车载边缘计算网关设备及系统的制作方法

1.本发明属于物流监测技术领域，具体涉及一种车载边缘计算网关设备及系统。


背景技术：

2.电商的迅速发展，给物流各个领域都带来机遇和挑战，使以前一些不可控的因素透明化、职责化，迫切需要成熟可控的智慧物流解决方案，物联网快速发展催生出了多种多样的解决方案，gps车辆定位、货物追踪、物流电子锁、冷链车辆温湿度检测、疲劳驾驶检测、车辆车况油耗检测等各种需求解决方案，数据由终端设备采集后通过移动网络上传至云平台，由云平台提供各种应用服务。
3.为了应对物联网快速发展带来的边缘采集、协议解析、网络通讯、数据时延等问题，云计算开始由单点服务走向联网服务，由原来独立的云走向联网云，边缘计算逐步兴起，意味着许多控制将通过本地设备实现而无需交由云端，处理过程将在本地边缘计算层完成。这无疑将大大提升处理效率，减轻云端的负荷。由于更加靠近用户，还可为用户提供更快的响应，将需求在边缘端解决。
4.现有物流监测解决方案多为单一监测，边缘计算能力缺乏；用户监测项目需求较多时往往需要选用多家产品并同时接驳多个云平台，服务需求被分割开来，同时也无法实现完整的监测控制策略，只能得到一个低效低能的服务。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中物流监测边缘计算能力不足的问题，本技术第一方面提供了一种车载边缘计算网关设备，包括监测单元、通信单元、总控单元、存储单元、交互单元和设备控制单元；
6.所述监测单元用与车辆总线连接并通过所述车辆总线采集车辆数据，并通过所述通信单元发送至所述总控单元和所述存储单元，所述车辆数据包括温湿度数据、油耗数据、烟雾数据、物流电子锁数据和驾驶员状态及操作数据；
7.所述总控单元根据所述车辆数据生成故障诊断数据，并基于所述故障诊断数据生成所述交互单元的提醒信号和所述设备控制单元的控制信号；
8.所述交互单元能够基于所述提醒信号向驾驶员提示推送信息；
9.所述设备控制单元基于所述控制信号控制车辆设备。
10.在一些优选技术方案中，所述监测单元包括gps定位模块、检测模块和视频采集模块；
11.所述gps定位模块用于获取车辆位置；
12.所述检测模块分别与车辆的温湿度传感器、油耗检测传感器、烟雾传感器和物流电子锁通信连接；
13.所述视频采集模块用于获取驾驶员的面部特征和行为特征，所述面部特征用于对驾驶员进行面部识别认证和疲劳驾驶认证。
14.在一些优选技术方案中，所述交互单元包括故障指示模块和语音通信模块，所述故障指示模块包括装设于车辆内部的指示灯，所述语音通话模块用于语音播报及远程通话。
15.在一些优选技术方案中，所述视频采集模块还能够获取车辆周边环境的视频数据。
16.在一些优选技术方案中，所述总控单元基于机器学习算法对所述车辆数据进行分析并生成故障诊断数据。
17.在一些优选技术方案中，所述总控单元包括基于arm架构的cpu模块。
18.在一些优选技术方案中，所述存储单元包括flash芯片和tf卡存储。
19.在一些优选技术方案中，所述通信单元包括can通信模块、485串口通信模块、lora无线通信模块、以太网通信模块、usb通信模块和移动网络通信模块。
20.在一些优选技术方案中，还包括电源模块和后备电池，所述电源模块与车载电源电性连接用于为系统内各模块和所述后备电池供电，所述后备电池用于在车辆熄火状态下为系统内各模块供电。
21.本技术第二方面提供了一种车载边缘计算网关系统，该系统包括服务器和车载边缘计算网关设备，所述服务器与所述车载边缘计算网关设备通信连接，所述车载边缘计算网关设备包括监测单元、通信单元、总控单元、存储单元、交互单元和设备控制单元；
22.所述监测单元用与车辆总线连接并通过所述车辆总线采集车辆数据，并通过所述通信单元发送至所述总控单元和所述存储单元，所述车辆数据包括温湿度数据、油耗数据、烟雾数据、物流电子锁数据和驾驶员状态及操作数据；
23.所述总控单元基于所述车辆数据，根据预存储的监测控制策略生成故障诊断数据，并基于所述故障诊断数据生成所述交互单元的第一提醒信号和所述设备控制单元的第一控制信号；
24.所述服务器基于所述车辆数据生成所述交互单元的第二提醒信号和所述设备控制单元的第二控制信号；
25.所述交互单元能够基于所述第一提醒信号和/或所述第二提醒信号向驾驶员提示推送信息；
26.所述设备控制单元基于所述第一控制信号和/或所述第二控制信号控制车辆设备更新配置、升级系统或启停控制。
27.本发明的有益效果：
