基于5G通信和高精度定位车辆远程控制系统及其控制装置

摘要

本发明公开了基于5G通信和高精度定位车辆远程控制系统及其控制装置，控制系统包括激光雷达、高清摄像头、高精度定位天线、声控雷达、毫米波雷达、车辆、卫星、时延检测装置、5G基站、控制装置、台架和主机；控制装置包括：底盘、第一齿轮、第二齿轮、电机、信号接收模块、支撑杆、第一连杆、第二连杆、第三连杆和第一液压缸。本发明通过利用数字化及信息化资源，将云端、道路及车辆的信息无缝衔接，利用平行视觉与感知、平行学习、平行规划和平行控制等开发的技术，把远程车辆、管控平台及驾驶模拟器实时连接，使远程车辆的行驶变得可测、可控，提高了车辆系统对环境的快速反应，降低整体系统成本，实现车路互动、多车协同、平行操控、安全行驶。

说明书

技术领域

本发明属于远程驾驶控制领域，具体涉及一种基于5G通信和高精度定位车辆远程控制系统及其控制装置。

背景技术

随着现在科技的不断发展，基于5G的低时延，大带宽和高可靠性等特点，目前远程可控制车辆在民用车辆自动驾驶，救灾情况的道路抢修，高温高寒驾驶等领域具有极其广阔的应用前景。随着高清摄像头，激光雷达，毫米波雷达，超声波传感器，高精度定位技术的成熟，提供了车辆远程驾控实现的基础条件。车辆远程驾驶控制的应用和普及，可极大促进汽车行业升级换代，降低特定行业工作情形下的危险性，以及提高作业效率和大幅度缩减作业成本。

目前的远程驾驶控制和自动驾驶行业中绝大部分仍采用4G网络，均面临着高时延问题，难以形成有效和实用的远程驾控体验，存在较高的安全风险。目前的远程驾控大部分应用于封闭场景，且只能在预先规定的轨迹线上行驶，大大降低了自动驾驶的应用范围和使用价值。

而通过基于5G通信技术的远程驾控，有助于实现车之间，车与云、车与路的全方位网络连接，实现低延迟，高精度车辆远程驾控。市场上汽车电气化，数据通信超快速、低时延蜂窝连接，大量集成传感器高度通联，形成对远程驾控的极大需求。智能网关是实现自动驾驶和智慧交通的重要组成部分。因此，一种具备厘米及高精度定位，低时延远程的驾驶控制系统亟需实现。

针对上述提出的问题，现设计一种基于5G通信和高精度定位车辆远程控制系统及其控制装置。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于5G通信和高精度定位车辆远程控制系统及其控制装置，通过充分利用数字化及信息化资源，将云端、道路及车辆上的信息无缝衔接，利用平行视觉与感知、平行学习、平行规划和平行控制等开发的关键技术，把远程车辆、管控平台及驾驶模拟器实时连接起来，使远程车辆的行驶变得可测、可控，提高了车辆系统对环境的快速反应。并降低整体系统成本，从而实现车路互动、多车协同、平行操控、安全行驶。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

基于5G通信和高精度定位车辆远程控制系统，包括：激光雷达、高清摄像头、高精度定位天线、声控雷达、毫米波雷达、车辆、卫星、时延检测装置、5G基站、控制装置、台架和主机。

所述激光雷达、高清摄像头、高精度定位天线、声控雷达和毫米波雷达将信号传输至车辆，实现车端多路摄像头视频采集、障碍物搜集和识别，视频传输、远程控车、5G的Wi-Fi热点分享等主要功能，所述车辆将信号传输至卫星和5G基站，所述卫星将信号传输至车辆，所述5G基站将信号传输至时延检测装置和控制装置，所述时延检测装置将信号传输至车辆，所述控制装置将信号传输至5G基站和台架，所述台架将信号传输至控制装置和主机，所述主机将信号传输至台架。

