CN118311854A - 一种基于井下矿车远程驾驶舱多级安全冗余保障系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人驾驶技术领域，且公开了一种基于井下矿车远程驾驶舱多级安全冗余保障系统，包括无人驾驶矿车、云控平台、驾驶舱、流媒体服务器、运维PAD和安全开关；无人驾驶矿车包括SOC+MCU的异构域控制器作为车辆控制单元，线控为车辆实际执行控制单元。该基于井下矿车远程驾驶舱多级安全冗余保障系统，依托云控平台智能算法调度，实现多端发起，多车与多舱通过专用流媒体服务器在特定网络通道下交互，辅助配合运维PAD、安全开关，及雷达AEB功能等多设备端的安全冗余配置，应对无人驾驶车辆复杂的故障场景，最大限度的保证安全，和续接作业任务，极大提高无人驾驶系统工作效率与容错率。

Description

一种基于井下矿车远程驾驶舱多级安全冗余保障系统

技术领域

本发明涉及无人驾驶技术领域，具体为一种基于井下矿车远程驾驶舱多级安全冗余保障系统。

背景技术

随着无人驾驶技术的迅猛发展，应用该技术的领域也不断增多，然而，在实际的工程应用中，无人驾驶仍然存在不少技术难点，为了保证井下矿区无人系统作业安全和高效，必须具备良好的容错及故障处理机制，当无人驾驶系统出现异常时，应具完善的应对机制，用于解决出现的问题，保障作业安全及高效的接续工作，尽可能减少经济损失，因此多级安全冗余保障变得十分重要。

目前井下遥控驾驶系统应用较少，且一般遥控驾驶系统均采用直接点对点遥控视频推收流，进行实时监控和遥控控制，遥控端与被遥控车辆直接进行数据交互，其中视频传输主要通过rtsp协议实现，控制指令多采用广播udp报文下发，针对井下遥控场景，目前主要采用近场遥控作业，受限于网络条件，一般由现场运维操作人员手持遥控器进行遥控作用，作业效率与安全均有作业人员保证。

以此，现有井下遥控作业稳定性受限于网络环境与现场运维，其安全和效率没法保证，遥控端布置在井下或距离作业区域较近的距离无法重根本上保障操作人员安全，而且井下环境复杂，这也导致遥控作业效率较低，同时完全依赖操作人员操作无法应对突发的紧急状况，为此本发明提供了一种基于井下矿车远程驾驶舱多级安全冗余保障系统。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种基于井下矿车远程驾驶舱多级安全冗余保障系统，为解决井下矿区无人驾驶应用中，纯无人运行时出现的突发故障等异常情况，保障作业安全与工作接续，提高遥控作业安全性与效率。

本发明提供如下技术方案：一种基于井下矿车远程驾驶舱多级安全冗余保障系统，包括无人驾驶矿车、云控平台、驾驶舱、流媒体服务器、运维PAD和安全开关；

无人驾驶矿车包括SOC+MCU的异构域控制器作为车辆控制单元，线控为车辆实际执行控制单元，以及分布在车辆前后左右的四路摄像头、视频推流控制器、无人驾驶车控单元、激光雷达与毫米波雷达、支持5G的cpe网络设备，可切换无人驾驶模式和遥控驾驶模式；

通过激光雷达与毫米波雷达感知设备和定位设备通过决策规划及控制算法的计算，车控单元向线控系统发送控制指令，同时对线控系统的状态数据进行接收，反馈给云控平台；

在遥控驾驶模式下，车辆控制单元通过控制视频推流控制器，向流媒体服务器推送视频数据，并且接收驾驶舱发送过来的控制指令，车辆控制单元作为无人驾驶车辆的大脑，通过云控平台指令和其运行的无人驾驶程序，来执行无人驾驶与遥控驾驶的状态切换；

驾驶舱包括显示器、工控机、模拟驾驶部件，通过操作方向盘、刹车油门部件，下发车辆的控制指令，其中模拟驾驶部件内还配备一个急停按钮，执行紧急停车操作；

流媒体服务器作为视频及信号传输中中介；可转发视频及控制信号，并对多个设备进行收流，遥控的同时，其他设备作为安全冗余进行监控，同时对多个舱和多个矿车进行匹配；

云控平台负责调度，对所有矿车的状态进行监测，可查看每一台矿车的实时状态，并对无人驾驶矿车下发控制指令及作业任务，同时通过算法调度车辆与驾驶舱进行匹配，下发遥控指令控制矿车切换到遥控驾驶模式；