28.本发明实时采集接车辆上的传感器及检测设备的数据，在本地数据库存储，并通过mqtt协议上传至云服务器，可接收服务器下发指令，更新设备及传感器设置、本地监测控制策略，升级系统文件等。装置基于采集的数据，根据监测控制策略，对数据进行对应的计算，执行对应预警、控制等动作。
29.本技术的车载边缘计算网关设备具有丰富的接口，可接驳不同的传感器和检测设备，提供多种检测控制方案，满足不同客户的弹性需求及未来的需求升级。解决可客户在需求多样和需求增加时不得不采用多平台检测设备的弊端，同时也降低的相应的平台服务、通信费用等运营成本，实现了降本增效。
附图说明
30.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
31.图1为本发明一种实施例的车载边缘计算网关设备的整体结构示意图。
具体实施方式
32.为使本发明的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
33.本发明第一方面提供的一种车载边缘计算网关设备实施例，包括监测单元、通信单元、总控单元、存储单元、交互单元和设备控制单元；
34.所述监测单元用与车辆总线连接并通过所述车辆总线采集车辆数据，并通过所述通信单元发送至所述总控单元和所述存储单元，所述车辆数据包括温湿度数据、油耗数据、烟雾数据、物流电子锁数据和驾驶员状态及操作数据；
35.所述总控单元根据所述车辆数据生成故障诊断数据，并基于所述故障诊断数据生成所述交互单元的提醒信号和所述设备控制单元的控制信号；
36.所述交互单元能够基于所述提醒信号向驾驶员提示推送信息；
37.所述设备控制单元基于所述控制信号控制车辆设备。
38.本发明第二方面提供了一种车载边缘计算网关系统，该系统包括服务器和车载边缘计算网关设备，所述服务器与所述车载边缘计算网关设备通信连接，所述车载边缘计算网关设备包括监测单元、通信单元、总控单元、存储单元、交互单元和设备控制单元；
39.所述监测单元用与车辆总线连接并通过所述车辆总线采集车辆数据，并通过所述通信单元发送至所述总控单元和所述存储单元，所述车辆数据包括温湿度数据、油耗数据、烟雾数据、物流电子锁数据和驾驶员状态及操作数据；
40.所述总控单元基于所述车辆数据，根据预存储的监测控制策略生成故障诊断数据，并基于所述故障诊断数据生成所述交互单元的第一提醒信号和所述设备控制单元的第一控制信号；
41.所述服务器基于所述车辆数据生成所述交互单元的第二提醒信号和所述设备控制单元的第二控制信号；
42.所述交互单元能够基于所述第一提醒信号和/或所述第二提醒信号向驾驶员提示推送信息；
43.所述设备控制单元基于所述第一控制信号和/或所述第二控制信号控制车辆设备更新配置、升级系统或启停控制。本发明的车载边缘计算网关设备及系统，能接驳多种物流监测设备，满足不同需求，并支持一定的边缘计算能力，除开云端服务之外还能在终端执行相应的监测控制策略。
44.为了更清晰地对本发明车载边缘计算网关设备进行说明，下面结合附图对本发明一种优选实施例进行展开详述。
45.作为本发明的一个优选实施例，本发明的车载边缘计算网关设备如图1所示，其包
括监测设备数据采集、存储，本地策略的边缘计算，用户交互等功能。具体地，该设备包括总控单元、监测单元、通信单元、存储单元、交互单元和设备控制单元。优选地，总控单元包括基于arm架构的cpu模块，通过其进行总体控制。
46.监测单元，监测单元用与车辆总线连接并通过车辆总线采集车辆数据，并通过通信单元发送至总控单元和存储单元。优选地，本技术的通信单元包括can通信模块、485串口通信模块、lora无线通信模块、以太网通信模块、usb通信模块和移动网络通信模块。本技术的存储单元包括flash芯片模块和tf卡存储模块。
47.车辆数据包括温湿度数据、油耗数据、烟雾数据、物流电子锁数据和驾驶员状态及操作数据，具体地，监测单元包括gps定位模块、检测模块和视频采集模块；其中，gps定位模块用于获取车辆位置；检测模块分别与车辆的温湿度传感器、油耗检测传感器、烟雾传感器和物流电子锁通信连接，以用于获取温湿度数据、油耗数据、烟雾数据、物流电子锁数据；视频采集模块用于获取驾驶员的面部特征和行为特征，面部特征用于对驾驶员进行面部识别认证和疲劳驾驶认证。优选地，视频采集模块还包括疲劳驾驶检测设备，通过测量眼睛的开闭、眼睛的运动和眼睛的生理学表现形态获取驾驶员疲劳程度。