进一步的，所述高清摄像头拍摄车辆行驶过程中各个方位的实时图像，所述激光雷达、声控雷达和毫米波雷达在车辆行驶过程中对车辆周围的障碍物进行探测，声音进行收集。

进一步的，所述高精度定位天线将车辆实时的位置无线传输至卫星，卫星再将位置信息反馈至车辆，所述激光雷达、高清摄像头、声控雷达和毫米波雷达将采集的实时驾驶的图像信息、声音信息和路况信息无线传输至车辆，所述车辆将采集的位置信息、图像信息、声音信息和路况信息无线传输至5G基站。

进一步的，所述5G基站将信息通过光纤传输至控制装置，接着控制装置将接收的信号传输至台架，并将其信息显示在台架上，所述台架将接收的信息再有线传送至主机进行处理，完成对所采集数据的解码，视频拼接等计算。

进一步的，待主机将各信号分析处理完成之后，再将处理信号以报文指令形式有线传输至台架，所述台架根据车辆传输的实时信号与主机分析得出的信号进行比对，然后做出调控，同时生成调控信号，并将调控信息传输至控制装置，所述控制装置接收到信号之后再将信号传输至5G基站，所述5G基站再将信号传输至时延检测装置进行检测，待检测合格之后，所述时延检测装置将信号传输至车辆，车辆接收到信号后根据报文指令进行相应的调整。

所述控制装置包括底盘，所述底盘内设有转动连接的第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮啮合，所述第一齿轮的正上方设有与底盘固定连接的支撑台，所述支撑台的上端固定设有电机，所述电机的输出端贯穿支撑台，并与第一齿轮固定连接，所述第二齿轮圆周阵列在第一齿轮的侧端，所述第二齿轮的上端固定设有信号接收模块。

进一步的，所述信号接收模块包括信号聚拢锅体，所述信号聚拢锅体的一端安装有信号接收发生天线，所述信号聚拢锅体的另一端固定设有紧固件，所述信号聚拢锅体的另一端固定设有第一连接件，所述第一连接件与第二液压缸的输出端转动连接，所述第二液压缸与三角座转动连接，所述三角座的上端固定设有对称设置的第二连接件，所述第二连接件与信号聚拢锅体转动连接，所述三角座的正下方设有与第二齿轮固定连接的基座，所述基座通过连接柱固定连接，所述基座上转动设有第三液压缸，所述第三液压缸的输出端与三角座转动连接。

进一步的，所述底盘的下端固定设有支撑杆，所述支撑杆的侧端固定设有圆周阵列的滑槽，所述滑槽竖直设置，所述滑槽内设有滑动连接的第一连接块，所述第一连接块在滑槽内滑动且不脱落，所述第一连接块与支撑腿的一端转动连接，所述支撑杆和支撑腿的下端固定设有地脚。

进一步的，所述支撑杆的侧端固定设有圆周阵列的第二连接块，所述第二连接块置于第一连接块的正下方，所述支撑腿的侧端固定设有第三连接块，所述第二连接块与第一连杆的一端转动连接，所述第一连杆的另一端与第三连接块转动连接，所述支撑腿的拐角两端分别固定设有第四连接块和第五连接块，所述第四连接块与第二连杆的一端转动连接，第二连杆的另一端与第三连杆的一端转动连接，所述第三连杆的另一端与相邻所述支撑腿上的第五连接块转动连接，所述支撑杆的侧端固定设有圆周阵列的第一液压缸，所述第一液压缸的输出端与支撑腿的拐角固定连接。

进一步的，所述支撑腿的拐角与杆体转动连接。

本发明的有益效果：

1、本发明提出的基于5G通信和高精度定位车辆远程控制系统及其控制装置，通过驾驶端的驾控平台，可以实现平台对多辆车的远程操控功能，同时，驾控平台端可以进行车辆切换，分别单独控制其中某一台车辆，从而节省相应车辆配备的驾驶员数量，可以完成用户管理，车辆，驾驶员等其它资源调度；

