一种用于港口无人驾驶车辆的智能管理系统、方法及设备与流程

1.本发明涉及集群式无人驾驶平台技术领域，具体的是一种基于tos系统的港口集群式无人驾驶平台。


背景技术：

2.港口作为交通运输的枢纽，在促进国际贸易和地区发展中起着举足轻重的作用，全球贸易中约90% 的贸易由海运业承载，作业效率对于港口至关重要。当前港口面临劳动力成本攀升、劳动强度大、工作环境恶劣、人力短缺的难题，降本增效进行自动化改造成为港口共同的诉求。现有自动化码头采用agv，存在投资大、推广难问题。
[0003] 现有技术中也有一些改进方案，如专利《基于tos系统的港口集群式无人驾驶平台》（cn 208506583 u）及《一种基于无人驾驶的港口调度系统及方法》（cn 110598987 a）。但仍然存在一些的技术缺点，如下所述：1、无人集卡容易被岸桥和堆场轮胎吊遮挡无信号，无法解决港口复杂环境下定位精度问题；2、无可视化的操作界面功能。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的主要是解决如下3个问题：1、开发一种基于港口tos系统、5g专网、高精度地图、v2x服务的高度集成的智慧管理系统；2、通过集成高精度地图服务和v2x服务，可以解决被岸桥，轮胎吊、货箱等覆盖区域信号不号的问题；3、有可视化的操作界面，同时兼容自动驾驶和远程驾驶两套系统。
[0005]
作为第一方面，本发明提供了一种用于港口无人驾驶车辆的智能管理系统，所述智能管理系统包括车管平台vms系统、tos系统、高精度地图系统、v2x服务系统、车端系统、视频系统。其中，所述车管平台vms系统作为主控系统分别与tos系统、高精度地图系统、v2x服务系统、车端系统、视频系统通过数据通信的方式进行连接。
[0006]
所述车管平台vms系统用于对所述系统的各项数据进行汇总、分析处理及指令下发，对工作区域内的车辆的运行进行车路协同控制，保证工作区域内的多辆车辆能够有序运行，安全行驶，提高运行效率。
[0007]
所述tos系统用于对车辆信息数据进行收集、管理，供所述车管平台vms读取，且接收所述车管平台vms发出的指令对车辆进行选取、调度。该系统实时监控工作区域内所有车辆的状态信息、位置信息等，根据车管平台vms系统的指令选取最合适的车辆进行调度，提高运行效率。
[0008]
所述高精度地图系统用于对工作区域进行3d建模供所述车管平台vms系统读取。车管平台vms系统根据工作区域的3d模型进行车辆的自动驾驶规划、控制。
[0009]
所述v2x服务系统用于获取工作区域内的路侧设备的数据进行分析，供所述车管平台vms读取，且接收所述车管平台vms发出的指令对工作区域内的路侧设备进行控制。根据工作区域内的道路上的运行车辆状况，对路侧设备（如红绿灯）进行控制，从而实现所有运行车辆之间的协同运行，避免车辆在自动驾驶过程中发生拥堵、碰撞，提高运行效率。
[0010]
所述车端系统用于获取车端的实时车辆信息，供所述车管平台vms系统读取，且接收所述车管平台vms系统发出的指令对车辆进行控制。车管平台vms系统可根据实时车辆信息对车辆进行控制，从而实现车路协同的控制。
[0011]
所述视频系统用于获取实时视频信息，供所述车管平台vms读取。车管平台vms系统可根据实时视频信息对工作区域的环境进行监测、分析，从而实现车路协同的控制。
[0012]
结合第一方面，在其可能存在的任意一种情况下的第一种情况为，所述车管平台vms系统由车辆管理vms模块、api网关模块、ota模块、数据平台模块、设备网关模块组成，车辆管理vms模块、api网关模块、ota模块、数据平台模块、设备网关模块之间进行通信连接，车辆管理vms模块分别与tos系统及高精度地图系统之间进行通信互联，api网关模块模块分别与高精度地图系统及v2x服务系统之间进行通信互联，数据平台模块与v2x服务系统之间进行通信互联；所述车辆管理vms模块由可视化模块、web模块及app模块组成，所述web模块及app模块分别获取车管平台vms系统的各项数据、指令通过可视化模块进行可视化，并实现人机交互操作。可将车管平台vms系统的车辆监管、智能调度、异常报警、故障管理、充电管理、ota、路侧设备管理、运行分析等数据均可以在web或app页面查看和操作，提高人机交互的控制效率。
