CN113687653A - 一种基于5g的物流无人车远程操控***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于5G的物流无人车远程操控***及方法，所述***包括远程操作终端、摄像机、云平台及无人车；所述远程操作终端通过5G网络与摄像机和无人车通信，用于实现对摄像机和与无人车的控制；所述摄像机安装于所有无人车作业的车道，采集范围覆盖整个无人车作业区域，通过5G网络与云平台数据传输；所述无人车用于按照设定的运行路径进行物流作业，无人车内部数据通过CAN总线传输，并通过5G网络与远程操作终端通讯；所述云平台用于处理并存储摄像机上传的采集信息。本发明利用5G高带宽、低时延的优势实现了多辆物流无人车的远程操作和工作状态的实时监控，同时无人车发生故障时能够及时警示操作人员。
Description
技术领域
本发明涉及港口物流无人车领域，具体涉及一种基于5G的物流无人车远程操控***及方法。
背景技术
近年来，随着全球贸易的发展，港口作为水上交通枢纽，其承担的物流任务越来越繁重，这就对港口的装载效率提出了更高的要求。而传统的港口长期依赖于人工操作，作业时间受到限制，效率很难再有大的提升，并且人工成本的不断攀升也对企业的经济效应提出了严峻的挑战，另外安全是企业生产的重中之重，人工操作不可避免的会有失误，带来了极大的安全隐患，需要依赖强大的监察机构来确保安全，这就又带来了成本上的投入。因此无人化必定是未来大型交通枢纽的发展方向。目前越来越多的港口在寻求换代升级，提升自己的无人化水平，以集装箱无人车为代表的智能物流技术是其未来升级的主要对象。更智能、更高效的集成无人车的操作技术也必将在其升级过程中发挥巨大作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于5G的物流无人车远程操控***及方法，利用5G高带宽、低时延的优势实现了多辆物流无人车的远程操作和工作状态的实时监控，同时无人车发生故障时能够及时警示操作人员。
实现本发明目的的技术方案为：一种基于5G的物流无人车远程操控***，包括远程操作终端、摄像机、云平台及无人车；所述远程操作终端通过5G网络与摄像机和无人车通信，用于实现对摄像机和与无人车的控制；所述摄像机安装于所有无人车作业的车道，采集范围覆盖整个无人车作业区域，通过5G网络与云平台数据传输；所述无人车用于按照设定的运行路径进行物流作业，无人车内部数据通过CAN总线传输，并通过5G网络与远程操作终端通讯；所述云平台用于处理并存储摄像机上传的采集信息。
进一步的，所述远程操作终端包括摄像机控制单元、无人车控制单元、显示单元、故障诊断单元、存储单元以及方向盘，所述摄像机控制单元用于根据无人车作业需求激活相应的摄像机；所述无人车控制单元用于根据当前作业的任务信息自主规划每一辆无人车的任务，并将任务及运行路径通过5G网络下发至无人车；所述故障诊断单元用于诊断无人车是否有故障并判断故障类型和警示操作人员；所述显示单元用于显示作业状态以及每一辆无人车的运行状态信息及摄像机采集的环境信息；所述存储单元用于存储无人车的运行状态信息；所述方向盘用于对无人车的远程操控。
进一步的，所述无人车的任务包括装箱、卸箱以及等待，无人车的运行状态信息包括位置信息、电池电量、任务执行状态、障碍物信息及故障类型。
进一步的，所有摄像机初始状态为休眠状态，当无人车开始工作，远程操作终端根据无人车的实时位置或者运行轨迹，激活无人车所在位置或运行轨迹周围的摄像机进行环境信息采集。
进一步的，所述云平台通过全景图像拼接算法将摄像机上传的采集信息进行拼接处理，并根据无人车的位置信息将图像进行切割存储。
进一步的，所述无人车安装有位置传感器、环境感知传感器、力学传感器、距离传感器以及处理器，所述处理器根据位置传感器、环境感知传感器、力学传感器和距离传感器的信息自主跟踪运行路径并自主避障。
