功能，清扫过程中还可以进行消毒消杀功能，代替节省了人力物力。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1是本发明一实施例所提供的5G平行驾驶***的框架示意图；
图2是本发明一实施例所提供的PC端控车的拓扑示意图。
具体实施方式
为使相关技术人员能更好的理解本发明，对本次申请的目的、技术方案和优点有更加清晰的了解，下面将结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本发明提供了一种基于Sharing-Smart无人清扫车的5G平行驾驶***及控制方法，能很好地解决目前自动驾驶在自主决策上的难题，并利用5G网络的高带宽、低时延等特性为平行驾驶保驾护航。
如图1所示，其为本发明一实施例所提供的5G平行驾驶***的框架示意图，包括依次通信连接的定位卫星、装配有RCU（Remote Control Unit，平行驾驶控制器）的车体、5G基站以及驾控平台，所述定位卫星和车体之间通过卫星天线进行双向通信，所述车体与5G基站之间通过5G通信链路实现无线通信，所述5G基站与驾控平台采用光纤链路进行双向通信。
所述RCU包括图像感知码流生成模块和自动驾驶控制模块，分别用于视频感知图像上传、控车指令下发执行等。其中，图像感知码流生成执行如下操作：1）通过摄像头采集车体周围的视频信息；2）同时，通过卫星定位子模块获取定位卫星信号并计算车体当前位置；3）将所述视频信息和相应的车体当前位置等车辆状态信息组合生成感知码流，并通过5G通信子模块无线传输给5G基站。所述RCU还兼具5G智能网关的功能。
更重要的，为兼顾传输效率和响应的及时性，所述无线传输采用自适应帧长调节机制，具体而言：RCU还通过复用摄像头或单独设置的其他距离传感器获得当前驾驶方向上的障碍物距离，无线传输的帧长与所述障碍物距离成反比。距离越近，每一次启动传输的帧长越短，可以做到一拍摄到视频信息立即转发上传，提升了响应的及时性。而距离越长，障碍物还远，可以适当延长帧长，通过组合多个连续的视频信息再一并上传，避免后台无意义的重复运算。
作为示例，所述定位卫星包括但不限于北斗、GPS、Glonass、Galileo等卫星***。所述摄像头包括但不限于车体四个方位（左向、右向、正前、正后）上的摄像头。
所述5G基站通过光纤与驾控平台进行双向通信，光纤能够满足高速率、高容量的传输要求。所述***还将需要大量算力的驾控平台部署于分布式服务器，从而降低整车体积和成本，车体可做到普通车辆的1/20以下，方便部署搬运。所述5G基站具体是将码流信息传输给距离其位置最近的第一服务器以及与第一服务器在沿车辆驾驶方向上位置相邻的若干其他服务器。
所述驾控平台是本***自主决策的智能核心，其对5G基站转发的所述感知码流进行解码，并基于后台边缘计算算法对解码信息进行处理，包括AI显示、视频拼接、轨迹线标定等，最后根据处理结果进行决策，生成驾驶控制的指令报文。
所述自动驾驶控制模块通过5G通信子模块无线接收5G基站转发的上述指令报文，并根据报文对车体进行驱动控制。同样地，为提升响应速度，所述指令报文具体是直接将用于车辆驾驶控制（驾驶转向、油门、刹车等）的实车CAN（Controller Area Network控制器局域网络）数据封装成网络协议，通过网络传输给远程控制的车辆，车辆内部的RCU再将网络协议解封成CAN协议信号直接驱动底盘。
作为一种实施例，本发明 还提出了相应的控制方法，包括如下步骤：
a. 通过小车上搭载的四枚摄像头（左向、右向、正前、正后）采集视频信息存储于RCU；
b. RCU将视频信息、车辆位置信息等感知码流无线传输至5G基站；
c. 5G基站将感知码流通过光纤电缆传输至驾控平台；
d. 驾控平台将视频信息解码、360环视拼接后进行显示；
e. 驾控平台或者驾驶操控人员根据视频显示操控台架下发指令；
f. 平行驾驶控制器将台架下发的指令转化为CAN信号；
g. 车辆驱动控制器读取CAN信号完成行车操作。
进一步的，图2示例性的给出了用于驾驶操控人员的PC端控车的拓扑示意图，用来进一步阐述利用PC端如何完成平行驾驶操作。如图所示，包括驾驶舱、服务端、车端三个层面，操控人员可以在驾驶舱内通过操作关联的手柄（方向盘、挡位、油门、刹车等）将事件发送至平行驾驶客户端，客户端将指令下发至MQTT（Message Queuing Telemetry Transport消息队列遥测传输）服务器；MQTT服务器通过标定值计算与远控服务进行信息交互，进一步将指令下发至RCU；RCU将指令转换成CAN信号，以供车辆执行。所述驾驶舱为远程驾驶舱，采用一体式台架，方便办公人员远程操作小车，处理特殊事件，在一定程度上弥补机器智能的盲点。
为进一步实现清洁的智能化，这种远程控制小车还集成洒水功能，喷出的水雾细密且范围大，清扫过程中还可以进行消毒消杀功能。可扩大使用到各类公共卫生场所，通过智能化代替节省了人力物力。
其中，小车洒水功能还通过机械+电子的双控方式实现按需开启，避免误触发。小车本体上洒水的机械装置需手动打开，后续才可以通过后台下发指令，使其自动开启与闭合。
综上所述，本发明提供了一种基于Sharing-Smart无人清扫车的5G平行驾驶***及控制方法，集成5G改良技术，利用5G网络高带宽、低时延的特性，并创造性提出了完成了优化解决方案，可远程控制小车，减少人员接触，提高清扫效率。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和原则的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化、等同替换等，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种基于Sharing-Smart无人清扫车的5G平行驾驶***，其特征在于：包括依次通信连接的定位卫星、装配有RCU的车体、5G基站以及驾控平台，所述定位卫星和车体之间通过卫星天线进行双向通信，所述车体与5G基站之间通过5G通信链路实现无线通信，所述5G基站与驾控平台采用光纤链路进行双向通信；所述RCU包括图像感知码流生成模块和自动驾驶控制模块；所述图像感知码流生成模块通过摄像头采集车体周围的视频信息，将包括所述视频信息的车辆状态信息生成感知码流，并通过无线传输给5G基站；所述5G基站将码流信息传输给驾控平台进行处理；所述驾控平台对5G基站转发的所述感知码流进行解码，并基于后台边缘计算算法对解码信息进行处理，根据处理结果进行决策，生成驾驶控制的指令报文；所述自动驾驶控制模块无线接收5G基站转发的上述指令报文，并根据报文对车体进行驱动控制；所述无线传输采用自适应帧长调节机制：所述RCU还通过距离检测子单元获得当前驾驶方向上的障碍物距离，无线传输的帧长与所述障碍物距离成反比；所述驾控平台部署于分布式服务器，所述5G基站具体是将码流信息传输给距离其位置最近的第一服务器以及与第一服务器在沿车辆驾驶方向上位置相邻的N个其他服务器，N为正整数；所述距离检测子单元通过复用车辆已有摄像头的方式实施。
2.根据权利要求1所述的基于Sharing-Smart无人清扫车的5G平行驾驶***，其特征在于：为提升响应速度，所述指令报文具体是直接将用于车辆驾驶控制的实车CAN数据封装成网络协议，通过网络传输给远程控制的车辆，车辆内部的RCU再将网络协议解封成CAN协议信号直接驱动底盘。
3.根据权利要求1所述的基于Sharing-Smart无人清扫车的5G平行驾驶***，其特征在于：所述图像感知码流生成模块采集车体周围视频信息的同时，还获取定位卫星信号并计算车体当前位置，而后将所述视频信息和相应的车体当前位置作为车辆状态信息进行组合生成感知码流。
4.根据权利要求1所述的基于Sharing-Smart无人清扫车的5G平行驾驶***，其特征在于：所述摄像头包括但不限于车体在左向、右向、正前、正后四个方位上的摄像头。
5.一种基于Sharing-Smart无人清扫车的5G平行驾驶控制方法，应用于如权利要求1-4任一项所述的***，其特征在于，包括如下步骤：
a.通过小车上搭载的摄像头采集视频信息并存储于RCU；
b.RCU将包含所述视频信息的感知码流无线传输至5G基站；
c.5G基站将感知码流通过光纤电缆传输至驾控平台；
d.驾控平台将视频信息解码、360环视拼接后进行显示；
e.驾控平台或者驾驶操控人员根据视频显示操控台架下发所述指令报文；
f.RCU将台架下发的指令报文转化为CAN信号；
g.车辆驱动控制器读取CAN信号完成行车操作。
6.根据权利要求5所述的基于Sharing-Smart无人清扫车的5G平行驾驶控制方法，其特征在于：所述拼接包括包括AI轨迹线标定。
7.根据权利要求5所述的基于Sharing-Smart无人清扫车的5G平行驾驶控制方法，其特征在于：所述小车还集成洒水功能和消毒消杀功能，使用时小车车体上洒水的机械装置需手动打开，后续才可以通过指令进行开关控制。
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