[0013]
所述api网关模块，用于通过api调用接口调用车管平台vms系统下发的指令，并将指令下发至tos系统、高精度地图系统、v2x服务系统执行，采用内网部署，包含安全模块对请求参数做合法性校验，确保api服务的安全与可靠。
[0014]
所述ota模块，用于所述智能管理系统的数据升级。
[0015]
所述数据平台模块，用于车管平台vms系统的数据分析、存储。数据平台采用集群化技术组件，并且内网部署，实现无人驾驶车辆、路网数据的统一存储，同时保证平台数据与分析的高可用，同时具备安全管理模块，用户组件访问权限，同时用户、车辆等关键数据加密存储，保证组件与数据的安全。
[0016]
所述设备网关模块，用于承接车管平台vms系统与车端系统、视频系统之间的数据传输连接。内置接入安全模块，实现了接入的安全认证、主动安全检测与通道关闭、自定义协议、数据加密（需终端配合），保证设备网关层的信息安全。
[0017]
结合第一方面，在其可能存在的任意一种情况下的第二种情况为，所述高精度地图系统基于5g通信技术实现对工作区域进行3d建模及实时模型数据更新。
[0018]
结合第一方面，在其可能存在的任意一种情况下的第三种情况为，所述v2x服务系统通过光纤或lte
‑
uu数据连接方式获取工作区域内的路侧设备的数据信息，且接收所述车管平台vms发出的指令对工作区域内的路侧设备进行控制。提升数据传输效率，减少数据传输延迟，保证系统控制的实时性。
[0019]
结合第一种情况，在其可能存在的任意一种情况下的第四种情况为，所述api网关模块采用spring boot框架开发，集成了spring security用户安全认证及基于jwt token
的接口无状态访问认证，所述api网关模块采用内网部署，对请求参数做合法性校验，保证系统数据的安全性。
[0020]
结合第一方面或上述第一至五种情况的其中任意一种情况，在其可能存在的任意一种情况下的第六种情况为，所述车管平台vms系统通过5g通信连接获取工作区域内各车辆的车辆信息数据及各摄像装置的视频数据。提升数据传输效率，减少数据传输延迟，保证系统控制的实时性。
[0021]
作为第二方面，本发明提供了一种基于用于港口无人驾驶车辆的智能管理系统的智能管理方法，其特征在于所述方法步骤如下：步骤1，车管平台vms系统根据任务需求向tos系统、高精度地图系统、v2x服务系统调取相关数据；步骤2，根据tos系统提供的数据选取车辆数据，根据高精度地图系统提供的数据规划车辆行径路线数据，根据v2x服务系统获取工作区域内实时交通信息数据；步骤3，车管平台vms系统根据步骤2获取的数据进行汇总、分析，形成所述任务需求对应的管理策略；步骤4，车管平台vms系统根据管理策略向tos系统、高精度地图系统、v2x服务系统下发指令，控制车辆按照车辆行径路线运行，并实时获取车辆状态信息、车辆周围摄像头视频信息、车辆周围的交通设施信息，实时监控、控制车辆的运行状态。
[0022]
作为第三方面，本发明提供了一种基于用于港口无人驾驶车辆的智能管理系统的设备，其特征在于，所述设备包括车管控制平台、车辆、监控摄像头、路侧设备，所述车管控制平台通过5g通信设备与车辆、监控摄像头、路侧设备建立通信连接。
[0023]
结合第三方面，在其可能存在的任意一种情况下的第七种情况为，所述设备还包括人机交互数据处理终端，所述人机交互数据处理终端与所述车管控制平台通过有线、无线通信方式进行连接，所述人机交互数据处理终端包括显示器及数据输入、输出设备，所述人机交互数据处理终端为计算机或手持终端设备。为操作人员提供更加直观的了解系统的运行状态并及时做出相应的控制操作指令。
[0024]
本发明的有益效果是：1、开发一种基于5g网络、港口tos系统、5g专网、高精度地图、v2x服务的高度集成的智慧管理系统；2、通过集成高精度地图服务和v2x服务，可以解决被岸桥，轮胎吊、货箱等覆盖区域信号不号的问题；3、有可视化的操作界面，同时兼容自动驾驶和远程驾驶两套系统。