进一步的，所述远程操作终端的设备、无人车作业场地的设备均通过VPN接口连接，采用局域网进行通信交互。
进一步的，所述远程操作终端与无人车距离若小于50m，远程操作终端与无人车通过5G网络的D2D连接；否则远程操作终端与无人车通过5G-CPE中转连接，无人车将CAN数据转换为以太网数据发送至5G-CPE，5G-CPE与远程操作终端通讯。
基于上述***的一种基于5G的物流无人车远程操控方法，包括以下步骤：
远程操作终端将任务及运行路径通过5G网络下发至无人车；
无人车开始作业，并将无人车的运行状态信息传回远程操作终端并显示；
若无人车作业中，无人车自主检测周围的环境，检测到前方路径上有障碍物时，无人车在设定的安全距离范围内自主停车并将障碍物信息上传至远程操作终端，待障碍物移开，自主判断周围安全后，再次启动继续执行任务；如果等待障碍物移开时间超过设定时间，无人车向故障诊断单元发送信号，远程操作终端警示远程操作人员介入，判断安全后再次启动；如果无人车出现非障碍物故障信息，将故障信息发送至远程操作终端；
远程操作终端警示操作人员，激活无人车所在位置的相机，操作人员调取云平台对应无人车所在的图像信息，采取相应的故障解决方案；
待无人车完成作业后，远程操作终端下发下一项任务。
进一步的，所述非障碍物故障信息包括无人车偏离路线、传感器失效以及车动力失效；如果非障碍物故障信息为车动力失效，操作人员协调吊车将发生故障的无人车吊回维护中心进行检测维修；若为无人车偏离路线或传感器失效，远程操作人员将方向盘和发生故障的无人车对应连接起来，根据运行轨迹激活无人车周围的摄像机，远程操作终端实时获取云平台的图像并显示，且显示的角度根据无人车的姿态实时调整，远程操作人员根据显示的图像通过方向盘将车开回维护中心。
本发明与现有技术相比，其显著效果为：本发明通过5G通讯网络作为通讯，将远程操控***、摄像机和无人车连通，确保无人车在行驶过程中，无法自主行驶时，可通过远程操作模式操作无人车继续行驶；本发明的摄像机安装在港口物流场地与无人机通过5G通讯，而不是安装在每个无人车上，且摄像机根据作业需求而被激活，否则处于休眠状态，大大节省了成本；本发明基于5G网络的高速和稳定，以及v2x特性更加保证了用户整个操控过程的安全与有效；同时，本发明增加故障诊断***，在无人车发生故障时，对故障类型进行智能检测并上报至远程操作端，使用户更加清晰的了解无人车的情况并远程控制解决故障，减少了维修时间。
附图说明
图1为本发明物流无人车远程操控***示意图。
图2为本发明物流无人车远程操控方法流程图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
基于港口物流无人车所运行的港口已实现5G网络的全覆盖，在港口内部部署若干5G基站，使得5G信号完全覆盖到整个作业场地；同时，在无人车上安装5G接收终端，可实现远程控制终端与无人车信息的实时双向传输。如向无人车发送集装箱装卸作业等指令；无人车通过无线网络将自身状态信息传回远程操作终端。摄像机覆盖整个无人车运行区域，在非工作时间内处于休眠状态。开始工作时，实时预测无人车的运行轨迹，激活轨迹所在位置的相机，并将其拍摄画面通过5G网络传送到云平台进行整流，由远程操作终端根据每个无人车的实时位置就近选择相机数据拉取查看。
结合图1，一种基于5G的物流无人车远程操控***，包括远程操作终端、摄像机、云平台及无人车；在远程操作终端、无人车以及摄像机中都植有5G模块，通过5G网络实现各个模块之间高速、稳定的连接，实现港口无人化安全有效运行；