2、本发明提出的基于5G通信和高精度定位车辆远程控制系统及其控制装置，通过在车端布置摄像头和声音感知装置，实现车辆端和架空平台的语音视频交互，同时，方便远程驾驶员对车内信息的掌控，以确保车辆人员安全；

3、本发明提出的基于5G通信和高精度定位车辆远程控制系统及其控制装置，利用激光雷达，毫米波雷达，以及声波雷达采集的障碍物距离数据实现远程驾控的方法，对于采集的移动或静止车端多样化数据，在车端直接进行信息处理，采用压缩算法对视频信息和雷达信息数据进行压缩，从而减小数据传输负担；

4、本发明提出的基于5G通信和高精度定位车辆远程控制系统及其控制装置，能通过台架模拟出远程车辆在驾驶状态的运动状态，对控制人员形成实时的动态感知，提高了操作人员的感知程度；

5、本发明提出的基于5G通信和高精度定位车辆远程控制系统及其控制装置，通过高精度定位功能，高清摄像头，以及声波雷达，实现车辆周围近距离预警，从而提升远程驾控的安全性；

6、本发明提出的基于5G通信和高精度定位车辆远程控制系统及其控制装置，无线信号传输或者报文指令传输时延大于设定数值时，车辆将根据周围环境状况自行减速操作；当视频，无线或者报文指令传输时延大于更大一个设定数值时，远程车辆将自行制动操作以至停止，确保车辆行驶安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的整体系统流程图；

图2是本发明实施例的控制系统流程图；

图3是本发明实施例的远程车辆控制台架结构侧视图；

图4是本发明实施例的远程车辆控制台架结构正视图；

图5是本发明实施例的远程车辆控制台架结构俯视图；

图6是本发明实施例的人员操控远程车辆控制台架结构示意图；

图7是本发明实施例的远程驾驶控制系统基础功能示意图；

图8是本发明实施例的车辆驾驶控制平台端屏幕显示及操作界面示意图；

图9是本发明实施例的远程控制终端显示的驾驶控制界面示意图；

图10是本发明实施例的远程车辆驾驶控制系统实现方式以及开发方式示意图；

图11是本发明实施例的控制装置整体结构示意图；

图12是本发明实施例的信号接收模块结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1、图2所示，基于5G通信和高精度定位车辆远程控制系统，包括：激光雷达、高清摄像头、高精度定位天线、声控雷达、毫米波雷达、车辆、卫星、时延检测装置、5G基站、控制装置、台架和主机。所述激光雷达、高清摄像头、高精度定位天线、声控雷达和毫米波雷达将信号传输至车辆，实现车端多路摄像头视频采集、障碍物搜集和识别，视频传输、远程控车、5G的Wi-Fi热点分享等主要功能。所述车辆将信号传输至卫星和5G基站，所述卫星将信号传输至车辆。所述5G基站将信号传输至时延检测装置和控制装置，所述时延检测装置将信号传输至车辆。所述控制装置将信号传输至5G基站和台架，所述台架将信号传输至控制装置和主机，所述主机将信号传输至台架。

所述高清摄像头拍摄车辆行驶过程中各个方位的实时图像，所述激光雷达、声控雷达和毫米波雷达在车辆行驶过程中对车辆周围的障碍物进行探测，声音进行收集。所述高精度定位天线将车辆实时的位置无线传输至卫星，卫星再将位置信息反馈至车辆，所述激光雷达、高清摄像头、声控雷达和毫米波雷达将采集的实时驾驶的图像信息、声音信息和路况信息无线传输至车辆，所述车辆将采集的位置信息、图像信息、声音信息和路况信息无线传输至5G基站，所述5G基站再将信息通过光纤传输至控制装置，接着控制装置将接收的信号传输至台架，并将其信息显示在台架上。所述台架将接收的信息再有线传送至主机进行处理，完成对所采集数据的解码，视频拼接等计算。