附图说明
[0025]
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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0026]
图1为本发明系统整体方案示意图；图2为本发明系统技术架构示意图；
图3为本发明web端可视化图示；图4为本发明web端车辆监管图示；图5为本发明web端车辆调度图示；图6为本发明vsm可视化系统示意图；图7为本发明api网关层系统示意图；图8为本发明数据平台层系统示意图；图9为本发明设备网关层系统示意图；图10为本发明硬件资源示意图。
具体实施方式
[0027]
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例。
[0028]
agv：automatedguidedvehicle无人搬运车tos：terminaloperatingsystem码头操作系统v2x：vehicletoeverything车与外界信息交互vms：vehiclemanagementsystem车辆管理系统api：applicationprogramminginterface应用程序编程接口web：worldwideweb全球广域网实施例1如图1所示，本实施例提供了一种用于港口无人驾驶车辆的智能管理系统，本系统集成了车管平台vms、tos系统、高精度地图、v2x服务。可以实现港口无人车辆和有人车辆的混合作业。
[0029]
所述智能管理系统包括车管平台vms系统、tos系统、高精度地图系统、v2x服务系统、车端系统、视频系统。其中，所述车管平台vms作为主控系统分别与tos系统、高精度地图系统、v2x服务系统、车端系统、视频系统通过数据通信的方式进行连接。所述高精度地图系统基于5g通信技术实现对工作区域进行3d建模及实时模型数据更新。所述v2x服务系统通过光纤或lte
‑
uu数据连接方式获取工作区域内的路侧设备的数据信息，且接收所述车管平台vms发出的指令对工作区域内的路侧设备进行控制。提升数据传输效率，减少数据传输延迟，保证系统控制的实时性。所述车管平台vms采用5g通信技术与车端系统、视频系统进行连接，保证高速数据传输。
[0030]
所述车管平台vms系统用于对所述系统的各项数据进行汇总、分析处理及指令下发，对工作区域内的车辆的运行进行车路协同控制，保证工作区域内的多辆车辆能够相互避让，安全行驶，提高运行效率。
[0031]
所述tos系统用于对车辆信息数据进行收集、管理，供所述车管平台vms读取，且接收所述车管平台vms发出的指令对车辆进行选取、调度。该系统实时监控工作区域内所有车辆的状态信息、位置信息等，根据车管平台vms系统的指令选取最合适的车辆进行调度，提高运行效率。
[0032]
所述高精度地图系统用于对工作区域进行3d建模供所述车管平台vms系统读取。车管平台vms系统根据工作区域的3d模型进行车辆的自动驾驶规划、控制。
[0033]
所述v2x服务系统用于获取工作区域内的路侧设备的数据进行分析，供所述车管平台vms读取，且接收所述车管平台vms发出的指令对工作区域内的路侧设备进行控制。根据工作区域内的道路上的运行车辆状况，对路侧设备（如红绿灯）进行控制，从而实现所有运行车辆之间的协同运行，避免车辆在自动驾驶过程中发生拥堵、碰撞，提高运行效率。
[0034]
所述车端系统用于获取车端的实时车辆信息，供所述车管平台vms系统读取，且接收所述车管平台vms系统发出的指令对车辆进行控制。车管平台vms系统可根据实时车辆信息对车辆进行控制，从而实现车路协同的控制。
[0035]
所述视频系统用于获取实时视频信息，供所述车管平台vms读取。车管平台vms系统可根据实时视频信息对工作区域的环境进行监测、分析，从而实现车路协同的控制。
[0036]