所述无人车有自动驾驶、人工驾驶和远程遥控驾驶三种操作模式；所述无人车在自动驾驶模式下，负责从堆场到岸桥的集装箱转运工作，无人车内部的数据通过CAN总线进行，所述无人车与远程操作终端距离若小于50m，二者通过5G网络的D2D连接；否则通过5G-CPE中转连接，用于提供高速稳定的图像和信息传输，无人车经过无人车信息转换模块将CAN数据转换为以太网数据，再与5G-CPE进行数据交换，将数据发送到5G网上；所述远程操作终端通过5G-CPE从5G网上读取数据，远程操作终端向无人车发送任务指令的流向为反向；所述摄像机安装于无人车作业的车道即港口场地实现摄像机全覆盖，采集范围覆盖整个无人车作业区域，通过5G网络与云平台传输采集图像；所述云平台通过全景图像拼接算法对整个图像数据进行拼接处理，并根据无人车上传的自身位置信息，将图像进行切割，将无人车运行附近的场景传送到对应的远程操作终端上。
所述远程操作终端所在区域和无人车所在区域的设备均采用VPN接口，用于保证远程操作终端现场和无人车现场采用局域网的方式进行通信交互，方便应用的开发与调试。远程操作终端和无人车之间通过5G CPE连入Internet网络，各自属于内网，相互之间无法通过Internet直接访问。因此在远程操作终端现场和无人车现场分别提供VPN接口，为需要直连的应用和设备提供连接。
所述远程操作终端包括摄像机控制单元、无人车控制单元、显示单元、故障诊断单元、存储单元以及方向盘；
故障诊断单元使得港口可以实时检测港口物流无人车的状态，使得远程操作人员可以安全、有效的远程操作发生故障的无人车，为港口的无人化提供便利。5G网络的高效稳定也使得整个操作过程安全有效；
远程操作终端的显示单元用于显示整个港口的作业状态，远程操作终端接收到无人车的状态信息后，在显示单元的大屏上实时可视化展示，实时显示整个港口的作业状态以及每一辆无人车的运行状态信息，远程操作终端显示单元远程操作人员只需要通过大屏监视整个作业即可，远程操作人员可以任意调取每一辆无人车周围的视频信息，查看无人车的状态信息及其周围的环境信息；所述无人车的状态信息包括无人车的实时位置、电量、故障信息、任务执行状态等。远程操作人员可以根据需要选择查看相应无人车所在位置的摄像机。
远程操作终端的无人车控制单元根据港口的作业需求以及每辆无人车的位置状态信息自主规划每一辆无人车的任务以及路径，并将任务信息和路径数据通过5G网络下发给对应的无人车，具体的，显示单元由大屏组成。
所述摄像机控制单元用于根据无人车作业需求激活相应的摄像机，远程操作人员要查看某无人车周围的环境信息，可以在远程操作终端选择对应无人车的编号，远程操作终端将根据对应编号无人车的位置信息激活其周围摄像机。无人车在移动的过程中，摄像机根据无人车自身的状态和远程操作终端的指令实时预测无人车的运行轨迹，根据运行轨迹激活无人车周围的摄像机，其所拍摄的画面将被推送到云平台进行整流，远程操作终端将从云平台将VR视频拉取下来并在大屏上进行展示，远程操作人员可以查看任意角度的视频。
所述存储单元用于存储无人车的运行状态信息，便于操作人员查看；所述方向盘用于对无人车的远程操控。
结合图2，基于上述***的一种基于5G的物流无人车远程操控方法，包括以下步骤：
步骤1：远程操作终端的无人车控制单元根据港口的作业需求自主规划每一辆无人车的任务，具体来说，任务主要由三种状态——装箱、卸箱以及等待。然后远程操作终端根据无人车的具体任务以及各个无人车的状态信息自主规划出每一辆车的需要行驶的最优路径。最后将任务信息和路径数据通过5G网络下发至对应的无人车；
步骤2：港口物流无人车在接收到任务信息和路径数据后，利用周身配备的传感器，提取其周围的环境信息，判断安全以后自主启动。在行驶的过程中实时上传自身的状态信息，所述的状态信息包括无人车自身的位置信息、电池电量、障碍物信息、故障类型等。在行驶的过程中，无人车会自主检测周围的环境，检测到前方路径上有障碍物时，无人车将在安全的距离范围内自主停车并将障碍物的信息上传至远程操作终端，待障碍物移开，自主判断周围安全后，再次启动继续执行任务。如果障碍物停留时间过长，无人车向远程操作终端发送信号，提醒远程操作人员介入，移开障碍物后，判断安全后再次启动。如果无人车出现非障碍物故障信息，将故障信息发送至故障诊断单元；