待主机将各信号分析处理完成之后，再将处理信号以报文指令形式有线传输至台架，所述台架根据车辆传输的实时信号与主机分析得出的信号进行比对，然后做出调控，同时生成调控信号，并将调控信息传输至控制装置。所述控制装置接收到信号之后再将信号传输至5G基站，所述5G基站再将信号传输至时延检测装置进行检测，在此之前对时延检测装置进行数值设定，本实施例中设定500ms和1000ms两个节点，当信号传输时延大于500ms小于1000ms时，车辆将根据周围环境状况自行减速操作；当信号传输时延时大于1000ms时，车辆将自行制动操作以至停止，确保车辆行驶安全。待检测合格之后，所述时延检测装置将信号传输至车辆，车辆接收到信号后根据报文指令进行相应的调整。

需要注意的是，所述高清摄像头采用串口连接，车端采用共计8个车端高清摄像头。外360°环视视角采集：正前、及其左、右；正后、及其左、右。车内上方前前端，后端各具有一个摄像头。

车载终端获取的多路高清视频信息，无线测距，以及障碍物信息，在车载终端通过车规级高速芯片处理系统进行H.265视频码流压缩,以减小视频传输容量，降低远程驾控延迟。

车端信息处理终端，集成网关控车程序，5G通信模组。驾控平台端搭建MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)服务器进行通信数据捕获，采用Postman进行接口应用程序调试。

车架端利用高性能处理器进行对压缩视频的解码，AI显示，视频拼接，以及轨迹线标定等操作。通过该方法，车端至控制台架端的数据传输时延控制在180ms以内。台架端至车载终端的报文指令时延控制在20ms以内。

车载终端处理单元采用车规级高性能处理芯片，进行车端采集数据处理。终端单元按照车规级标准设计制造，具备丰富的接口和电气隔离措施，保障产品在各种苛刻的情况下长期可靠运行。具备5G网络通讯、多路摄像头视频采集、视频传输、平行控车、路由器，Wi-Fi热点与以太网功能等。

本发明可实现运营调度功能，包括二维或三维地图显示，车辆控制台操作，车辆控制功能。可实现系统管理功能。包括新增用户，修改用户，删除用户，查询用户，用户权限管理，以及日志管理功能。可实现调度员和驾驶员管理功能，包括调度员和驾驶员基本信息新增，修改，删除和查询功能。可实现控制台和车辆基本信息修改功能，包括信息的新增，修改，查询和删除功能；路径规划，视频监控，用户管理，权限管理，日志管理，驾驶员基本信息管理功能，以及控制台管理和车辆信息管理功能。

所述台架的结构如图3、图4、图5和图6所示，所述台架能够模拟远程车辆在驾驶状态的运动状态感知情况。即车辆运动过程中的前后加速度，上下加速度(对应车辆颠簸情况)。所述台架具有动感驾驶功能，利用台架端的高性能计算机通过动感体验算法实现对车辆驾驶驾的多方位加速度模拟。驾驶员在台架端可以获取和在真实车辆内部一样的动感驾驶体验。驾驶端的后台系统障碍物识别算法和危险距离预警算法，可以根据车端采集的视频，GNSS数据，毫米波雷达，激光雷达，以及声波雷达数据，进行障碍物，距离预警和障碍物识别。所述台架的屏幕显示及操作界面如图8所示，显示了灯光，刹车，转向指示，车辆开关状态，速度，挡位状态，车内温度情况，转向角度，车辆编号，电量，5G信号强度，Wi-Fi信号强度，卫星信号强度等信息。

如图7所示，综上所述，本发明提出的基于5G通信和高精度定位车辆远程控制系统，实现了视频处理，网络传输，车辆高精度定位，车辆远程控制，以及安全防护功能。

如图9所示，同时，通过终端应用程序可以实现远程控制车辆。该终端可以采用手机，平板，电脑等。终端应用程序界面包括方向盘转向，车辆灯光，转向指示灯，挡位，脚刹，手刹，油门，速度控制。