运维PAD作为移动操作端，运维PAD通过无线网络与云控平台连接，获取每辆车的状态信息，通过运维PAD上的界面操作，向云控平台发送对车辆的启动、停止、上报故障、发起指定车辆遥控驾驶申请操作；

安全开关同样也是现场运维或保障人员使用的安全设备，用于人为干预遥控系统作业，进行紧急停车。

优选的，在切换到遥控驾驶模式后，驾驶舱与车端通过流媒体服务器进行视频数据与控制指令交互，流媒体服务器专注于遥控驾驶模式下车端与舱端的数据交互，通过专用的5G通道，加快数据传输。

优选的，驾驶舱与无人驾驶矿车通过一对一的匹配方式连接，云控平台分别向匹配成功的车端与舱端下发遥控驾驶指令，驾驶舱在匹配车辆成功后，通过驾驶舱上的驾驶安全开关，选择是否下发车辆控制指令。

优选的，在专业驾驶人员不足或出现故障的情况下时，驾驶舱舱可禁止模拟驾驶控制器下发车辆控制指令，只进行收流监控车辆状态，在必要条件下启动急停，停止车辆工作；在开启驾驶安全开关条件下，对视频进行监控，并通过模拟驾驶控制器下发车辆控制指令，远程操控车辆。

与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：

该基于井下矿车远程驾驶舱多级安全冗余保障系统，依托云控平台智能算法调度，实现多端发起，多车与多舱通过专用流媒体服务器在特定网络通道下交互，辅助配合运维PAD、安全开关，及雷达AEB功能等多设备端的安全冗余配置，应对无人驾驶车辆复杂的故障场景，最大限度的保证安全，和续接作业任务，极大提高无人驾驶系统工作效率与容错率。

通过云控平台、驾驶舱、现场运维的多通道监控，在遥控车辆出现异常情况时，可以及时将车停下来，根据实际环境，快速的发起远程遥控接管，进行续接任务和驾驶到安全区停车。通过驾驶舱与多车智能匹配，提高系统工作效率，辅助车上多路感知传感器保障安全。

附图说明

图1为本发明系统架构图；

图2为本发明系统工作流程图。

具体实施方式

为了使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明，以避免不必要地混淆本发明的概念。

请参阅图1，一种基于井下矿车远程驾驶舱多级安全冗余保障系统，包括无人驾驶矿车、云控平台、驾驶舱、流媒体服务器、运维PAD和安全开关；

无人驾驶矿车包括SOC+MCU的异构域控制器作为车辆控制单元，线控为车辆实际执行控制单元，以及分布在车辆前后左右的四路摄像头、视频推流控制器、无人驾驶车控单元、激光雷达与毫米波雷达、支持5G的cpe网络设备，可切换无人驾驶模式和遥控驾驶模式；

通过激光雷达与毫米波雷达感知设备和定位设备通过决策规划及控制算法的计算，车控单元向线控系统发送控制指令，同时对线控系统的状态数据进行接收，反馈给云控平台；

在遥控驾驶模式下，车辆控制单元通过控制视频推流控制器，向流媒体服务器推送视频数据，并且接收驾驶舱发送过来的控制指令，车辆控制单元作为无人驾驶车辆的大脑，通过云控平台指令和其运行的无人驾驶程序，来执行无人驾驶与遥控驾驶的状态切换；

驾驶舱包括显示器、工控机、模拟驾驶部件，通过操作方向盘、刹车油门部件，下发车辆的控制指令，其中模拟驾驶部件内还配备一个急停按钮，执行紧急停车操作；

驾驶舱与无人驾驶矿车通过一对一的匹配方式连接，云控平台分别向匹配成功的车端与舱端下发遥控驾驶指令，驾驶舱在匹配车辆成功后，通过驾驶舱上的驾驶安全开关，选择是否下发车辆控制指令。

在专业驾驶人员不足或出现故障的情况下时，驾驶舱舱可禁止模拟驾驶控制器下发车辆控制指令，只进行收流监控车辆状态，在必要条件下启动急停，停止车辆工作；在开启驾驶安全开关条件下，对视频进行监控，并通过模拟驾驶控制器下发车辆控制指令，远程操控车辆。

流媒体服务器作为视频及信号传输中中介；可转发视频及控制信号，并对多个设备进行收流，遥控的同时，其他设备作为安全冗余进行监控，同时对多个舱和多个矿车进行匹配；

云控平台负责调度，对所有矿车的状态进行监测，可查看每一台矿车的实时状态，并对无人驾驶矿车下发控制指令及作业任务，同时通过算法调度车辆与驾驶舱进行匹配，下发遥控指令控制矿车切换到遥控驾驶模式；