本系统可以实现功能如下：（1）实现无人集卡车辆的监管及控制（2）实现基于tos的车辆智能调度（3）实现异常报警的管理及展示（4）实现车辆故障管理（5）实现充电桩管理（6）实现运行数据分析与展示（7）实现大屏可视化（8）实现ota版本管理与升级（9）实现路侧设备管理（10）实现系统用户管理（11）实现基础数据的管理（12）实现任务日志记录如图2所示，实现以上功能的技术架构中包含了以下内容：整个系统架构包括：tos系统、集成了车辆管理vms模块、api网关、ota、数据平台、设备网关的车管平台vms系统、高精度地图系统、车路协同v2x服务系统、标准体系系统、运维与安全系统、车端设备、路侧设备。
[0037]
所述tos系统提供了智能选车、车辆调度、数据共享的功能，与车管平台vms系统进行车辆数据的转发及指令下发。
[0038]
所述高精度地图系统提供了模型服务及地址转换的功能。
[0039]
所述车路协同v2x服务系统提供了管理服务api、数据实时分享kafka、数据存储的功能，通过5g专线与路侧设备进行数据连接。
[0040]
所述标准体系系统提供了标准化接口、数据标准化功能、存储标准化功能、接入模块化功能及资源虚拟化功能。可实现对接收数据的字段的统一、数据值校验、无效值/异常值判断、缺失值填充、标准化、重复数据过滤等预处理，保证平台数据的准确性，同时支持多种通信协议的自适应接入。采用虚拟化技术实现硬件资源的统一管理，数据存储采用分布式多副本方式保证系统数据的容灾与高可用，同时网络采用冗余模式，保证网络的容灾与高可用，同时应用服务及技术组件采用分布式集群化部署，实时检测服务与组件状态，保证整体服务与组件的高可用。
[0041]
所述运维与安全系统提供了运维管理、安全策略、pki体系功能，确保系统的持续
正常运行。
[0042]
所述车端设备包括自动驾驶车辆、有人驾驶车辆等其他设备，受控于系统完成相关的集装箱运输任务。
[0043]
所述路侧设备包括路侧单元rsu、摄像头等其他外部设施，用于监测工作区域内的道路交通情况。
[0044]
车管平台vms作为该系统的主控系统单元，其由车辆管理vms模块、api网关模块、ota模块、数据平台模块、设备网关模块组成。车辆管理vms模块、api网关模块、ota模块、数据平台模块、设备网关模块之间进行通信连接，车辆管理vms模块分别与tos系统及高精度地图系统之间进行通信互联，api网关模块模块分别与高精度地图系统及v2x服务系统之间进行通信互联，数据平台模块与v2x服务系统之间进行通信互联。
[0045]
如图2所示，所述车辆管理vms模块由可视化模块、web模块及app模块组成，所述web模块及app模块分别获取车管平台vms系统的各项数据、指令通过可视化模块进行可视化，并实现人机交互操作。
[0046]
如图3和图4、图5、图6所示，车辆管理vms模块基于设备网关及3d高精度地图、3d模型及可视化技术实现web模块、可视化模块、app模块，同时内置安全管理模块，控制用户认证与权限，同时对输入参数做合法性校验，防止恶意攻击，保证系统安全。可将车管平台vms系统的车辆监管、智能调度、异常报警、故障管理、充电管理、ota、路侧设备管理、运行分析等数据均可以在web或app页面查看和操作，提高人机交互的控制效率，可同时兼容自动驾驶和远程驾驶两套系统；
以上信息均可以在可视化界面显示。
[0047]
如图2和图7所示，所述api网关模块，用于通过api调用接口调用车管平台vms系统下发的指令，并将指令下发至tos系统、高精度地图系统、v2x服务系统执行，采用内网部署，对请求参数做合法性校验，确保api服务的安全与可靠。所述api网关模块采用spring boot框架开发，集成了spring security用户安全认证及基于jwt token的接口无状态访问认证，保证系统数据的安全性。
[0048]
所述api网关模块提供针对tos对接api服务及数据转发功能、车辆任务指令功能。还包括车辆调度功能、车辆实施监控功能、数据查询功能、视频功能、车路协同功能等。
[0049]
所述ota模块，用于所述智能管理系统的数据升级。如图2所示，所述ota模块提供升级包、升级策略功能、升级任务功能、升级监控功能。
[0050]