本实施例中的远程驾驶控制技术，采用Android系统平台，通过安装“远程控车”应用程序，实现终端对远程车辆的远程驾驶控制。控车的网络环境采用5G网络，同时支持4G和3G网络，亦可以采用Wi-Fi热点。

如图10所示，本发明提出的基于5G通信和高精度定位车辆远程控制系统通过四个层级实施开发：表面层、应用层、数据层和数据采集。其中表面层控制台进行数据的计算以及发送指令；应用层实现车辆的管理，调度，驾驶控制，以及对驾驶员的管理；数据层实现数据的采集，数据交换和计算，日志管理，接口设置，以及车辆情况和驾驶信息数据库管理；数据采集实现所搜集数据的利用，进而上传到驾驶控制端，包括控制台信息，驾驶员信息，外部采集信息，以及车辆信息。

如图11所示，所述控制装置包括底盘1，所述底盘1内设有转动连接的第一齿轮2和第二齿轮3，所述第一齿轮2与第二齿轮3啮合。所述第一齿轮2的正上方设有与底盘1固定连接的支撑台4，所述支撑台4的上端固定设有电机5，所述电机5的输出端贯穿支撑台4，并与第一齿轮2固定连接。所述第二齿轮3圆周阵列在第一齿轮2的侧端，所述第二齿轮3的上端固定设有信号接收模块6。

所述底盘1的下端固定设有支撑杆7，所述支撑杆7的侧端固定设有圆周阵列的滑槽19，所述滑槽19竖直设置。所述滑槽19内设有滑动连接的第一连接块8，所述第一连接块8在滑槽19内滑动且不脱落。所述第一连接块8与支撑腿9的一端转动连接，所述支撑杆7和支撑腿9的下端固定设有地脚10。需要注意的是，所述支撑腿9的拐角处与杆体转动连接，这种设置目的是为了支撑腿9在调节时，下端固定的地脚10始终与地面垂直，保证稳定。

所述支撑杆7的侧端固定设有圆周阵列的第二连接块11，所述第二连接块11置于第一连接块8的正下方，所述支撑腿9的侧端固定设有第三连接块12，所述第二连接块11与第一连杆13的一端转动连接，所述第一连杆13的另一端与第三连接块12转动连接。所述支撑腿9的拐角两端分别固定设有第四连接块15和第五连接块16，所述第四连接块15与第二连杆17的一端转动连接，第二连杆17的另一端与第三连杆18的一端转动连接，所述第三连杆18的另一端与相邻所述支撑腿9上的第五连接块16转动连接。所述支撑杆7的侧端固定设有圆周阵列的第一液压缸14，所述第一液压缸14的输出端与支撑腿9的拐角固定连接。

如图12所示，所述信号接收模块6包括信号聚拢锅体61，所述信号聚拢锅体61的一端安装有信号接收发生天线62，所述信号聚拢锅体61的另一端固定设有紧固件64。所述信号聚拢锅体61的另一端固定设有第一连接件63，所述第一连接件63与第二液压缸65的输出端转动连接，所述第二液压缸65与三角座66转动连接。所述三角座66的上端固定设有对称设置的第二连接件67，所述第二连接件67与信号聚拢锅体61转动连接。所述三角座66的正下方设有与第二齿轮3固定连接的基座68，所述基座68通过连接柱69固定连接。所述基座68上转动设有第三液压缸610，所述第三液压缸610的输出端与三角座66转动连接。

使用时，根据实际需要控制第一液压缸14的输出端伸缩，通过对支撑腿9角度和位置的调节，从而调整整体控制装置的重心，使其在复杂环境中仍能保持稳定。然后启动电机5，使得第一齿轮2带动第二齿轮3转动，对信号接收模块6的朝向进行大致调整。然后再控制第二液压缸65和第三液压缸610的输出端伸缩，对其进行细致调整。本控制装置不仅能够始终保证自身的稳定性，通过能够满足信号的全方位接收和发送，保证的信号传输的强度和稳定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。