在切换到遥控驾驶模式后，驾驶舱与车端通过流媒体服务器进行视频数据与控制指令交互，流媒体服务器专注于遥控驾驶模式下车端与舱端的数据交互，通过专用的5G通道，加快数据传输，保障遥控驾驶模式下大数据吞吐与低延迟的数据传输，与传统的点对点的遥控模式不同，流媒体服务器作为数据交互中介，可以转发视频及控制信号，有了这个中介存在，可以实现多个设备收流，遥控的同时，其他设备作为安全冗余进行监控，同时还可以实现多个舱和多个矿车进行匹配。

运维PAD作为移动操作端，运维PAD通过无线网络与云控平台连接，获取每辆车的状态信息，通过运维PAD上的界面操作，向云控平台发送对车辆的启动、停止、上报故障、发起指定车辆遥控驾驶申请操作。

安全开关同样也是现场运维或保障人员使用的安全设备，用于人为干预遥控系统作业，进行紧急停车。

一种基于井下矿车远程驾驶舱多级安全冗余保障系统的工作模式分为：无人驾驶模式和远程遥控驾驶模式；无人驾驶模式下，无人驾驶矿车接收平台下发任务，依托自身感知、决策规划、控制算法等模块进行无人驾驶，该模式并非本发明的重点，不再展开陈述；本发明主要应用在：无人驾驶车辆、云控平台、现场运维、驾驶舱多端发起遥控驾驶申请时，进行智能匹配，进入遥控驾驶模式；主要的工作流程作用于驾驶舱，流程如图2所示。

一种基于井下矿车远程驾驶舱多级安全冗余保障方法，当驾驶舱开机，舱内程序会对整个驾驶舱硬件设备进行自检，确保方向盘、刹车油门等设备工作正常，同时驾驶舱提供可视化的自检程序，在界面上显示模拟驾驶控制器各操作部件数据，生成可视化的车辆控制指令，方便驾驶舱的司机进行人工校准；如果司机发现驾驶舱模拟驾驶控制器生成指令异常可以向云控平台上报驾驶舱故障，云控平台就不会为该舱匹配车辆。

自检成功后，司机通过账号密码向平台登录；上线成功后，云控平台系统就可以通过调度算法，在无人驾驶车辆上报故障请求遥控接管时，进行车舱匹配；上线成功的驾驶舱在其显示界面上会显示所有上线成功的无人驾驶矿车，并显示工作状态，如果无人驾驶车辆偏离预定轨没有正常执行作业任务且并未向云控平台上报故障时，驾驶舱同样可以采用主动接管的方式，向云控平台主动申请指定车辆的遥控驾驶，操控车辆进入正确轨迹，续接作业任务。如图2所示，车端与驾驶舱都具备向云控平台申请遥控驾驶的功能，可以有效的应对多种复杂的故障场景，提高任务续接的效率。

在云控平台的调度匹配完成后，即发起车舱之间的视频推收流过程，驾驶舱可以通过驾驶安全开关，决定是否下发车辆控制指令；无论是否开启驾驶安全开关，都需要对矿车进行实时视频监控。云控平台通过配置页面进行无人驾驶矿车和驾驶舱的配对，并将推流命令发送给矿车，矿车接收到推流命令后，通过推流控制器将视频流推送到流媒体服务器；驾驶舱在匹配成功后会从流媒体服务器收取对应矿车的视频数据，在显示器上显示车辆前、后、左、右的四路实时视频；所在驾驶舱的司机，会根据视频显示的情况，结合驾驶舱的硬件状态(方向盘、油门等硬件是否正常)决定是否开启驾驶安全开关。驾驶舱急停开关是由驾驶舱司机发起的急停操作，在车舱未匹配成功时，司机可以通过驾驶舱显示器查看上线成功的每一辆矿车的实时状态信息，包括：矿车的作业状态、速度、所在大致区域等，司机可以在未接收到云控平台调度匹配时，向云控平台主动申请遥控指定矿车，进行主动匹配，通过矿车的状态信息判断矿车发生危险时，启动驾驶舱急停按钮使矿车停车。

运维PAD由作业现场的调度人员使用，通过运维PAD同样可以查看每一辆车的运行状态，通过肉眼观察也可以观测每一辆矿车的状况；当调度人员发现危险情况时，则按下运维PAD上的急停按钮，急停命令先上传到云控平台，使矿车停车，运维PAD也可人工判断无人驾驶矿车工作异常时，向平台上传对指定车辆的遥控驾驶舱切换，云控平台收到上报指令后，对可用的驾驶舱进行匹配，开始执行遥控驾驶，通过驾驶舱司机远程控制，修正矿车异常操作，继续正确执行作业任务。