48.具体地，监测单元用过采集多种监测数据，以为制定完善的控制监测策略提供数据基础。本技术总控单元根据车辆数据生成故障诊断数据，并基于故障诊断数据生成交互单元的提醒信号和设备控制单元的控制信号。交互单元能够基于提醒信号向驾驶员提示推送信息，设备控制单元基于控制信号控制车辆设备。可以理解的是，车辆设备包括能够控制车辆行驶的设备以及搭载装设于车辆上的各种辅助设备，例如传感器、车厢货箱电子锁等。
49.具体地，总控单元基于机器学习算法对车辆数据进行分析并生成故障诊断数据。例如机器学习算法中的预训练的神经网络将对车辆数据进行分析，具体地，预训练的神经网络是基于正常车辆数据构建并进行训练，训练时以实际的车辆数据作为输入数据集，以交互单元和设备控制单元的控制信号作为输出数据集；本发明基于预训练的神经网络判断车辆的状态和驾驶员的行为状态是否大于阈值，即判断其是否符合预期的设定，若不符合，总控单元能够及时控制交互单元向驾驶员提示推送信息，或者控制车辆的状态以便于进行调整，调整好后继续控制各设备工作，进而实现本发明车载环境的实时监测，保证物流监测服务质量。进一步地，本技术的交互单元包括故障指示模块和语音通信模块，故障指示模块包括装设于车辆内部的指示灯，语音通话模块用于语音播报及远程通话。举例说明，当监测单元将检测到的车辆数据输入到预训练的神经网络，预训练的神经网络判断显示出驾驶员当前处于疲劳驾驶时，此时总控单元自动生成交互单元的预警信号(例如语音提醒，灯光提醒等)，同时设备控制单元可以同步控制车辆减速。
50.本技术具备智能分析预警、行车轨迹管理及规划、远程通信与交互、远程设备管理等功能。
51.智能分析预警：包括载货环境分析预警、车辆及行驶状态分析预警、驾驶员行为状态分析预警、驾驶辅助分析预警。
52.载货环境分析预警功能通过采集温湿度传感器、烟雾传感器、车厢货箱电子锁、倾斜传感器、车厢摄像头等传感器信息，实时监控货物运输环境中的各种状态，分析异常情况及时作出处理策略，防止诸如：车厢温度超过预警值、火灾、车厢非法打开、货物倾倒、货物状态异常等情况造成运输货物及车辆的损失。
53.车辆及行驶状态分析预警功能通过车辆obd以及其他诸如3d加速度传感器、油箱传感器、气压传感器等的数据采集，分析车辆在行驶和停车状态出现的异常信息，及时提醒司机注意，采取处理措施。诸如：行驶状态下车胎气压异常，应及时减速行驶，于安全地带停车检查车胎情况；obd检测出的异常信息往往预示车辆存在隐性故障，提示司机应及时检修车辆。
54.驾驶员行为分析预警功能是在驾驶员行驶过程中，全天候监测驾驶员的疲劳状态、驾驶行为等。在发现驾驶员出现疲劳、打哈欠、分神提醒(看手机、低头)、行车过程打电话、行车途中抽烟、脱岗报警、遮挡报警、换人提醒、左顾右盼提醒及其他错误驾驶状态后，预警系统将会对此类行为进行及时的分析，并进行语音灯光提示。达到警示驾驶员，纠正错误驾驶行为的方式。同时系统回到驾驶员进行面部识别认证，非认证驾驶员驾驶车辆时及时发出预警信息。
55.进一步地，本技术视频采集模块还能够获取车辆周边环境的视频数据。驾驶辅助分析预警是通过对车辆行驶中前后方视频数据的分析，结合车辆的行驶状态信息分析，发现诸如，前后车车距过近、偏离车道、车辆倾斜预警、高速过弯预警、急加速、急刹车预警、发动机故障预警等异常行驶状态，并通过信息和声光等方式辅助驾驶员执行驾驶任务或主动避免、减轻碰撞危害。
56.行车轨迹管理及规划：通过gps传感器精确定位车辆所在的地理位置，实时跟踪监控车辆的行驶轨迹、行驶速度和停靠状态等信息，并可保存下来及云端存储。
57.通过对以往行车轨迹的分析，还可以为车辆设定前往指定区域的最佳行驶路线，并在车辆上路后引导其行驶方向，降低行驶时间，避免交通堵塞和外出迷路等现象。
58.对于预定运输线路，可将线路数据与车辆实时数据对比分析，在发生车辆偏离预定线路时报警，可以有效地帮助物流企业管理者对物流运输车辆进行管控，从而满足物流企业车辆规范化管理的实际需求，减少违规使用车辆的现象，便于企业管理者随时掌握车辆及其周边的最新动态，更加有效的对车辆养护提供精准数据。
59.远程通信与交互：本技术的车载边缘计算网关设备与云服务器连接，实现数据的上传下载、服务器指令接收，同时支持语音播放、语音连线实时通信。
60.数据上传包括传感器日常数据、分析预警结果、指令要求数据等，数据下载为升级文件、配置文件、预警策略数据等。服务器指令下发至设备，由设备解析并执行。