如图2和图8所示，所述数据平台模块，用于车管平台vms系统的数据分析、存储。数据平台采用集群化技术组件，并且内网部署，实现无人驾驶车辆、路网数据的统一存储，同时保证平台数据与分析的高可用，同时具备安全管理模块，用户组件访问权限，同时用户、车辆等关键数据加密存储，保证组件与数据的安全。
[0051]
所述数据平台模块提供实时作业分析功能、实施偏离预警功能、离线运营分析功能、业务数据及计算结果存储功能、数据缓存功能、原始数据存储功能等。
[0052]
如图2和图9所示，所述设备网关模块，用于承接车管平台vms系统与车端系统、视频系统之间的数据传输连接。所述设备网关模块的设备接入层内置数据预处理模块，可实现对接收数据的字段的统一、数据值校验、无效值/异常值判断、缺失值填充、标准化、重复数据过滤等预处理，保证平台数据的准确性，同时支持多种通信协议的自适应接入，同时内置接入安全模块，实现了接入的安全认证、主动安全检测与通道关闭、自定义协议、数据加密（需终端配合），保证设备网关层的信息安全。
[0053]
所述设备网关模块提供证书鉴权、针对有人驾驶车辆的身份认证、接入管理、协议适配任务及转换、车辆指令、负载均衡等相关功能。
[0054]
如图10所示，本系统的硬件与资源配置如下：采用虚拟化技术实现硬件资源的统一管理，数据存储采用分布式多副本方式保证系统数据的容灾与高可用，同时网络采用冗余模式，保证网络的容灾与高可用，同时应用服务及技术组件采用分布式集群化部署，实时检测服务与组件状态，保证整体服务与组件的高可用。
[0055]
应用层：应用层的服务器将一组服务器组成一个集群共同对外提供服务，通过心跳检测等手段监控到某台应用服务器不可用时，就将其从集群列表中剔除，并将请求分发到集群中其他可用的服务器上，从而实现应用高可用性。
[0056]
网络层：网络设备使用冗余模式，链路层采用聚合、虚拟线ha,当出现网络设备宕机通过心跳检测机制自动切换至可用设备，保证网络高可用性。
[0057]
虚拟层：采用硬件资源虚拟化统一管理，数据组件采用分布式架构及存储多副本管理双重保障机制，任意副本的失效都不会导致数据的永久丢失，从而实现数据完全的持久化，保证系统可用性。
[0058]
实施例2，本发明提供了一种基于用于港口无人驾驶车辆的智能管理系统的智能管理方法，所述方法步骤如下：步骤1，车管平台vms系统根据任务需求向tos系统、高精度地图系统、v2x服务系统调取相关数据；步骤2，根据tos系统提供的数据选取车辆数据，根据高精度地图系统提供的数据规划车辆行径路线数据，根据v2x服务系统获取工作区域内实时交通信息数据；步骤3，车管平台vms系统根据步骤2获取的数据进行汇总、分析，形成所述任务需求对应的管理策略；步骤4，车管平台vms系统根据管理策略向tos系统、高精度地图系统、v2x服务系统下发指令，控制车辆按照车辆行径路线运行，并实时获取车辆状态信息、车辆周围摄像头视频信息、车辆周围的交通设施信息，实时监控、控制车辆的运行状态。
[0059]
智慧管理系统结合5g专网环境、无驾驶车辆以及港口的实时现状，实现港内无人集卡与社会集卡、港内设施、劳务人员混合作业，实现将本增效。
[0060]
实施例3，本发明提供了一种基于用于港口无人驾驶车辆的智能管理系统的设备，其特征在于，所述设备包括车管控制平台、车辆、监控摄像头、路侧设备，所述车管控制平台通过5g通信设备与车辆、监控摄像头、路侧设备建立通信连接。
[0061]
所述设备还包括人机交互数据处理终端，所述人机交互数据处理终端与所述车管控制平台通过有线、无线通信方式进行连接，所述人机交互数据处理终端包括显示器及数
据输入、输出设备，所述人机交互数据处理终端为计算机或手持终端设备。为操作人员提供更加直观的了解系统的运行状态并及时做出相应的控制操作指令。
[0062]
应理解，上述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解为在阅读本发明的内容后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动和修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。