远程驾驶模式是无人驾驶矿车异常时有效的安全保障，可由驾驶舱、云控平台、现场运维PAD等多端发起，通过云控平台智能匹配，依靠监控视频辅助司机远程操作，在无人驾驶模式异常时进行人工修正，续接任务，当矿车工作恢复正常时，可以由驾驶舱向平台发起继续无人驾驶的申请，矿车继续进入无人驾驶模式；如无法续接任务时，遥控驾驶进入安全区域停车；当驾驶舱完成续接任务或安全区停车后，可以向云控平台申请，释放与矿车的匹配关系，平台可以继续通过调度算法为该驾驶舱匹配其他异常的无人驾驶矿车，大大提高驾驶舱的工作效率。

通过上述多通道多种机制的车舱遥控驾驶匹配，可以保证无人驾驶运营过程中的车辆安全，高效的续接作业任务，减少经济损失，从而使无人驾驶系统可以更快落地。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于井下矿车远程驾驶舱多级安全冗余保障系统，其特征在于，包括无人驾驶矿车、云控平台、驾驶舱、流媒体服务器、运维PAD和安全开关；

无人驾驶矿车包括SOC+MCU的异构域控制器作为车辆控制单元，线控为车辆实际执行控制单元，以及分布在车辆前后左右的四路摄像头、视频推流控制器、无人驾驶车控单元、激光雷达与毫米波雷达、支持5G的cpe网络设备，可切换无人驾驶模式和遥控驾驶模式；

通过激光雷达与毫米波雷达感知设备和定位设备通过决策规划及控制算法的计算，车控单元向线控系统发送控制指令，同时对线控系统的状态数据进行接收，反馈给云控平台；

在遥控驾驶模式下，车辆控制单元通过控制视频推流控制器，向流媒体服务器推送视频数据，并且接收驾驶舱发送过来的控制指令，车辆控制单元作为无人驾驶车辆的大脑，通过云控平台指令和其运行的无人驾驶程序，来执行无人驾驶与遥控驾驶的状态切换；

驾驶舱包括显示器、工控机、模拟驾驶部件，通过操作方向盘、刹车油门部件，下发车辆的控制指令，其中模拟驾驶部件内还配备一个急停按钮，执行紧急停车操作；

流媒体服务器作为视频及信号传输中中介；可转发视频及控制信号，并对多个设备进行收流，遥控的同时，其他设备作为安全冗余进行监控，同时对多个舱和多个矿车进行匹配；

云控平台负责调度，对所有矿车的状态进行监测，可查看每一台矿车的实时状态，并对无人驾驶矿车下发控制指令及作业任务，同时通过算法调度车辆与驾驶舱进行匹配，下发遥控指令控制矿车切换到遥控驾驶模式；

运维PAD作为移动操作端，运维PAD通过无线网络与云控平台连接，获取每辆车的状态信息，通过运维PAD上的界面操作，向云控平台发送对车辆的启动、停止、上报故障、发起指定车辆遥控驾驶申请操作；

安全开关同样也是现场运维或保障人员使用的安全设备，用于人为干预遥控系统作业，进行紧急停车。

2.根据权利要求1所述的一种基于井下矿车远程驾驶舱多级安全冗余保障系统，其特征在于：在切换到遥控驾驶模式后，驾驶舱与车端通过流媒体服务器进行视频数据与控制指令交互，流媒体服务器专注于遥控驾驶模式下车端与舱端的数据交互，通过专用的5G通道，加快数据传输。

3.根据权利要求1所述的一种基于井下矿车远程驾驶舱多级安全冗余保障系统，其特征在于：驾驶舱与无人驾驶矿车通过一对一的匹配方式连接，云控平台分别向匹配成功的车端与舱端下发遥控驾驶指令，驾驶舱在匹配车辆成功后，通过驾驶舱上的驾驶安全开关，选择是否下发车辆控制指令。

4.根据权利要求1所述的一种基于井下矿车远程驾驶舱多级安全冗余保障系统，其特征在于：在专业驾驶人员不足或出现故障的情况下时，驾驶舱舱可禁止模拟驾驶控制器下发车辆控制指令，只进行收流监控车辆状态，在必要条件下启动急停，停止车辆工作；在开启驾驶安全开关条件下，对视频进行监控，并通过模拟驾驶控制器下发车辆控制指令，远程操控车辆。