61.设备可接受服务器指令播放指定语音信息，对驾驶人员进行提示沟通，亦可通过服务器连接中转与管理终端、app终端等进行语音实时通信。此方面可有如下应用场景：指挥部语音通话、道路指引语音通话、事故处理语音通话、应急通信等。
62.远程设备管理：设备可进行远程设备管理，通过服务器下发指令，可设置设备工作状态、各种工作参数，连接传感器启用、关闭、工作参数，设备固件升级、传感器固件升级，设备自检等管理功能。
63.远程设备管理功能可对设备进行功能方面的灵活配置，满足不同环境下对车辆的预警设置、功能配置等，例如：冷链车辆对运输的不同货物要求温度不同，对应货物装载后，可通过服务器下发配置指令，或预警策略根据服务器下发的货物信息自动配置温湿度的预警值。
64.在另一些优选实施例中，本技术车载边缘计算网关设备还包括电源模块和后备电
池，电源模块与车载电源电性连接用于为系统内各模块和后备电池供电，后备电池用于在车辆熄火状态下为系统内各模块供电。
65.本发明第二方面还提供一种车载边缘计算网关系统，该系统包括服务器和车载边缘计算网关设备，服务器与车载边缘计算网关设备通信连接，车载边缘计算网关设备包括监测单元、通信单元、总控单元、存储单元、交互单元和设备控制单元；
66.监测单元用与车辆总线连接并通过所述车辆总线采集车辆数据，并通过所述通信单元并发送至所述总控单元和所述存储单元，所述车辆数据包括温湿度数据、油耗数据、烟雾数据、物流电子锁数据和驾驶员状态及操作数据；
67.总控单元基于所述车辆数据，根据预存储的监测控制策略生成故障诊断数据，并基于所述故障诊断数据生成交互单元的第一提醒信号和设备控制单元的第一控制信号；
68.服务器基于车辆数据生成交互单元的第二提醒信号和设备控制单元的第二控制信号；
69.交互单元能够基于第一提醒信号和/或第二提醒信号向驾驶员提示推送信息；
70.设备控制单元基于第一控制信号和/或第二控制信号控制车辆设备更新配置、升级系统或启停控制。本实施例能够实时采集接车辆上的传感器及检测设备的数据，在本地数据库存储，并通过mqtt协议上传至云服务器，可接收服务器下发指令，更新设备及传感器设置、本地监测控制策略，升级系统文件等。装置基于采集的数据，根据监测控制策略，对数据进行对应的计算，执行对应预警、控制等动作。
71.综上可知，本技术的该车载边缘计算网关系统中的车载边缘计算网关设备与上述实施例中车载边缘计算网关设备的区别主要在于服务器的配置。可以理解的是，服务器即为云平台，其可以与多个车载边缘计算网关设备通信连接，车载边缘计算网关设备通过移动网络通讯模块连接互联网，将数据上传至云平台，并接收自云平台下发的指令执行相应操作，更新配置、升级系统等。本地控制策略由总控单元的cpu模块执行边缘计算，完成相应的预警及控制执行动作，并且策略可经由云平台进行更新，满足检测控制需求的变化。需要说明的是，本地控制策略即上述实施例中的机器学习算法，优选为预训练的神经网络。交互单元的用户交互功能实施通过状态故障指示模块、语音通信模块进行，装置可通过指示灯、语音等方式给用户提示相应信息，语音通信模块通过云平台可提供远程通话需求。
72.本实施例中系统的交互单元和设备控制单元能够受到云平台服务器和总控单元的同时控制，其中，云平台服务器主要生成更新配置、升级系统等控制指令以对车载边缘计算网关设备进行更新满足检测控制需求的变化，总控单元主要在本地控制，由于车辆数据在云端和本地的双重存储，即使在断网的情况下也可保证基于机器学习算法的监测控制策略的边缘计算数据基础。
73.上述本技术实施例中的技术方案中，至少具有如下的技术效果及优点：
74.本发明的车载边缘计算网关设备具备多种通信接口，可接驳多种的传感器和检测设备，同时具备边缘计算功能，可在车辆终端及时的监测响应控制策略，完成预警及控制功能。本技术的数据在云端、本地双重存储，断网情况下也可保证监测控制策略的边缘计算数据基础。
75.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅
仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
76.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
77.术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
78.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。