港口物流无人车在港口内主要执行从堆场到岸桥的集装箱转运工作，所以其任务中主要包括装箱、卸箱以及等待三个动作，前两个动作可以通过力学传感器和距离传感器判断是否执行完毕。待无人车到达指定位置时，如果执行的是等待任务，无人车将向远程操作终端直接发送信号，如果执行的是前两种任务，无人车将会通过相应的传感器检测任务是否完成；
步骤3：任务动作执行完，无人车将向远程操作终端发送信号，无人车将等待远程操作终端下发下一项任务。
对于步骤2，在执行任务过程中，无人车将实时检测自身的故障信息并实时上传至远程操作终端，所述故障信息包括无人车偏离路线、传感器失效、车动力失效等，一旦检测到故障，无人车会主动驻车并将控制权交给远程操作终端。
远程操作终端在接收到故障信息后，会立即提醒远程操作人员接管对应故障无人车的控制权。远程操作人员通过调用对应无人车周围的摄像机查看无人车周围是否安全。远程操作人员将根据故障等级采取相应的解决方案。比如无人车动力失效，协调吊车将发生故障的无人车吊回维护中心进行检测维修。如果是其它问题，远程操作人员可以远程手动将无人车开回维护中心。
上述远程将无人车远程开回维护中心，其具体操作如下：远程操作人员通过无人车编号调取对应的无人车周围的摄像机，同时将方向盘和发生故障的无人车对应连接起来。摄像机根据无人车自身的状态和远程操作终端的指令实时预测无人车的运行轨迹，根据运行轨迹激活无人车周围的摄像机。摄像机被激活后，其拍摄画面将通过5G网络传送至远程操作终端的大屏进行实时显示，视频显示的角度根据无人车的姿态实时自主调整，用来辅助远程操作人员进行操作。远程操作终端将规划出一个最优路径指示远程操作人员将车开回维护中心。远程操作终端的控制信号将通过5G网络直接发送到无人车，无人车的主控***将根据远程操控指令控制无人车。
远程操作终端实时检测每一辆无人车的状态，一旦发现无人车出现问题，比如偏离路线，速度过快等，可以随时接管无人车的控制权，同时提醒远程操作人员介入，按照上述故障处理方式进行处理。
本发明涉及一种基于5G网络的港口物流无人车远程操作及故障诊断***，主要应用于自动化港口无人车的远程操作，也可用于其他限定场景下低速无人车的远程操作。可实现多辆港口无人车的远程操作和工作状态实时监控。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，且属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。
Claims (10)
1.一种基于5G的物流无人车远程操控***，其特征在于，包括远程操作终端、摄像机、云平台及无人车；所述远程操作终端通过5G网络与摄像机和无人车通信，用于实现对摄像机和与无人车的控制；所述摄像机安装于所有无人车作业的车道，采集范围覆盖整个无人车作业区域，通过5G网络与云平台数据传输；所述无人车用于按照设定的运行路径进行物流作业，无人车内部数据通过CAN总线传输，并通过5G网络与远程操作终端通讯；所述云平台用于处理并存储摄像机上传的采集信息。
2.一种基于5G的物流无人车远程操控***，其特征在于，所述远程操作终端包括摄像机控制单元、无人车控制单元、显示单元、故障诊断单元、存储单元以及方向盘，所述摄像机控制单元用于根据无人车作业需求激活相应的摄像机；所述无人车控制单元用于根据当前作业的任务信息自主规划每一辆无人车的任务，并将任务及运行路径通过5G网络下发至无人车；所述故障诊断单元用于诊断无人车是否有故障并判断故障类型和警示操作人员；所述显示单元用于显示作业状态以及每一辆无人车的运行状态信息及摄像机采集的环境信息；所述存储单元用于存储无人车的运行状态信息；所述方向盘用于对无人车的远程操控。
3.根据权利要求2所述的物流无人车远程操控***，其特征在于，所述无人车的任务包括装箱、卸箱以及等待，无人车的运行状态信息包括位置信息、电池电量、任务执行状态、障碍物信息及故障类型。
4.根据权利要求1所述的物流无人车远程操控***，其特征在于，所有摄像机初始状态为休眠状态，当无人车开始工作，远程操作终端根据无人车的实时位置或者运行轨迹，激活无人车所在位置或运行轨迹周围的摄像机进行环境信息采集。
5.根据权利要求1所述的物流无人车远程操控***，其特征在于，所述云平台通过全景图像拼接算法将摄像机上传的采集信息进行拼接处理，并根据无人车的位置信息将图像进行切割存储。
6.根据权利要求1所述的物流无人车远程操控***，其特征在于，所述无人车安装有位置传感器、环境感知传感器、力学传感器、距离传感器以及处理器，所述处理器根据位置传感器、环境感知传感器、力学传感器和距离传感器的信息自主跟踪运行路径并自主避障。
7.根据权利要求1所述的物流无人车远程操控***，其特征在于，所述远程操作终端的设备、无人车作业场地的设备均通过VPN接口连接，采用局域网进行通信交互。
8.根据权利要求1所述的物流无人车远程操控***，其特征在于，所述远程操作终端与无人车距离若小于50m，远程操作终端与无人车通过5G网络的D2D连接；否则远程操作终端与无人车通过5G-CPE中转连接，无人车将CAN数据转换为以太网数据发送至5G-CPE，5G-CPE与远程操作终端通讯。
9.基于权利要求1～8任一所述物流无人车远程操控***的一种基于5G的物流无人车远程操控方法，其特征在于，包括以下步骤：
远程操作终端将任务及运行路径通过5G网络下发至无人车；
无人车开始作业，并将无人车的运行状态信息传回远程操作终端并显示；
若无人车作业中，无人车自主检测周围的环境，检测到前方路径上有障碍物时，无人车在设定的安全距离范围内自主停车并将障碍物信息上传至远程操作终端，待障碍物移开，自主判断周围安全后，再次启动继续执行任务；如果等待障碍物移开时间超过设定时间，无人车向故障诊断单元发送信号，远程操作终端警示远程操作人员介入，判断安全后再次启动；如果无人车出现非障碍物故障信息，将故障信息发送至远程操作终端；
远程操作终端警示操作人员，激活无人车所在位置的相机，操作人员调取云平台对应无人车所在的图像信息，采取相应的故障解决方案；
待无人车完成作业后，远程操作终端下发下一项任务。
10.根据权利要求9所述的物流无人车远程操控方法，其特征在于，所述非障碍物故障信息包括无人车偏离路线、传感器失效以及车动力失效；如果非障碍物故障信息为车动力失效，操作人员协调吊车将发生故障的无人车吊回维护中心进行检测维修；若为无人车偏离路线或传感器失效，远程操作人员将方向盘和发生故障的无人车对应连接起来，根据运行轨迹激活无人车周围的摄像机，远程操作终端实时获取云平台的图像并显示，且显示的角度根据无人车的姿态实时调整，远程操作人员根据显示的图像通过方向盘将车开回维护中心。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 222001 No. 18, Shenghu Road, Haizhou District, Lianyungang City, Jiangsu Province Applicant after: The 716th Research Institute of China Shipbuilding Corp. Applicant after: JIANGSU JARI TECHNOLOGY GROUP Co.,Ltd. Address before: 222001 No. 18, Shenghu Road, Haizhou District, Lianyungang City, Jiangsu Province Applicant before: 716TH RESEARCH INSTITUTE OF CHINA SHIPBUILDING INDUSTRY Corp. Applicant before: JIANGSU JARI TECHNOLOGY GROUP Co.,Ltd. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |